给排水工程结构复习提纲

1给排水工程结构复习提纲绪论一、混凝土结构的一般概念和特点1、钢筋混凝土结构的概念及引入钢筋混凝土结构：由钢筋和混凝土两种材料组成共同受力的结构。注：①混凝土：优点：抗压强度高。缺点：抗拉强度低，为抗压强度的1/8~1/20；破坏时有明显的脆性性质。因此，素混凝土构件在实际工程的应用很有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结构。②钢材：优点：抗拉和抗压强度都很高；具有屈服现象，破坏时有较好的延性；缺点：细长钢筋受压时易压曲。易锈蚀，不耐高温。☆两者结合的优点：①将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。②配置钢筋后，钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明显预兆。☆二、钢筋与混凝土共同工作的条件钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，共同工作的原因：1、钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；2、钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。3、混凝土保护层防止钢筋生锈，提高耐久性，增加粘结力。☆三、钢筋混凝土结构的优点1、耐久性好。钢筋有混凝土保护层，不易锈蚀。2、整体性好（现浇钢筋混凝土结构）。适用于抗震、抗爆结构。3、可模性好。混凝土可浇筑成各种尺寸、各种复杂形状的结构，如空间薄壳、2箱形结构等。4、耐火性好。混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。5、就地取材。混凝土所用砂、石，易于就地取材。近年有用工业废料制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。6、节约钢材。钢筋和混凝土的材料强度得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，单位应力价格低，经济指标优于钢结构。四、钢筋混凝土结构的缺点及改进措施1、自重大。不适用于大跨、高层结构。轻质、高强和预应力2、施工复杂。工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），消耗木料多，工期长，施工受季节、天气影响大。钢模、滑模等；泵送、早强、商品、高性能混凝土等3、抗裂性差。普通RC结构，在正常使用阶段带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时影响耐久性；限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。预应力混凝土结构4、钢筋混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强较困难。混凝土结构加固技术不断得到发展，如最近研究开发的采用碳纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。五、钢筋混凝土的分类1、按受力状态分—杆系结构和非杆系结构。2、按制作方法分—整体式、装配式和装配整体式。3、按初应力状态分—普通钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土。第一章钢筋和混凝土的力学性能第一节钢筋☆一、钢筋的品种1、按化学成分区分：低碳钢：（含碳量0.25%）强度低、塑性好中碳钢：（0.25%≤含碳量≤0.6%）高碳钢：（含碳量0.6%）强度高、塑性差3低合金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成，强度高、塑性好2、按外形区分：光圆钢筋、变形钢筋变形钢筋分为：月牙肋、螺旋纹、人字纹月牙肋——纹路与肋不相交，不易产生应力集中，粘结强度略低于等高肋钢筋。等高肋——（螺旋纹、人字纹）与钢筋砼粘结力好，纹路与肋相交，易产生应力集中。☆思考题：我国钢筋混凝土结构用钢筋有哪几种类型？各有什么特点？答：我国用于混凝土结构的钢筋主要有热轧钢筋、消除应力钢丝、钢绞线及热处理钢筋四种。热轧钢筋为软钢，其应力应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有颈缩现象，伸长率较大。（HPB300级、HRB335级、HRB400级、RRB400级）主要用作钢筋混凝土结构中的非预应力钢筋。其中HPB300级钢筋为光圆钢筋，其他三种为变形钢筋。并且强度由低到高，塑性由高到低。消除应力钢丝包括光面钢丝、螺旋肋钢丝和三面刻痕钢丝。强度高，塑性低。钢绞线是用圆形断面钢丝捻制，捻制后再进行消除应力的热处理而成的。强度高，粘结性好热处理钢筋是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。用于预应力混凝土结构。冷加工钢筋是由热轧钢筋和盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。消除应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋都属于硬钢，其应力应变曲线不存在明显的屈服点和流幅。二、钢筋的应力-应变关系1、有明显屈服点的钢筋oa：弹性阶段，a为比例极限；b为屈服上限；c为屈服下限，即屈服强度fy；过了c点，应力不增加而应变急剧增加，cd为屈服台阶；de：强化阶段，e为极限抗拉强度fu，在f点，试件断裂。4屈强比：反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.6~0.7。屈服强度：是钢筋强度的设计依据，在混凝土中的钢筋，应力达到屈服强度，荷载不增加，应变继续增大，裂缝开展过宽，构件变形过大，结构不能正常使用。2、无明显屈服点的钢筋a点：比例极限，约为0.65fu，a点前：应力-应变关系为线弹性，a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点。对于这样的硬钢，通常以应力-应变曲线上对应于残余应变0.2%的应力值σ0.2作为其屈服极限，称为“条件屈服极限”。《规范》取σ0.2=0.85fu。《混凝土结构设计规范》中预应力钢筋的抗拉强度是以条件屈服极限为基准确定的。三、钢筋的塑性性能1、伸长率钢筋拉断时应变，反映钢筋塑性性能的指标。伸长率大的钢筋，拉断前有足够预兆，延性较好。00lll2、冷弯性能5弯曲试验：钢筋围绕直径为D的钢辊弯转α角而不发生裂纹，是反映钢筋塑性性能的另一指标。含碳量高，屈服强度和抗拉强度高，伸长率小，流幅缩短。四、混凝土对钢筋性能的要求1、钢筋的强度2、钢筋的塑性3、钢筋的可焊性4、钢筋和混凝土之间的粘结力☆思考题：钢筋连接方法主要有哪几种？答：热轧钢筋常用的连接方法有绑扎搭接、焊接和机械连接三种类型。①绑扎搭接：将两根被连接的钢筋搭接成一定的长度并用细钢丝捆绑成型后置于混凝土中。传递内力方式：通过被混凝土粘结锚固。优点：构造简单，施工方便。②焊接：钢筋中碳当量越高，可焊性越差。优点：传力直接，节省钢材，成本低。③机械焊接：用套筒将两根钢筋连接起来，利用套筒和钢筋之间的机械咬合力6来传递内力。优点：稳定可靠，操作简单，施工速度快，适用范围广。第二节混凝土☆一、混凝土的强度指标有哪几种？各用什么符号表示？各有何作用？它们之间有何关系？（一）立方体抗压强度fcu混凝土的强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。☆☆立方体抗压强度标准值是指边长150mm立方体，温度为20±3℃、相对湿度不小于95%的条件下养护28天，用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，单位为N/mm2，用符号fcu,k表示。《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。C表示混凝土强度等级，C后面的数字表示以单位N/mm2计的混凝土立方体抗压强度标准值。C50以上为高强混凝土。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20。当采用400MPa和500MPa级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C25。当承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不宜低于30。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C40。（二）轴心抗压强度fc150mm×150mm×300mm的棱柱体试件测定，fc表示，较接近实际构件中混凝土的受压情况。fcfcufc与fcu成线性关系，fc/fcu比值平均为0.76。考虑到实际结构构件与试件制作及养护条件的差异、尺寸效应及加荷速度等因素的影响，规范偏安全地取：fc=0.67fcu（三）轴心抗拉强度ft混凝土基本力学性能指标，ft表示。混凝土构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。轴心受拉试验对中困难，常采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度。（四）复合应力状态下的混凝土强度7实际结构中，混凝土很少处于单向受力状态。更多的是处于双向或三向受力状态。1、双轴应力状态双向受压强度大于单向受压强度，即一向强度随另一向压应力的增加而增加。在双向受拉区，其强度与单向受拉时差别不大，即一向抗拉强度基本上与另一向拉应力的大小无关。在一轴受压一轴受拉状态下，抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小。2、三轴应力状态混凝土一向抗压强度随另两向压应力的增加而增加。☆完整版解答：混凝土的强度指标有立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度。立方体抗压强度：我国规范规定以边长150mm立方体，温度为20±3℃、相对湿度不小于95%的条件下养护28天，用标准试验方法测得的抗压强度称为立方体抗压强度，用fcu表示，立方体抗压强度是衡量混凝土强度高低的基本指标，并以其定义混凝土的强度等级。规范规定具有95%保证率的立方体抗压强度为混凝土抗压强度标准值，用fcu,k表示，并以此划分混凝土的强度等级。《规范》根据强度范围，从C15~C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。C表示混凝土强度等级，C后面的数字表示以单位N/mm2计的混凝土立方体抗压强度标准值。轴心抗压强度：由150mm×150mm×300mm的棱柱体试件测定的抗压强度称为轴心抗压强度，用fc表示，fc比fcu更能反映混凝土的实际抗压强度，为一实用抗压强度指标。fcfcu，fc与fcu成线性关系，fc/fcu比值平均为0.76。轴心抗拉强度：混凝土的轴心抗拉强度远小于其抗压强度，且不与抗压强度成比例增长。混凝土轴心抗拉强度试验平均值与立方体抗压强度平均值的关系为：ft=0.395·（fcu）0.55。其中fcu——立方体抗压强度，fc——轴心抗压强度，ft——轴心抗拉强度。二、混凝土的变形混凝土的变形有两类：外荷载作用产生的受力变形，温度和干湿变化引起的体积8变形。☆☆（一）混凝土在一次短期加载时的应力—应变曲线1、应力小于fc的30%∼40%时（a点），应力应变关系接近直线。2、当应力↑，呈现塑性。应力增大到fc的80%左右（b点），应变增长更快。3、应力达到fc（c点）时，试件表面出现纵向裂缝，试件开始破坏。达到的最大应力σo称为混凝土棱柱体抗压强度fc，相应的应变为εo一般为0.002左右。（二）混凝土在重复载荷下的应力-应变曲线1、应力不大，重复5∼10次后，加载和卸载的应力—应变曲线合并接近一直线，同弹性体一样工作。2、应力超过某一限值，经多次循环，应力应变关系成为直线后，重新变弯，试件很快破坏。该限值为混凝土的疲劳强度。（三）混凝土的弹性模量1、初始弹性模量：通过原点0的切线的斜率tgα0。2、割线弹性模量：应力不大时，应力应变关系近似于直线，弹性模量可用应力σc除以其相应的应变εc来表示：Ec=tgα1=σc/εc弹性模量经验公式：9)N/mm(74.342.21025cucfE（四）混凝土的徐变☆1、定义：在荷载长期持续作用下，应力不变，变形随时间而增长。这种现象，称为混凝土的徐变。2、徐变与塑性变形不同：①徐变是混凝土受力后，水泥石中的凝胶体产生的粘性流动。②徐变部分可恢复。③徐变在较小的应力时就发生。☆3、影响徐变的因素：①内在因素：混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。②应力大小：混凝土应力越大，徐变越大。αc≤(0.5~0.55)fc时，徐变与应力成正比，称为线性徐变。徐变是稳定的。αc(0.5~0.55)fc时，最终徐变与应力不成正比，称为非线性徐变。当αc0.8fc时，混凝土内部微裂缝的发展处于不稳定状态，徐变的发展不收敛，导致砼的破坏。③加载龄期：混凝土的龄期越短，凝胶体的粘性流动越大，徐变越大。④环境影响：外界相对湿度越高，结构内部水分不易外逸，徐变越小。☆补：如何减小徐变对混凝土的影响？答：①设计时避免让构件长期处于不变的高应力作用下。②尽量延长混凝土的龄期。③增大骨料的刚度、体积比，减小水灰