混凝土知识点总结

1绪论Introduction1.1混凝土结构的一般概念和特点以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土结构(ConcreteStructure)。二、钢筋与混凝土共同工作的条件⑴钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力(Bond)，在荷载作用下，保证两种材料变形协调(SameDeformationunderload)，共同受力；⑵钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数(Temperaturelinearexpandingindex)（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。⑶包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋和混凝土的共同作用。混凝土结构的优点：⑴材料利用合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。⑵可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。⑶耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；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。⑷现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。⑸刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。⑹易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。混凝土结构的缺点：⑴自重大：不适用于大跨、高层结构。⑵抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。⑶承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。⑷施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。⑸混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。钢模、飞模、滑模等，泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等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。1.3结构的功能和极限状态简述◆安全性◎如（M≤Mu）；◎整体稳定性◆适用性◎如（f≤[f]；wmax≤[wmax]）◎结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。◆耐久性◎结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性，完好使用到设计使用年限。1.3.1、建筑结构的功能1.3.2结构的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的要求，该状态称为该功能的极限状态。结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”。钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念结构的功能可靠极限状态失效安全性受弯承载力MMuM=MuMMu适用性挠度变形f[f]f=[f]f[f]耐久性裂缝宽度wmax[wmax]wmax=[wmax]wmax[wmax]1.承载能力极限状态：超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。例如：结构或构件达到最大承载力（包括因疲劳而破坏）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构塑性变形过大而不适于继续使用结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）第一章绪论1.3结构的功能和极限状态简述2.正常使用极限状态超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。例如：过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；过大的振动（不舒适）；其他不满足正常使用要求。第一章绪论1.3结构的功能和极限状态简述进行结构设计时，结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还应该按正常使用极限状态进行验算。即：设计的结构或构件在满足承载能力极限状态的同时也要满足正常使用极限状态。第一章绪论1.3结构的功能和极限状态简述121.3.3荷载和材料强度结构上的作用◎直接作用：荷载◎间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。荷载和荷载效应之间通常按某种关系相联系。第一章绪论1.3结构的功能和极限状态简述荷载的分类结构上的荷载，按其作用时间的长短和性质，可分为三类：(1)永久荷载G在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。(2)可变荷载Q在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。(3)偶然荷载Q在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。第一章绪论1.3结构的功能和极限状态简述荷载的标准值和设计值荷载的基本代表值——荷载的标准值验算变形和裂缝宽度——荷载的标准值计算截面承载力——荷载的设计值荷载设计值=荷载标准值×荷载分项系数第一章绪论1.3结构的功能和极限状态简述g——永久荷载（恒荷载）分项系数，一般取1.2；对永久荷载效应控制的组合一般取1.35；当永久荷载效应对结构有利时取1.0。Q——可变荷载（活荷载）分项系数，一般取1.4。内力的标准值和设计值按荷载标准值计算得到的内力——内力的标准值按荷载设计值计算得到的内力——内力的设计值第一章绪论1.3结构的功能和极限状态简述验算变形和裂缝宽度——材料强度的标准值计算截面承载力——材料强度的设计值材料强度的标准值和设计值=材料强度标准值材料强度设计值材料强度分项系数第二章钢筋和混凝土材料的力学性能2.1混凝土(Concrete)一、混凝土的强度(Strengthofconcrete)1、混凝土强度等级（StrengthGrade）混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下[20±3℃，≥90%湿度(Degreeofhumidity)]养护(curing)28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂(lubricant)）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(CubeStrength)，用符号C表示。C30：fcu,k=30N/mm22.影响立方体抗压强度的因素试验方法：涂润滑剂，受压时没有“套箍”作用，测得的抗压强度低；尺寸影响：尺寸越大，强度越低；（尺寸效应）加荷速度：速度越快，强度越高；龄期：龄期越长，强度越高。3、轴心抗压强度AxialCompressiveStrength轴心抗压强度采用棱柱体试件(Prismsample)测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=2~3（？），我国通常取150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，也常用100×100×300试件。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。4、轴心抗拉强度AxialTensileStrength由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度(SplittingStrength)第二章钢筋和混凝土的材料性能2、混凝土的弹性模量ModulusofElasticityseEc=tana原点切线模量InitialModulus0sesddEc割线模量SecantModulusescEseEc=tana切线模量TangentModulusesddEc弹性系数n(coefficientofelasticity)随应力增大而减小n=1~0.52.1混凝土eeelcEcEnseEc?=tana?eelepl（二）、荷载长期作用下混凝土的变形性能1、混凝土的徐变Creep结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。◆影响因素◆影响因素：（1）混凝土的应力大小（2）加载时混凝土的龄期（3）混凝土的制作方法和养护条件（4）构件形状和尺寸（5）混凝土的组成（6）钢筋第二章钢筋和混凝土的材料性能2.2钢筋热轧钢筋分类HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级HPBHotrolled热轧Plain光圆BarHRBHotrolled热扎Ribbed带肋BarRRBResidual余热处理Ribbed带肋Bar屈服强度fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%）HPB235级：fyk=235N/mm2HRB335级：fyk=335N/mm2HRB400级、RRB400级：fyk=400N/mm2第二章钢筋和混凝土的材料性能2.3混凝土与钢筋的粘结2.3.1粘结的意义粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础粘结应力：钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力，称为粘结应力2.3.2粘结力的形成（１）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。（２）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。（３）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。第三章受弯构件正截面承载力计算适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点受力阶段主要特点第Ⅰ阶段第Ⅱ阶段第Ⅲ阶段习称未裂阶段带裂缝工作阶段破坏阶段外观特征没有裂缝，挠度很小有裂缝，挠度还不明显钢筋屈服，裂缝宽，挠度大弯矩－截面曲率大致成直线曲线接近水平的曲线混凝土应力图形受压区直线受压区高度减小，混凝土压应力图形为上升段的曲线，应力峰值在受压区边缘受压区高度进一步减小，混凝土压应力图形为较丰满的曲线；后期为有上升段与下降段的曲线，应力峰值不在受压区边缘而在边缘的内侧受拉区前期为直线，后期为有上升段的曲线，应力峰值不在受拉区边缘大部分退出工作绝大部分退出工作纵向受拉钢筋应力与设计计算的联系Ⅰa阶段用于抗裂验算用于裂缝宽度及变形验算Ⅲa阶段用于正截面受弯承载力计算22030/sNmms202030/syNmmfs0syfs二、正截面受弯的三种破坏形态超筋适筋少筋受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土压坏，中间有一个较长的破坏过程，有明显预兆，属于“塑性破坏”，破坏前可吸收较大的应变能。在钢筋没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏，表现为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。钢筋有可能在梁一开裂时就进入强化，甚至拉断，梁的破坏与素混凝土梁类似，属于受拉脆性破坏特征。3.5双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。一般来说采用双筋是不经济的，工程中通常仅在以下情况下采用：◆当截面尺寸和材料强度受建筑使用和施工条件（或整个工程）限制而不能增加，而计算又不满足适筋截面条件时，可采用双筋截面，即在受压区配置钢筋以补充混凝土受压能力的不足。◆另一方面，由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面承受正弯矩，另一种组合情况下承受负弯矩，这时也会出现双筋截面。◆此外，由于受压钢筋可以提高截面的延性，因此，在抗震结构中要求框架梁必须配置一定比例的受压钢筋。3.6T型截面受弯构件正截面承载力计算fhxfhxfhx第二类T形截面界限情况第一类T形截面第四章受弯构件斜截面承载力计算③①②无腹筋梁弯剪斜裂缝腹剪斜裂缝三、无腹筋梁的剪切破坏形态00haVhM剪跨比◆（1）斜压破坏◆（3）斜拉破坏◆（13）剪压破坏四、影响无腹筋梁受剪承载力的因素（共5个因素）⑴剪跨比⑵混凝土强度⑶纵筋配筋率⑷截面形状⑸尺寸