水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)習(xí)題答案全解配合教材版

1、基本概念：一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點 1混凝土結(jié)構(gòu)的定義：混凝土結(jié)構(gòu)是以混凝土為主要材料制成的結(jié)構(gòu)，包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等。素混凝土結(jié)構(gòu)是指由無筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指由配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是指由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。其中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程中應(yīng)用最為廣泛。2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是以混凝土承受壓力、鋼筋承受拉力，能比較充分合理地利用混凝土（高抗壓性能）和鋼筋（高抗拉性能）這兩種材料的力學(xué)特性。與素混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力大大提高，

2、破壞也呈延性特征，有明顯的裂縫和變形發(fā)展過程。對于一般工程結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。技術(shù)經(jīng)濟效益顯著。鋼筋有時也可以用來協(xié)助混凝土受壓，改善混凝土的受壓破壞脆性性能和減少截面尺寸。3鋼筋和混凝土能夠共同工作的主要原因：（1）鋼筋與混凝土之間存在有良好的粘結(jié)力，能牢固地形成整體，保證在荷載作用下，鋼筋和外圍混凝土能夠協(xié)調(diào)變形，相互傳力，共同受力。（2）鋼筋和混凝土兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)接近（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.01.5)×10-5），當(dāng)溫度變化時，兩者間不會產(chǎn)生很大的相對變形而破壞它們之間的結(jié)合，而能夠共同工作。二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點（1）合理用材。能充

3、分合理的利用鋼筋（高抗拉性能）和混凝土（高抗壓性能）兩種材料的受力性能。（2）耐久性好。在一般環(huán)境下，鋼筋受到混凝土保護而不易生銹，而混凝土的強度隨著時間的增長還有所提高，所以其耐久性較好。（3）耐火性好?；炷潦遣涣紝?dǎo)熱體，遭火災(zāi)時，鋼筋因有混凝土包裹而不致于很快升溫到失去承載力的程度。（4）可模性好?；炷量筛鶕?jù)設(shè)計需要支模澆筑成各種形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)。（5）整體性好。整體澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體性好，再通過合適的配筋，可獲得較好的延性，有利于抗震、防爆和防輻射，適用于防護結(jié)構(gòu)。（6）易于就地取材?；炷了玫脑牧现姓己艽蟊壤氖雍蜕白樱a(chǎn)地普遍，便于就地取材。三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點（

4、1）自重偏大。相對于鋼結(jié)構(gòu)來說，混凝土結(jié)構(gòu)自重偏大，這對于建造大跨度結(jié)構(gòu)和高層建筑是不利的。（2）抗裂性差。由于混凝土的抗拉強度較低，在正常使用時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)往往帶裂縫工作，裂縫存在會影響結(jié)構(gòu)物的正常使用性和耐久性。（3） 施工比較復(fù)雜，工序多。施工受季節(jié)、天氣的影響也較大。（4）新老混凝土不易形成整體?；炷两Y(jié)構(gòu)一旦破壞，修補和加固比較困難。四、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向（1）在計算理論方面。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中已采用的基于概率論和數(shù)理統(tǒng)計分析的可靠度理論，概率極限狀態(tài)計算體系要不斷完善；混凝土的微觀斷裂機理、混凝土的多軸強度理論及非線性變形的計算理論等方面也需要更大的突破，并應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)設(shè)

5、計中（2）在材料研究方面?；炷林饕窍蚋邚姟⑤p質(zhì)、耐久、易成型及具備某種特殊性能的高性能混凝土方向發(fā)展。鋼筋的發(fā)展方向是高強、防腐、較好的延性和良好的粘結(jié)錨固性能。（3）在結(jié)構(gòu)型式方面。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)由于抗裂性能好，可充分利用高強度材料，各種應(yīng)用發(fā)展迅速。一些高性能新型組合結(jié)構(gòu)具有充分利用材料強度、較好的適應(yīng)變形能力（延性）、施工較簡單等特點，也得到廣泛應(yīng)用（4）在施工技術(shù)方面。大型水利工程的工地建有拌和樓（站）集中攪拌混凝土，城市應(yīng)用的商品混凝土，都現(xiàn)澆混凝土施工，整體性好。大體積混凝土結(jié)構(gòu)采用的滑模和碾壓混凝土施工技術(shù)，施工機械化程度高。標(biāo)準(zhǔn)化（設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、制造工業(yè)化、安裝機械化）的裝

6、配式或裝配整體式結(jié)構(gòu)，施工上也具有一定的優(yōu)越性。在模板使用方面，除了目前使用的木模板、鋼模板、竹模板、硬塑料模板外，今后將向多功能發(fā)展。發(fā)展薄片、美觀、廉價又能與混凝土牢固結(jié)合的永久性模板，將使模板可以作為結(jié)構(gòu)的一部分參與受力，還可省去裝修工序。透水模板的使用，可以濾去混凝土中多余的水分，大大提高混凝土的密實性和耐久性。在鋼筋的連接成型方面，正在大力發(fā)展各種鋼筋成型機械及綁扎機具，以減少大量的手工操作。除了現(xiàn)有的綁扎搭接、焊接、螺栓及擠壓連接方式外，隨著化工膠結(jié)材料的發(fā)展，還出現(xiàn)了膠接的連接方式。第1章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的材料基本概念： 一、鋼筋的品種1按化學(xué)成分劃分（1）碳素鋼：碳素鋼按碳的含

7、量多少分為低碳鋼、和高碳鋼。含碳量增加，能使鋼材強度提高，性質(zhì)變硬，但也使鋼材的塑性和韌性降低，焊接性能也會變差。（2）普通低合金鋼：普通低合金鋼是在煉鋼時對碳素鋼加入少量合金元素而形成的。低合金鋼鋼筋具有強度高、塑性及可焊性好的特點，因而應(yīng)用較為廣泛。2按加工工藝劃分我國生產(chǎn)的建筑用鋼筋按加工工藝有熱軋鋼筋、冷加工鋼筋、熱處理鋼筋及高強鋼絲和鋼絞線等。3按表面形狀劃分（1）光面鋼筋：表面是光滑的，與混凝土的粘結(jié)性較差。（2）帶肋鋼筋：表面有縱向凸緣（縱肋）和許多等距離的斜向凸緣（橫肋）。其中，由兩條縱肋和縱肋兩側(cè)多道等距離、等高度及斜向相同的橫肋形成的螺旋紋表面。若橫肋斜向不同則形成了人字紋

8、表面。這兩種表面形狀的鋼筋習(xí)慣稱為螺紋鋼筋，現(xiàn)在稱為等高肋鋼筋，國內(nèi)已基本上不再生產(chǎn)。斜向凸緣和縱向凸緣不相交，甚無縱肋，剖面幾何形狀呈月牙形的鋼筋，稱為月牙肋鋼筋，與同樣公稱直徑的等高肋鋼筋相比，凸緣處應(yīng)力集中得到改善，但與混凝土之間的粘結(jié)強度略低于等高肋鋼筋。二、鋼筋的力學(xué)性能1軟鋼的力學(xué)性能軟鋼（熱軋鋼筋）有明顯的屈服點，破壞前有明顯的預(yù)兆（較大的變形，即伸長率），屬塑性破壞。2硬鋼的力學(xué)性能硬鋼（熱處理鋼筋及高強鋼絲）強度高，但塑性差，脆性大。從加載到突然拉斷，基本上不存在屈服階段（流幅）。屬脆性破壞。材料的塑性好壞直接影響到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞性質(zhì)。所以，應(yīng)選擇塑性好的鋼筋。3冷拉鋼筋的力

9、學(xué)性能冷拉是將鋼筋拉伸超過屈服強度并達到強化階段中的某一應(yīng)力值，然后放松。若立即重新加荷，此時屈服點將提高。表明鋼筋經(jīng)冷拉后，屈服強度提高，但伸長率減小，塑性性能降低，也就是鋼材性質(zhì)變硬變脆了。此稱冷拉硬化。如果卸荷后，經(jīng)過一段時間再重新加荷，則屈服點還會進一步提高，稱冷拉時效。鋼筋冷拉后，只提高抗拉強度，其抗壓強度并沒有提高。因此，不要把冷拉鋼筋用作受壓鋼筋。三、鋼筋的選用1選用原則（1）建筑用鋼筋要求具有一定的強度（屈服強度和抗拉強度），應(yīng)適當(dāng)采用較高強度的鋼筋，以獲得較好的經(jīng)濟效益。（2）要求鋼筋有足夠的塑性（伸長率和冷彎性能），以使結(jié)構(gòu)獲取較好的破壞性質(zhì)。（3）應(yīng)有良好的焊接性能，保證

10、鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大的變形。（4）鋼筋和混凝土之間應(yīng)有足夠的粘結(jié)力，保證兩者共同工作。2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中主要采用的鋼筋級鋼筋（相當(dāng)于HPB235）：級鋼筋（Q235鋼）是熱軋光圓低碳鋼筋，質(zhì)量穩(wěn)定，塑性及焊接性能較好，但強度稍低，而且與混凝土的粘結(jié)稍差。因此，級鋼筋主要應(yīng)用在厚度不大的板中或作為梁、柱的箍筋。級鋼筋（相當(dāng)于HRB335）：級鋼筋（20MnSi）是熱軋月牙肋低合金鋼筋，強度、塑性及可焊性都比較好。級鋼筋在工程中應(yīng)用較為廣泛。 級鋼筋（相當(dāng)于HRB400和RRB400）： 級鋼筋（20MnSiV等）是熱軋月牙肋低合金鋼筋。其中余熱處理 級（K20MnSi）是鋼筋熱軋后立即穿水

11、，進行表面冷卻，然后利用芯部余熱自身完成回火處理而形成。它的塑性及可焊性也比較好, 強度更高。級鋼筋在工程中應(yīng)用越來越廣泛。四、混凝土的強度1混凝土的單軸強度（1）立方體抗壓強度fcu：不是結(jié)構(gòu)計算的實用指標(biāo)，它是衡量混凝土強度高低的基本指標(biāo)，并以其標(biāo)準(zhǔn)值定義混凝土的強度等級。（2）軸心抗壓強度fc：比立方體抗壓強度能更好地反映受壓構(gòu)件中混凝土的實際抗壓強度，為一實用抗壓強度指標(biāo)。（3）軸心抗拉強度ft：反映混凝土的抗拉能力。（二）混凝土的多軸強度上面所講混凝土強度，均是指單向受力條件下所得到的強度。但實際上，結(jié)構(gòu)物很少處于單向受力狀態(tài)。工程上經(jīng)常遇到的都是一些雙向或三向受力的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。用

12、單軸應(yīng)力狀態(tài)的強度表示實際結(jié)構(gòu)中混凝土的破壞條件（強度準(zhǔn)則）不合理的，特別是對非桿件結(jié)構(gòu)進行數(shù)值分析時，其強度準(zhǔn)則的選取直接影響計算結(jié)果的精確度和正確性。所以研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強度條件，對進行合理設(shè)計是極為重要的。但由于測試技術(shù)的復(fù)雜性和試驗結(jié)果的離散性，目前還未能建立起完整的強度理論。根據(jù)現(xiàn)有的試驗結(jié)果，可以得出以下幾點結(jié)論：（1）雙向受壓的強度：雙向受壓的混凝土的強度比單向受壓的強度為高。也就是說，一向強度隨另一向壓應(yīng)力的增加而增加。（2）雙向受拉的強度：雙向受拉的的混凝土強度與單向受拉強度基本一樣。也就是說，混凝土一向抗拉強度基本上與另一向拉應(yīng)力的大小無關(guān)。（3）一向受拉一向受壓

13、的強度：一向受拉一向受壓的混凝土抗壓強度隨另一向的拉應(yīng)力的增加而降低?；蛘哒f，混凝土的抗拉強度隨另一向的壓應(yīng)力的增加而降低。（4）正應(yīng)力及剪應(yīng)力下的強度：在單軸正應(yīng)力及剪應(yīng)力共同作用下，當(dāng)為壓應(yīng)力時，混凝土的抗剪強度有所提高，但當(dāng)壓應(yīng)力過大時，混凝土的抗剪強度反有所降低。為拉應(yīng)力時降低抗剪強度。三向受力下的混凝土強度規(guī)律與雙向受力時基本相同。五、混凝土的變形（一）混凝土的受力變形1混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線試驗表明, 混凝土不論是受壓或是受拉，破壞的過程本質(zhì)上是由連續(xù)材料逐步變成不連續(xù)材料的過程，即混凝土的破壞是微裂縫的發(fā)展導(dǎo)致橫向變形引起的。對橫向變形加以約束，就可以限制微裂縫的發(fā)展，從而可提高混

14、凝土的強度。約束混凝土可以提高混凝土的強度，也可以提高混凝土的變形能力。復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)對混凝土強度的影響就在于此原因?！凹s束混凝土”可以提高混凝土的強度，但更值得注意的是可以提高混凝土的變形能力，配箍筋混凝土就起此效果。隨著混凝土強度的提高，峰值應(yīng)力、應(yīng)變有所增大。但下降段的坡度變陡，即應(yīng)力下降相同幅度時變形越小，極限應(yīng)變減小，塑性變差，破壞時脆性顯著。加載速度較快時，強度提高，但極限應(yīng)變將減小。2混凝土的徐變及對混凝土結(jié)構(gòu)的影響徐變是混凝土在荷載長期持續(xù)作用下，應(yīng)力不變，隨著時間而增長的變形。產(chǎn)生徐變的原因有：（1）混凝土受力后，在應(yīng)力不大的情況下，徐變緣于水泥石中的凝膠體產(chǎn)生的粘性流動（顆粒

15、間的相對滑動）要延續(xù)一個很長的時間。（2）在應(yīng)力較大的情況下，骨料和水泥石結(jié)合面裂縫的持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致徐變加大。徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的不利影響：（1）徐變作用會使結(jié)構(gòu)的變形增大。（2）在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，它還會造成較大的預(yù)應(yīng)力損失。（3）徐變還會使構(gòu)件中混凝土和鋼筋之間發(fā)生應(yīng)力重分布，導(dǎo)致混凝土應(yīng)力減小，鋼筋應(yīng)力增大，使得理論計算產(chǎn)生誤差。一定要注意避免高應(yīng)力下的非線性徐變。（二）混凝土的收縮及對混凝土結(jié)構(gòu)的影響混凝土在空氣中結(jié)硬時，由于溫、濕度及本身化學(xué)變化的影響，體積隨時間增長而減小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮對混凝土結(jié)構(gòu)的不利影響：（1）收縮受到約束時會使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，甚至使混凝土開裂。（2）混

16、凝土收縮還會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失?；炷恋氖湛s會帶來危害，而膨脹變形一般是有利的，不予討論。六、鋼筋與混凝土的粘結(jié)1鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力粘結(jié)力是在鋼筋和混凝土接觸面上阻止兩者相對滑移的剪應(yīng)力。粘結(jié)力主要由三部分組成：（1）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學(xué)膠著力（膠結(jié)力）；（2）混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力（摩阻力）; （3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合力。光面鋼筋在粘結(jié)應(yīng)力達到粘結(jié)強度破壞時，其表面有明顯的縱向摩擦痕跡。變形鋼筋，接近破壞時，首先由于橫肋擠壓混凝土引起的環(huán)向或斜向拉應(yīng)力而使鋼筋周圍混凝土開裂，最終因肋間混凝土剪切強度不夠，將被擠碎帶出，發(fā)

17、生沿肋外徑圓柱面的剪切破壞。其粘結(jié)強度比光面鋼筋要大得多。2影響粘結(jié)強度的主要因素（1）混凝土強度。粘結(jié)強度都隨混凝土強度等級的提高而提高，粘結(jié)強度基本上與混凝土的抗拉強度成正比例的關(guān)系。（2）鋼筋的表面狀況。鋼筋表面形狀對粘結(jié)強度有影響，變形鋼筋的粘結(jié)強度大于光圓鋼筋。（3）混凝土保護層厚度和鋼筋的凈間距。增大保護層厚度（相對保護層厚度c/d），保持一定的鋼筋間距（鋼筋凈距s與鋼筋直徑d的比值s/d），可以提高外圍混凝土的抗劈裂能力，有利于粘結(jié)強度的充分發(fā)揮。也能使粘結(jié)強度得到相應(yīng)的提高。七、鋼筋的錨固與連接1鋼筋的錨固根據(jù)鋼筋受拉應(yīng)力達到屈服強度時，鋼筋才被拔出的條件確定出基本錨固（埋入）

18、長度la。為了保證鋼筋在混凝土中錨固可靠，避免粘結(jié)遭到破壞，而使鋼筋被拔出發(fā)生錨固破壞，設(shè)計時應(yīng)該使鋼筋在混凝土中有足夠的錨固（埋入）長度la。分析表明，鋼筋強度越高，直徑越粗，混凝土強度越低，則要求錨固長度越長。2鋼筋的連接鋼筋連接方法主要有：（1）綁扎連接。綁扎連接是在鋼筋搭接處用鐵絲綁扎而成。是最常用和最簡便的鋼筋接長方法。但可靠性不夠好。（2）機械連接。采用螺旋或擠壓套筒連接。此法簡單、可靠。（3）焊接。焊接有閃光對焊和電弧焊搭接。焊接質(zhì)量有保證時，此法較可靠。3保證鋼筋的錨固與連接的構(gòu)造措施（1）對不同等級的混凝土和鋼筋，要保證最小搭接長度ll和錨固長度la；（2）必須滿足鋼筋最小間

19、距和混凝土保護層最小厚度的要求；（3）在鋼筋的搭接接頭范圍內(nèi)應(yīng)加密箍筋；（4）在鋼筋端部采用設(shè)置彎鉤等機械錨固措施。對光面鋼筋一定要加彎鉤。第2章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計算原則   基本概念：一、結(jié)構(gòu)的功能要求 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，用最經(jīng)濟的手段，使得所設(shè)計的結(jié)構(gòu)能夠滿足如下三個方面的功能要求：安全性、適用性和耐久性。上述功能要求概括起來稱為結(jié)構(gòu)的可靠性，結(jié)構(gòu)的可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間（設(shè)計基準(zhǔn)期）內(nèi)，在規(guī)定的條件（正常設(shè)計、正常施工、正常使用和正常維護）下，完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)的可靠性和結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性常常是相互矛盾的。比如在相同荷載作用下，要提

20、高混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性，一般可以采用加大截面尺寸、增加鋼筋用量或提高材料強度等措施，但是這將使建筑物的造價提高，導(dǎo)致經(jīng)濟效益下降。二、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是指整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)分為以下兩大類。1承載能力極限狀態(tài)這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載能力極限狀態(tài)是關(guān)于安全性功能要求的，所以滿足承載能力極限狀態(tài)的要求，是結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)，因為這關(guān)系到結(jié)構(gòu)能否安全的問題，一旦失效，后果嚴重，所以應(yīng)具有較高的可靠度水平。2正常使用極限狀態(tài) 這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或

21、構(gòu)件達到影響正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。正常使用極限狀態(tài)是關(guān)于適用性和耐久性功能要求的，當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用極限狀態(tài)時，雖然會影響結(jié)構(gòu)的使用性、耐久性或使人們的心理感覺無法承受，但般不會造成生命財產(chǎn)的重大損失。所以正常使用極限狀態(tài)設(shè)計的可靠度水平允許比承載能力極限狀態(tài)的可靠度適當(dāng)降低。三、結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力是指整個結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力(如構(gòu)件的承載力、抗裂度和剛度等)，用“R”來表示。在實際工程中，由于施工水平造成了材料強度的離散性、構(gòu)件幾何特征(尺寸偏差、局部缺陷等)的不定性，抗力計算模式也存在著不定性(如并非絕對軸心受壓柱而作為軸心受壓柱來計算等)，因此，由這些因素決定的

22、結(jié)構(gòu)抗力亦是一個隨機變量。四、作用及作用效應(yīng)1結(jié)構(gòu)的作用所謂“作用”，就是使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形(應(yīng)力和應(yīng)變) 的所有原因。(1)當(dāng)以力的形式作用于結(jié)構(gòu)上時，稱為直接作用，習(xí)慣上稱為結(jié)構(gòu)的荷載。例如，結(jié)構(gòu)自重、樓面上的人群及物品重、風(fēng)壓力、雪壓力、土壓力等等。 (2)當(dāng)以變形形式作用于結(jié)構(gòu)上時，稱為間接作用，習(xí)慣上稱為結(jié)構(gòu)的外加變形或約束變形，例如，地震、基礎(chǔ)沉降、混凝土收縮、溫度變形、焊接變形等。作用按其隨時間的變異性和出現(xiàn)的可能性不同，可分為三類：(1)永久作用G：作用在結(jié)構(gòu)上，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計者，例如結(jié)構(gòu)自重、土重等荷載。(2)可變作用Q：作用在結(jié)構(gòu)上，其

23、值隨時間變化，而且其變化與平均值相比不可忽略不計者，如吊車荷載、樓面堆放荷載及人群荷載、靜水壓力、風(fēng)荷載等可變荷載。(3)偶然作用A：在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但它一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時間較短，如地震、爆炸、撞擊等偶然荷載。2作用效應(yīng)作用效應(yīng)是指在各種作用因素的作用下，于結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)所產(chǎn)生的內(nèi)力和變形(如軸力、彎矩、扭矩、撓度、裂縫等)，用“S”來表示。 由于結(jié)構(gòu)的作用是隨著時間、地點和各種條件的改變而變化的，是一個不確定變量，所以由作用所決定的作用效應(yīng)S一般說來也是一個隨機變量。由于它的的統(tǒng)計規(guī)律與荷載的統(tǒng)計規(guī)律是一致的，因此，一般只須研究荷載的變異情況。 結(jié)構(gòu)的可靠性就是取決于結(jié)構(gòu)抗力

24、R和荷載效應(yīng)S之間的相互關(guān)系。五、概率極限狀態(tài)設(shè)計法1極限狀態(tài)方程一般可簡單的把影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素歸納為荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個相互獨立的隨機變量，以荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個基本隨機變量來描述結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，則極限狀態(tài)函數(shù)（或稱功能函數(shù)）為：Z=g（R，S）=RS 因R、S是隨機變量，所以功能函數(shù)Z也是隨機變量。顯然，當(dāng)Z0時，結(jié)構(gòu)可靠；Z0時，結(jié)構(gòu)失效；Z=0時，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。則極限狀態(tài)方程為：Z=g（R，S）=RS=0 2可靠概率ps結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定功能（RS）的概率即為“可靠概率”ps，它用來反映結(jié)構(gòu)的可靠程度，即可靠度。結(jié)構(gòu)的可靠度就是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完

25、成預(yù)定功能的概率，其是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。3失效概率pf 結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能（RS）的概率為“失效概率”pf，很顯然pf +ps1，失效概率與可靠概率互補。pf小，ps就大，所以pf能夠反映結(jié)構(gòu)的可靠程度。4可靠指標(biāo)與pf之間存在著相應(yīng)的關(guān)系，大則pf小，小則pf大。即越大，結(jié)構(gòu)可靠性越高，因此，和pf一樣，可作為衡量結(jié)構(gòu)可靠性的一個指標(biāo)，且稱之為結(jié)構(gòu)的“可靠指標(biāo)”。5. 概率極限狀態(tài)設(shè)計法的基本方法設(shè)計要求： T目標(biāo)可靠指標(biāo)T的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的可靠與經(jīng)濟問題。其取值主要應(yīng)考慮：（1）結(jié)構(gòu)的安全級別。結(jié)構(gòu)安全級別愈高，表明結(jié)構(gòu)愈重要，一旦結(jié)構(gòu)失效，對生命財產(chǎn)的危害程度以及對社會的影響就

26、愈大，因此，可靠指標(biāo)就應(yīng)愈大。（2）結(jié)構(gòu)的破壞性質(zhì)，延性破壞的構(gòu)件在破壞前有明顯的預(yù)兆，構(gòu)件破壞性質(zhì)較好。而脆性破壞的構(gòu)件在破壞前無明顯的預(yù)兆，一旦破壞，其承載力急劇降低甚至斷裂。所以，延性破壞的構(gòu)件的可靠指標(biāo)可稍低于脆性破壞構(gòu)件的可靠指標(biāo)。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計的極限狀態(tài)，承載能力極限狀態(tài)是關(guān)系到結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否安全的根本問題，而正常使用極限狀態(tài)的驗算則是在滿足承載能力極限狀態(tài)的前提下進行的，只影響到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常適用性和耐久性。所以，承載能力極限狀態(tài)下的可靠指標(biāo)應(yīng)高于正常使用極限狀態(tài)下的可靠指標(biāo)。六、荷載的代表值荷載的取值大小影響結(jié)構(gòu)的可靠性與經(jīng)濟性，所以荷載應(yīng)根據(jù)不同極限狀態(tài)的設(shè)計要求，規(guī)定不同的量

27、值，即荷載代表值。水工建筑物的荷載則按水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范(DL5077-1997)取用。1荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk，Qk荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在使用期間正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值。一般取具有95的保證率荷載值作為荷載標(biāo)準(zhǔn)值，即實際荷載超過設(shè)計時取用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值的可能性只有5。2可變荷載準(zhǔn)永久值Qq所謂準(zhǔn)永久值是指可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用的那一部分荷載，它對結(jié)構(gòu)的影響類似于永久荷載。可變荷載的準(zhǔn)永久值Qq可由可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk乘以相應(yīng)的長期組合系數(shù)(1)得出，即：Qq =Qk。不同的可變荷載隨機變化特征不同，其值就不同。3可變荷載組合值Qc考慮到各種可變荷載不可能同時以其最大值（標(biāo)準(zhǔn)值）

28、出現(xiàn)，而在荷載組合時，取由標(biāo)準(zhǔn)值上乘以小于1.0的組合系數(shù)得到的荷載組合值。七、材料強度的代表值材料強度也是隨機變量，取值直接影響到結(jié)構(gòu)的可靠與經(jīng)濟。材料強度的代表值主要是指材料強度標(biāo)準(zhǔn)值，材料強度標(biāo)準(zhǔn)值是指使用期間正常情況下可能出現(xiàn)的最小值。材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值由材料強度概率按具有95的保證率來確定，即材料的實際強度小于設(shè)計時取用的強度標(biāo)準(zhǔn)值的可能性只有5。設(shè)計時，材料強度盡可能取低些，荷載盡可能取大些，才能保證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)的可靠性。其中，材料強度可以查表，但荷載需按規(guī)范要求自己計算。八、極限狀態(tài)計算的實用設(shè)計表達式1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式基本組合是持久狀況或短暫狀況下永久荷載與可變荷載的效

29、應(yīng)組合。對于基本組合，承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式為0SR/d S =Gi CGi Gki +Qj CQj Qkj R=R（fc，fy，ak）= R（fc/ck，fyk/s，ak） 式中 0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對結(jié)構(gòu)安全級別為、級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，分別取為1.1、1.0及0.9；建筑物的重要性不同，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全級別就不同，要求目標(biāo)可靠指標(biāo)也不同。為了反映這種要求，在計算荷載效應(yīng)時，可將其值乘以結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0。通過0來調(diào)整荷載效應(yīng)S，從而實現(xiàn)建筑物的重要性不同，可靠度水準(zhǔn)的要求不同。設(shè)計狀況系數(shù)，對應(yīng)于持久狀況、短暫狀況、偶然狀況，分別取為1.0、0.95及0.85；結(jié)構(gòu)在施工、運行、檢修不同時期可能

30、出現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)體系、荷載及環(huán)境條件，失效后果也不同，所以，其可靠度水準(zhǔn)要求也就不同。與0一樣，也是來調(diào)整荷載效應(yīng)S的。0、取大些，可靠度水平就高。上述三種設(shè)計狀況均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計。對持久狀況尚應(yīng)進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；對短暫狀況可根據(jù)具體情況決定是否要進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，而且只有短期組合；對偶然狀況則可不進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。G、Q分別為永久荷載和可變荷載的荷載分項系數(shù)。因荷載標(biāo)準(zhǔn)值按95%的保證率取值，則實際荷載仍有可能超過預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)值。為了考慮這一最不利情況，在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式中還引入一個荷載分項系數(shù)（一般都大于1，個別情況也可小于1）。荷載分項系數(shù)主要是

31、用來考慮實際荷載超過標(biāo)準(zhǔn)值的可能性。在水工建筑物設(shè)計中它實質(zhì)上就是“超載系數(shù)”，但也適當(dāng)反映了結(jié)構(gòu)可靠度要求。荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的荷載分項系數(shù)后即為荷載設(shè)計值。永久荷載和可變荷載的設(shè)計值可分別記為GGk及QQk。G、Q由水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范并按水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定取用。變異性小的荷載，取值可靠，誤差小，考慮超載等影響的荷載分項系數(shù)就可以定小些。所以永久荷載的分項系數(shù)就應(yīng)小于可變荷載。一般是G =1.05，Q =1.2。在承載能力極限狀態(tài)計算時，荷載用比標(biāo)準(zhǔn)值更大的設(shè)計值，以確保安全。但荷載不是任何時候取大些都不利，如大壩的傾覆破壞，此時自重荷載起有利作用，設(shè)計中就應(yīng)取小些。即當(dāng)永久荷

32、載的效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時，G可取為0.95。當(dāng)然，可變荷載甚至就可以不計入。c、s分別為混凝土和鋼筋的材料性能分項系數(shù)。由于材料的離散性及不可避免的施工誤差等因素可能造成材料的實際強度低于其強度標(biāo)準(zhǔn)值，因此，在承載能力極限狀態(tài)計算中引入混凝土強度分項系數(shù)c及鋼筋強度分項系數(shù)s 來考慮這一不利影響。材料強度標(biāo)準(zhǔn)值fck 、 fyk除以相應(yīng)的大于1的材料性能（強度）分項系數(shù)后，即為材料強度設(shè)計值fc = fck/c 、fy = fyk/s。在承載能力極限狀態(tài)計算時，材料強度用比標(biāo)準(zhǔn)值更小的設(shè)計值，以確保安全。d結(jié)構(gòu)系數(shù)；在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計中，荷載效應(yīng)計算模式的不定性、幾何尺寸的不定性和結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力

33、計算模式的不定性，以及未能由荷載分項系數(shù)和材料強度分項系數(shù)反映的其它各種變異因素，則統(tǒng)一由結(jié)構(gòu)系數(shù)來考慮。在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)系數(shù)直接與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度水平有關(guān)。2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式正常使用極限狀態(tài)的驗算是要保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常使用條件下，抗裂度、裂縫寬度和變形滿足規(guī)范的相應(yīng)要求。由于荷載的作用時間長短對抗裂驗算的要求、裂縫寬度和變形的大小有影響，因此在正常使用極限狀態(tài)驗算時，應(yīng)按荷載效應(yīng)的短期組合及長期組合分別進行。（1）短期組合所謂短期組合，即持久狀況或短暫狀況下，包括短期作用在內(nèi)的全部可變荷載的效應(yīng)與永久荷載的效應(yīng)的組合。驗算表達式為0Ss（Gk，Qk，fk，ak）c1式中 c1

34、結(jié)構(gòu)的短期驗算功能限值（裂縫寬度或撓度）；Ss（·）荷載效應(yīng)短期組合時的功能函數(shù)；（2）長期組合所謂長期組合，即持久狀況下，可變荷載中長期作用的那部分荷載（即荷載準(zhǔn)永久值）的效應(yīng)與永久荷載的效應(yīng)的組合。驗算表達式為0Sl（Gk，Qk，fk，ak）c2式中 c2結(jié)構(gòu)的長期功能限值（裂縫寬度或撓度）；Sl（·）荷載效應(yīng)長期組合時的功能函數(shù)；可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的長期組合系數(shù)，可參照有關(guān)荷載規(guī)范的規(guī)定及工程經(jīng)驗取用。正常使用極限狀態(tài)設(shè)計的失效后果沒有承載能力極限狀態(tài)嚴重，可靠度水平允許比承載能力極限狀態(tài)的適當(dāng)降低。所以，與承載能力極限狀態(tài)相比，正常使用極限狀態(tài)驗算時的各種參數(shù)的保證率可

35、適當(dāng)降低。從上可以知道，正常使用極限狀態(tài)驗算時，材料強度采用標(biāo)準(zhǔn)值而不用設(shè)計值，即材料分項系數(shù)取為1.0; 荷載也采用標(biāo)準(zhǔn)值，即荷載分項系數(shù)一律取為1.0；設(shè)計狀況系數(shù)和結(jié)構(gòu)系數(shù)d也取為1.0。但結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0要考慮。這樣，通過各種參數(shù)的不同取值體現(xiàn)可靠度水準(zhǔn)的不同。第3章 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計算:鋼筋混凝土受彎構(gòu)件會在彎矩作用下，由于正截面，即垂直裂縫的發(fā)展而導(dǎo)致承載力不足而破壞，因此必須通過合理的配筋設(shè)計（包括計算和構(gòu)造兩個方面）來確保正截面的受彎承載力，并改善其破壞性質(zhì)?；緲?gòu)造:構(gòu)造要求為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步設(shè)計提供了參考依據(jù)。也是保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件良好受力工作性能的重要條件。一、受

36、彎構(gòu)件的截面尺寸受彎構(gòu)件的截面尺寸一般可根據(jù)下列要求確定：1剛度要求：受彎構(gòu)件的高度h常根據(jù)剛度要求，即變形限制條件對跨高比提出的控制而初步確定，一般的梁高可取為跨度l0的1/81/12；一般的受力板厚可取為板跨度l0的1/121/35，這樣基本可保證構(gòu)件的變形大小在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。截面的寬度b按高寬比h/b（對梁）或使用情況（對板）選擇。2施工要求：尺寸取整，且符合建筑模數(shù)，以統(tǒng)一模板尺寸，節(jié)省施工費用且便于施工。3計算要求：通過計算，要滿足對構(gòu)件承載力、變形和裂縫控制的需要。4經(jīng)濟要求：最好使構(gòu)件配筋率在經(jīng)濟配筋率范圍內(nèi)。否則，就應(yīng)進行合理調(diào)整。二、混凝土保護層混凝土保護層c是指外排縱

37、向受力鋼筋外表面至構(gòu)件邊緣的距離。在鋼筋混凝土構(gòu)件中，為了保證鋼筋不受外界因素作用而引起銹蝕，并使鋼筋與混凝土牢固粘結(jié)在一起，鋼筋外面必須有足夠的混凝土保護層。保護層厚度主要與環(huán)境條件有關(guān)，規(guī)范規(guī)定實際混凝土保護層應(yīng)不小于限定的最小值。一定要明確縱向受力鋼筋合力點（中心點）至構(gòu)件邊緣的距離a與保護層厚度c的聯(lián)系與區(qū)別（課本圖3-3）。只要概念清楚，根據(jù)幾何條件就可判斷兩者關(guān)系。三、梁內(nèi)縱向受力鋼筋梁內(nèi)縱向受力鋼筋的作用是承受彎矩（即為抗彎縱筋），在梁受拉區(qū)布置縱向受拉鋼筋以承擔(dān)拉力，形成單筋截面（課本圖3-3a）；有時由于彎矩較大，在受壓區(qū)亦布置鋼筋（即為縱向受壓鋼筋），協(xié)助混凝土共同承擔(dān)壓力

38、，形成雙筋截面（課本圖3-3b）。鋼筋直徑為了保證鋼筋骨架的剛度，梁內(nèi)縱向受力鋼筋的直徑不能太細。同時為了防止混凝土裂縫過大和鋼筋在混凝土中可能滑動，也不宜采用很粗的鋼筋。選用兩種不同直徑的鋼筋時，應(yīng)使兩種鋼筋直徑相差2mm以上，以便施工時容易識別，但也不宜超過46mm，以使截面受力均勻。當(dāng)受力鋼筋一排放不下而需要排成上下兩排時，應(yīng)當(dāng)先將鋼筋布在下排，然后將剩余的鋼筋放在上排，這樣布置對截面受力比較有利（增大抗彎力臂），也可以采用并筋配置方式。注意使上下兩排鋼筋對齊，以免影響混凝土澆筑。要注意單筋、雙筋截面和單排、雙排布筋的不同。梁內(nèi)鋼筋根據(jù)不同的需要，常設(shè)有抗彎鋼筋（縱向受力鋼筋）、抗剪腹筋

39、（箍筋和斜筋）和構(gòu)造鋼筋（架立筋及腰筋等）。四、板內(nèi)鋼筋1受力鋼筋一般厚度的板中受力鋼筋的直徑通常采用612mm，厚板的受力鋼筋直徑可用1225mm，也有采用更粗的鋼筋。為了使板受力均勻及避免混凝土局部破壞，板中受力鋼筋的間距s（即鋼筋中線到中線之間的距離）不能太大。板中鋼筋直徑宜小些，配置密些，但為保證施工質(zhì)量，板中受力鋼筋也不能太密，間距不應(yīng)小于70mm，即每米板寬中最多放14根鋼筋。2分布鋼筋在板中，垂直于受力鋼筋還要布置分布鋼筋（課本圖3-4）。其作用是：將板面荷載均勻地傳給受力鋼筋；固定受力鋼筋的位置；抵抗和分散由溫度變化和混凝土收縮在垂直于板的跨度方向所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，因為此方向受力

40、鋼筋不起作用。因板厚有限，分布鋼筋一定要布置在受力鋼筋內(nèi)側(cè)，以便增大截面抗彎力臂。另外，分布鋼筋的最大和最小間距的要求與受力鋼筋基本相同，但作為構(gòu)造鋼筋一般不要配的太多太強?；靖拍?一、受彎構(gòu)件的正截面受力破壞特征試驗表明，對于截面尺寸和混凝土強度等級一定的受彎構(gòu)件，其正截面的破壞特征主要與鋼筋數(shù)量有關(guān)，可分三種情況：1適筋破壞情況配筋量適中的梁，在開始破壞時，某一裂縫截面的受拉鋼筋的應(yīng)力首先達到屈服強度，發(fā)生很大的塑性變形，有一根或幾根裂縫迅速開展并向上延伸，受壓區(qū)面積迅速減小，迫使混凝土邊緣應(yīng)變達到極限壓應(yīng)變，混凝土被壓碎，構(gòu)件即告破壞，如課本圖3-7(a)。在破壞前，構(gòu)件所能承受的荷載

41、增加不多，即截面承載力沒有顯著變化，而裂縫和撓度卻有顯著的增大（課本圖3-8），也就是構(gòu)件的延性較好。這種有明顯破壞預(yù)兆的破壞，屬于塑性破壞（延性破壞）。構(gòu)件破壞時，受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變c=cu=0.0033；受拉鋼筋的應(yīng)變sy=fy/Es，應(yīng)力s= fy。適筋受彎構(gòu)件的破壞源于受拉鋼筋首先屈服，因此，提高混凝土強度等級對增大受彎構(gòu)件正截面受彎承載力的作用不顯著。適當(dāng)提高鋼筋強度等級或加大配筋率對增大受彎構(gòu)件正截面受彎承載力的作用比較顯著。適筋受彎構(gòu)件正截面工作有明顯的三個階段特點（課本圖3-6）：從開始加載直到受拉邊緣混凝土達到極限拉應(yīng)變tu（拉區(qū)下部一定范圍的應(yīng)力達到混凝土的抗拉強度ft

42、）處于即將開裂的瞬間、即第階段末尾a 狀態(tài)，為第階段。第階段末尾a狀態(tài)是計算受彎構(gòu)件抗裂彎矩Mcr時所采用的應(yīng)力階段。從受拉邊緣混凝土開裂直到受拉鋼筋達到屈服強度fy（應(yīng)變s=y=fy/Es）、即第階段末尾a狀態(tài)，為第階段。第階段是計算受彎構(gòu)件正常使用階段變形和裂縫寬度時所依據(jù)的應(yīng)力階段。    從受拉鋼筋屈服直到受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變達到極限壓應(yīng)變cu（此時受拉鋼筋的應(yīng)變sy=fy/Es，應(yīng)力s= fy）、即第階段末尾a狀態(tài)，為第階段。第階段末尾a狀態(tài)是按極限狀態(tài)方法計算受彎構(gòu)件正截面承載力Mu時所依據(jù)的應(yīng)力階段。2超筋破壞情況當(dāng)梁的配筋量較多，在受拉區(qū)混凝土出

43、現(xiàn)裂縫之前截面的應(yīng)力情況，基本上與適筋梁相同。開裂后，由于鋼筋配置較多，粘結(jié)約束力強，使得裂縫細而密，裂縫向上延伸的也較慢，因而破壞時鋼筋應(yīng)力達不到屈服強度，構(gòu)件的破壞主要是受壓區(qū)混凝土應(yīng)變達到彎曲極限壓應(yīng)變，混凝土被壓碎而引起突然破壞，如課本圖3-7(b)。超筋構(gòu)件的承載力控制于受壓混凝土的抗壓強度及截面大小，過多的鋼筋并不能增加截面承載力，反而使受拉鋼筋的強度得不到充分發(fā)揮。超筋構(gòu)件承載力雖很高，但在混凝土壓壞前變形較小（課本圖3-8），梁在My后基本沒有第階段，破壞無明顯預(yù)兆，呈脆性特征，對結(jié)構(gòu)的安全不利，且配筋不能充分發(fā)揮作用，經(jīng)濟性不好，所以應(yīng)避免采用。構(gòu)件破壞時，受壓邊緣混凝土的壓

44、應(yīng)變c=cu；受拉鋼筋的應(yīng)變sy，應(yīng)力sfy。超筋受彎構(gòu)件的破壞源于受壓區(qū)混凝土首先壓碎，因此，提高混凝土強度等級或加大截面尺寸對增大其正截面受彎承載力的作用顯著，即可避免超筋破壞。3少筋破壞情況當(dāng)梁的配筋量較少時，一旦受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫，鋼筋的拉應(yīng)力很快達到屈服強度，甚至超過屈服強度而進入鋼筋的強化階段，如果鋼筋數(shù)量極少，鋼筋也有可能被拉斷。雖然混凝土還沒有被壓碎，由于鋼筋的變形很大，引起構(gòu)件的裂縫和撓度都很大，構(gòu)件已經(jīng)不能正常工作，因此可認為構(gòu)件已處于破壞狀態(tài)，破壞時往往只有一條裂縫。構(gòu)件一開裂，裂縫就快速向上發(fā)展，導(dǎo)致構(gòu)件突然斷裂破壞（殘存的壓區(qū)很?。?，可認為是“一裂即壞”，無第階段受

45、力過程。破壞彎矩接近于開裂彎矩，若考慮鋼筋的后續(xù)承載能力（實際因變形過大，已不能使用），破壞彎矩甚至低于開裂彎矩，承載力很低，控制于混凝土的抗拉強度及截面大小，混凝土的抗壓能力沒有得到發(fā)揮，破壞過程也很短，所以也屬脆性破壞，一定要避免采用。構(gòu)件破壞時，受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變ccu；受拉鋼筋的應(yīng)變sy，應(yīng)力sfy。少筋受彎構(gòu)件的破壞源于配筋太少，因此，加大配筋率對增大其正截面受彎承載力的作用顯著，即可避免少筋破壞。綜上所述，受彎構(gòu)件正截面的破壞特征隨配筋量多少而變化的規(guī)律是：配筋量太少時，配筋不起多大作用，承載力很小，破壞彎矩接近于開裂彎矩，其大小取決于混凝土的抗拉強度及截面大小，破壞呈脆性；配

46、筋量過多時，雖具有較大的承載力，但配筋不能充分發(fā)揮作用，構(gòu)件的破壞彎矩取決于混凝土的抗壓強度及截面大小，破壞呈脆性。配筋量適當(dāng)時，具有適當(dāng)?shù)某休d力，鋼筋和混凝土都能充分發(fā)揮作用，破壞呈塑性，是理想的設(shè)計方案。因此，合理的設(shè)計應(yīng)保證發(fā)生適筋破壞。也就是在工程設(shè)計中既要考慮承載力，也要考慮破壞時的變形能力，兩者具有同樣的重要意義。分析表明：構(gòu)件開裂之前鋼筋應(yīng)力是很低的，對抗裂貢獻是很有限的，鋼筋是在開裂后才有效發(fā)揮作用。二、正截面受彎承載力計算方法的基本假定為了建立正截面承載力計算的力學(xué)模型，必須對構(gòu)件的受力特性作出基本假定。這些假定首先應(yīng)該符合試驗結(jié)果。然后考慮能簡化極限狀態(tài)的應(yīng)力分布圖形，即給

47、出明確的力學(xué)模型，以方便承載力計算公式的建立。鋼筋混凝土構(gòu)件正截面受彎承載力的計算方法，有以下四項基本假定：（1）平截面假定。構(gòu)件正截面在彎曲變形以后仍保持一平面。試驗表明，在各級荷載作用下截面上的應(yīng)變保持為直線分布，也就是說任一點的應(yīng)變與該點到中和軸的距離成正比。這一假定提供了變形協(xié)調(diào)的幾何關(guān)系。（2）截面受拉區(qū)混凝土不參與工作。達到承載能力極限狀態(tài)時，受拉區(qū)混凝土作用相對來說很小，可以忽略不計。（3）受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用理想化的應(yīng)力應(yīng)變曲線。（4）有明顯屈服點的鋼筋（熱軋鋼筋、冷拉鋼筋等），其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以簡化為理想的彈塑性曲線。三、適筋和超筋破壞的界限條件1界限破壞在適筋梁和

48、超筋梁破壞之間存在著一種界限狀態(tài)，這種狀態(tài)的特征是由于受拉鋼筋較多，使得其應(yīng)力增長緩慢，在受拉鋼筋的應(yīng)力達到屈服強度的同時，受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應(yīng)變恰好同時達到極限壓應(yīng)變而破壞，即為界限破壞。此時，s= fy，c=cu=0.0033，s=y=fy/Es。界限破壞狀態(tài)時截面相對受壓區(qū)高度稱為相對界限受壓區(qū)高度b，可利用平截面假定所提供的變形協(xié)調(diào)條件求得。2超、適筋判斷方法隨配筋率的增加，破壞時的受壓區(qū)高度x增大，也即相對受壓區(qū)高度隨配筋率的增加而增大。因此，可知若b，進入為超筋范圍，即為超筋破壞；x/h0b，則為最小配筋率要求。復(fù)習(xí)指導(dǎo)：教材本章的例題一定要熟練掌握，尤其是單筋矩形截面承載力的計

49、算要熟練掌握。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的主要和基本概念都在本章提出，對以后各部分的學(xué)習(xí)具有指導(dǎo)意義，一定要重點掌握。第4章  鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力計算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在彎矩和剪力共同作用下，會由于斜截面，即斜裂縫的發(fā)展而導(dǎo)致斜截面承載力不足而破壞。為此就需要在梁內(nèi)設(shè)置足夠的抗剪鋼筋，即與梁軸線垂直的箍筋和與主拉應(yīng)力方向平行的斜筋。斜筋常利用正截面承載力多余的縱向鋼筋彎起而成，所以又稱彎起鋼筋。箍筋與彎起鋼筋通稱腹筋。從而形成有腹筋梁。基本構(gòu)造:一、箍筋的構(gòu)造為了保證箍筋能有效發(fā)揮抗剪作用；使構(gòu)件具有較好的延性；鋼筋骨架的有足夠剛度，避免施工時變形錯位；能可靠地約束受壓鋼筋。

50、規(guī)范對箍筋的形狀和肢數(shù)、箍筋最小直徑、箍筋的最大間距、箍筋的布置等提出了具體要求。特別是有受壓鋼筋時，希望箍筋能在多方向約束受壓鋼筋，對箍筋肢數(shù)和縱筋根數(shù)相對關(guān)系的要求，就是基于這點。箍筋的作用具有綜合優(yōu)勢，因此相對于斜筋，箍筋必須優(yōu)先配置。二、彎起鋼筋（斜筋）的構(gòu)造選擇鋼筋彎起時，梁底排位于箍筋轉(zhuǎn)角處的縱向受力鋼筋不應(yīng)彎起（也不能切斷），而應(yīng)直通至梁端部，以便和箍筋扎成鋼筋骨架。彎起鋼筋（斜筋）兩端應(yīng)有足夠的直線段錨固長度。單獨設(shè)置抗剪斜筋時，此時應(yīng)將斜筋布置成如課本圖4-30（a）所示吊筋型式，俗稱鴨筋，不宜采用如課本圖4-30(b)所示的浮筋。斜筋兩端均錨固在受壓區(qū)內(nèi), 并有足夠的直線段

51、錨固長度。三、架立鋼筋在箍筋的四角必須沿梁全長配置縱向鋼筋以形成骨架，在沒有縱向受壓筋的區(qū)段，則應(yīng)補設(shè)架立鋼筋。四、腰筋及拉筋當(dāng)梁高超過700mm時，為防止由于溫度變形及混凝土收縮等原因使梁中部產(chǎn)生豎向裂縫，在梁的兩側(cè)中部應(yīng)設(shè)置縱向構(gòu)造鋼筋，稱為腰筋。兩側(cè)腰筋之間用拉筋聯(lián)系起來，以約束其變位(課本圖4-28示)。實際也相當(dāng)于對縱向鋼筋最大間距的限制。在受彎構(gòu)件內(nèi)，一般由縱向鋼筋（受力和構(gòu)造筋）和腹筋組成鋼筋骨架。五、縱向受力鋼筋在支座中的錨固為避免支座附近出現(xiàn)斜裂縫后，使得與斜裂縫相交的縱筋應(yīng)力會突然增大，導(dǎo)致縱筋與周圍混凝土之間的粘結(jié)有可能遭到破壞而出現(xiàn)粘結(jié)裂縫，縱筋在支座內(nèi)發(fā)生滑移，甚至被

52、從混凝土中撥出引起錨固破壞。因此規(guī)范根據(jù)不同的受力狀態(tài)（課本圖4-26、4-27示），對縱向受力鋼筋伸入支座的錨固長度提出了具體要求，受的拉力越大，錨固長度越長。設(shè)計時一定要遵守?；靖拍睿?一、有腹筋梁的斜截面受剪承載力研究（一）斜截面抗力組成分析起始于梁下邊緣的彎剪斜裂縫或起始于梁中部的腹剪斜裂縫不斷發(fā)展會導(dǎo)致發(fā)生教材圖示的斜截面破壞。荷載在斜截面AB上引起的彎矩為MA，剪力為VA，而在斜截面AB上的抵抗力有以下幾部分：縱向鋼筋承擔(dān)的拉力T；斜裂縫上端余留截面混凝土承擔(dān)的壓力C；余留截面混凝土承擔(dān)的剪力VC；縱向鋼筋承擔(dān)的剪力Vd，斜裂縫出現(xiàn)后，縱向鋼筋猶如銷栓一樣將裂縫兩側(cè)的混凝土聯(lián)系起

53、來，稱“銷栓作用”；斜裂縫兩側(cè)混凝土發(fā)生相對錯動產(chǎn)生的骨料咬合力Va；箍筋的拉力Vsv；斜筋的拉力Tsb。由力的平衡條件可得平衡VA的抗剪力。 (二)受彎構(gòu)件的受剪破壞形態(tài)    根據(jù)試驗研究，受彎構(gòu)件的斜截面受剪破壞，有以下三種主要破壞形式。    1斜拉破壞    當(dāng)剪跨比較大（一般3，均布荷載下為跨高比l/h9），且腹筋數(shù)量配置很少時，常為斜拉破壞。這種破壞現(xiàn)象是斜裂縫一出現(xiàn)就很快形成一條主要斜裂縫，腹筋的應(yīng)力也很快達到屈服，腹筋不能起到限制斜裂縫開展的作用，導(dǎo)致斜裂縫迅速向受壓邊緣發(fā)展，

54、直至將整個截面裂通，使構(gòu)件劈裂為兩部分而破壞，如教材圖4-6(a)所示。其特點是整個破壞過程急速而突然，破壞荷載比斜裂縫形成時的荷載增加不多。斜拉破壞的原因是由于余留截面上混凝土剪應(yīng)力的增長，使余留截面上的主拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強度。相當(dāng)少筋破壞。    2剪壓破壞當(dāng)剪跨比適中（一般13，均布荷載下為跨高比3l/h9，且腹筋數(shù)量配置適當(dāng)時，常為剪壓破壞。這種破壞現(xiàn)象是當(dāng)荷載增加到一定程度時，多條斜裂縫中的一條形成主要斜裂縫，該主要斜裂縫向斜上方伸展，但由于腹筋的存在，限制了斜裂縫的開展，使受壓區(qū)高度逐漸減小，荷載仍能有較大的增長，直到腹筋屈服不再能控制斜裂縫開

55、展，斜裂縫快速發(fā)展，導(dǎo)致斜裂縫頂端的混凝土被壓碎而破壞，如教材圖4-6(b)所示。它的特點是破壞過程比斜拉破壞緩慢些，破壞時的荷載明顯高于斜裂縫出現(xiàn)時的荷載。剪壓破壞的原因是由于余留截面上混凝土的主壓應(yīng)力超過了混凝土在壓力和剪力共同作用下的抗壓強度。相當(dāng)適筋破壞。    3斜壓破壞    當(dāng)剪跨比較小時（一般1，均布荷載下為跨高比l/h3），或腹筋數(shù)量配置很多時，常為斜壓破壞。斜裂縫出現(xiàn)后，沿支座向集中荷載處發(fā)展，支座反力與荷載間的混凝土形成一斜向受壓短柱，隨著荷載的增加，當(dāng)主壓應(yīng)力超過了混凝土的抗壓強度時，短柱被壓碎而破壞，而腹筋應(yīng)

56、力達不到屈服，腹筋強度得不到充分利用。如教材圖4-6(c)所示。它的特點是斜裂縫細而密，破壞時的荷載也明顯高于斜裂縫出現(xiàn)時的荷載。斜壓破壞的原因是由于主壓應(yīng)力超過了斜向受壓短柱混凝土的抗壓強度。相當(dāng)超筋破壞。上述三種主要破壞形態(tài)，就它們的受剪承載力而言，斜拉破壞最低，剪壓破壞較高，斜壓破壞最高。但就其破壞性質(zhì)而言，與正截面破壞相比，由于它們達到破壞荷載時的跨中撓度都不大，因而均屬脆性破壞。（三）影響斜截面受剪承載力的主要因素    上述三種斜截面破壞形態(tài)和構(gòu)件斜截面承載力有密切的關(guān)系。因此，凡影響破壞形態(tài)的因素也就影響梁的受剪承載力，其主要影響因素有： 

57、   1剪跨比剪跨比是剪跨a和截面有效高度ho的比值，其中a為集中荷載作用點到支座截面或節(jié)點邊緣的距離。對梁頂直接施加集中荷載的梁，剪跨比是影響受剪承載力的主要因素。隨著剪跨比的減少，破壞形態(tài)發(fā)生顯著變化，斜截面受剪承載力有增高的趨勢。一般來說，小剪跨比時，大多發(fā)生斜壓破壞，受剪承載力很高；中等剪跨比時，大多發(fā)生剪壓破壞，受剪承載力次之；大剪跨比時，大多發(fā)生斜拉破壞，受剪承載力很低。當(dāng)剪跨比3以后，剪跨比對受剪承載力無顯著的影響。2混凝土強度    混凝土強度反映了混凝土的抗壓強度和抗拉強度，因此，直接影響余留截面抵抗主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力的能力。試驗表明，受剪承載力隨混凝土抗拉強度ft的提高而提高，兩者基本呈線性關(guān)系。3縱筋配筋率    增加縱筋配筋率可抑制斜裂縫向受壓區(qū)的伸展，從而提高骨料咬合力，