混凝土结构原理

混凝土和钢筋共同工作的原因

（1）混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者之间通过界面粘结力可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形。

（2）两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.0×10-5~1.5 ×10-5，钢筋： 1.2 ×10-5

（3）混凝土作为钢筋的保护层，可以防止钢筋锈蚀。

混凝土结构的优缺点

（1）优点： a.就地取材。砂石都是混凝土的主要成分，均可就地取材，可用工业废料、建筑垃圾制作骨料，配置再生混凝土,用材合理。b.耐久性好，钢筋因受到保护不易锈蚀。耐火性好，混凝土为不良导热体，埋置在混凝土中的钢筋受高温影响远较暴露的钢结构小。C.整体性好，现浇或装配整体式的混凝土结构具有良好的整体性，从而使结构的刚度及稳定性都比较好，有利于抗震、抵抗震动和爆炸冲击波。D.可模性好，阻止射线的穿透。

（2）缺点：自重大，易开裂，耗模板，施工工序多、周期长，且易受天气、季节影响，拆除、改造难度大。

碳元素对钢筋的性能的影响

钢筋的主要化学成分是铁元素，还有少量的碳锰硫磷硅等元素。增加钢筋中的碳含量可以提高其屈服强度和抗卡强度，刚进的塑性、冲击韧性、腐蚀稳定性随之降低，可焊性和冷弯性能变差。

冷加工钢筋

（1）冷拉：把有明显屈服点的钢筋用卷扬机或其它拉伸装置逐根拉到其应力超过原有的屈服强度，使之进入应力应变的强化阶段，然后卸掉全部拉力，使钢筋应力全部恢复到零，并停留一段时间。（K点的选择：应力控制和应变控制。特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降）（2）冷拔：用强力把光圆钢筋通过比其本身直径稍小的、硬质合金模上的锥形拔丝孔，使钢筋产生塑性变形，横截面减小，长度增大。（经过冷拔后钢筋强度提高，塑性降低，没有明显的屈服点和流幅；冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度）。

混凝土结构对钢筋的要求

（1）强度要求：保证经济性。屈服强度和极限抗拉强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比。

（2）塑性要求：保证结构延性，给人以破坏的预兆。伸长率和冷弯要求。

（3）可焊性：钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。

（4）与混凝土的粘结性：保证钢筋和混凝土共同工作。

（5）耐火性和耐久性强。钢筋应具有较强的耐久性和耐火性能。

试块尺寸对混凝土性能的影响

试验表明，混凝土立方体试块尺寸越大，实测破坏强度越低，反之则越高，这种现象称为尺寸效应。一般认为，这是由混凝土内部缺陷和试件承压面摩擦力影响等因素造成的，试件尺寸大，内部缺陷（微裂缝，气泡等）相对较多，端部摩擦力影响力较小，故强度较低。根据我国的实验结果，对于边长为200mm和100mm的立方体试件，实测的立方体抗压强度分别是边长150mm的立方体试件相应强度的0.95倍和1.05倍。

混凝土抗压强度的测定条件

（1）标准试块尺寸：我国标准规定用边长为150mm的标准立方体试块。

（2）标准养护条件：试块在[温度（20±3℃），相对湿度≥90%]下养护28天或设计规定龄期。

（3）标准试验方法：在压力机上中心加载，加载速度为0.15-0.25N/mm2.s，试件上下表面不涂润滑剂。

测得的破坏时的平均压应力作为混凝土的立方体抗压强度。

各强度等级中的数字部分表示以N/mm2.s为单位的立方体抗压强度标准值。

粘结力：

当钢筋与混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，此作用力称为粘结力。

粘结力包括哪几部分（即粘结力的组成）：

（1）化学胶结力——钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。

（2）摩擦力——混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。（钢筋表面微锈摩擦力增加）。

（3）机械咬合力——钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用（是变形钢筋粘结力的主要组成部分）。

（4）钢筋端部的锚固作用——钢筋端部的弯钩、弯折，在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等措施。

结构抗力

（1）定义：指结构或构件承受作用效应的能力，如承载力、刚度和抗裂度等。混凝土结构构件的截面尺寸、混凝土强度等级、钢筋的种类、配筋的数量及方式等确定后，构件截面便具有一定的抗力。

（2）影响因素：材料性能（强度、变形模量等）、几何参数（构件尺寸等）和计算模式的精确性（抗力计算所采用的基本假设和计算公式是否精确）。

作用效应

施加在结构上的集中力或者分布力，以及引起结构外加变形和约束变形的原因。指作用引起的结构或构件的内力、变形和裂缝等。是随机变量

作用的分类

（1）结构的反应特点分：静态作用：使结构产生的加速度可以忽略不计的作用，如自重；动态作用：使结构产生的加速度不可忽略的作用，如地震、吊车荷载等

（2）按时间变异性分：永久作用：在设计基准期内量值基本不变，如自重；可变作用：在设计基准期内量值随时间变化且其变化与平均值相比不可忽略，如楼面活荷载、吊车荷载等；偶然作用：在设计基准期内不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的作用，如地震、爆炸等

（3）按空间位置的变异性分：固定作用：在结构上具有固定的分布，如自重、固定设备荷载等；自由作用：在结构上一定范围内可以任意分布的作用，如人群荷载。

材料强度与荷载的设计值和标准值的关系

材料强度标准值是结构设计时才用到材料强度的基本代表值，也是生产中控制材料性能质量的主要指标，在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土的强度标准值是按标准试件用标准试验方法测得的具有95%以上保证率的强度值。

材料强度设计值=材料强度标准值/材料分项系数。

荷载标准值是荷载的基本代表值，是荷载的基本代表值，是指具有一定概率的最大荷载值。

荷载设计值=荷载分项系数×荷载标准值。

大偏心受压破坏（受拉破坏）

只要受压区相对高度不至于过小，混凝土保护层不是太厚，受压钢筋不是过分靠近中和轴，受压钢筋的强度不是太高，则在混凝土压碎时，受压钢筋一般能达到屈服强度。

破坏时主要特征：

破坏从受拉区开始，受拉钢筋首先屈服，受压钢筋也能达到屈服，而后受压区混凝土被压坏。有明显预兆，塑性破坏。

小偏心受压破坏（受压破坏）

当构件截面中轴向压力的偏心距较小或者很小，或者虽然偏心距较大，但配置的受拉钢筋过多时，构件发生小偏心受压破坏。

小偏心受压破坏共有的关键性破坏特征：

构件是由受压区混凝土被压碎所引起的。压应力加大一侧的受压钢筋压应力一般能达到屈服强度。压应力较小一侧钢筋不论是受压还是受拉，应力一般达不到屈服强度。

构件破坏前变形不会急剧增长，但受压区垂直裂缝不断发展，破坏时没有明显预兆，属于脆性破坏。工程中不可避免使用小偏心受压柱，《规范》中计算公式采用较高的可靠指标。

两种偏心构件的根本区别：混凝土受压破坏时受拉纵筋A s 是否受拉屈服。

大、小偏心受压构件判别条件：

当b ξξ≤时，为 大 偏心受压；当b ξξ>时，为 小 偏心受压。（当相对受压区高度小于等于界限受压区高度时，为大偏心受压，当相对受压区高度大于界限受压区高度时，为小偏心受压。）

附加偏心距e a 指的是什么含义和哪些因素有关。

偏心受压构件截面轴向压力的偏心距 为：e 0=M/N,其中M 和N 分别为界面的

弯矩设计值和轴向压力设计值。由于工程中实际存在这荷载作用位置的不定性、混凝土质量的不均匀性及施工偏差等因素，都可能产生附加的偏心距 e a 。当 e 0 比较小时，e a 对构件承载力的影响较显著，随着轴向压力偏心距的增大，e a 影响

力逐渐减小。《混凝土结构设计规范》规定，在两类偏心受压构件的正截面承载力计算中，均应计入轴向压力在偏心方向的附加偏心距e a 。为计算方便其值取

20mm 和偏心方向截面最大尺寸的1/30两者中的较大者。

考虑挠曲二阶效应的计算，什么时候考虑二阶效应？

当压弯构件两端弯矩值不同且差异较大时，二阶效应较小。因此，《混凝土结构设计规范》规定，对弯矩作用平面对称的偏心受压构件，当同一主轴方向的杆端弯矩比M 1/M 2不大于0.9且设计轴压比N/f c A 不大于0.9时，若构件的长细

比l c /i 满足下式的要求，即⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=211234M M i lc 。可以不考虑该方向构件自身挠曲产生的附加弯矩影响，取ŋns =1；其中i 为截面回转半径。