a《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》電子教案

a?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理?電子講課設(shè)計a?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理?電子講課設(shè)計a?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理?電子講課設(shè)計?結(jié)構(gòu)設(shè)計原理?課程自編講義編寫人：馬慶華、蘇慧、郭家明建筑工程系建筑工程教研室二00六年三月第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般見解1.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的定義和分類1.定義:以混凝土為主制作的結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為混凝土結(jié)1.定義:以混凝土為主制成的結(jié)構(gòu)稱為混凝土結(jié)構(gòu)。2.分類：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、素混凝土結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)——由配置受力的一般鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)——由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋經(jīng)過張拉或其余方法成立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；素混凝土結(jié)構(gòu)——由無筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為素混凝土結(jié)構(gòu)。1.1.2配筋的作用與要求1.試驗介紹圖1-1圖1-1(a)，(b)分別表示素混凝土簡支梁和鋼筋混凝土簡支梁的損壞和受力狀況。圖1-1(a)所示的素混凝土梁在外加集中力和梁的自己重力作用下，梁截面的上部受壓，下部受拉。因為混凝土的抗拉性能很差，只需梁的跨中周邊截面的受拉邊沿混凝土一開裂，梁就忽然斷裂，損壞前變形很小，沒有先兆，屬于脆性損壞種類。第1頁為了改變這種狀況，在截面受拉地區(qū)的外側(cè)配置適合的鋼筋構(gòu)成鋼筋混凝土梁，見圖1-1(b)。鋼筋主要承受梁中和軸以下受拉區(qū)的拉力，混凝土主要承受中和軸以上受壓區(qū)的壓力。因為鋼筋的抗拉能力和混凝土的抗壓能力都很大，即便受拉區(qū)的混凝土開裂后梁還可以夠連續(xù)承受相當大的荷載，直到受拉鋼筋抵達服氣強度，此后荷載還可略有增添，當受壓區(qū)混凝土被壓碎，梁才損壞。損壞前，變形較大，有明顯先兆，屬于延性損壞種類。可見，與素混凝土梁比較，鋼筋混凝土梁的承載能力和變形能力都有很大提高，并且鋼筋與混凝土兩種資料的強度都能獲得較充分的利用。(3)鋼筋混凝土受壓柱如圖1-1(C)所示，在軸心受壓的柱子中平常也配置抗壓強度較高的鋼筋協(xié)助混凝土承受壓力，以提升柱子的承載能力和變形能力。因為鋼筋的抗壓強度比混凝土的高，因此柱子的截面尺寸能夠小些。其余，配置了鋼筋還可以夠改良受壓構(gòu)件損壞時的脆性，并能夠承受有時要素產(chǎn)生的拉力。2、鋼筋和混凝土共同工作的主要原由(1)粘結(jié)力混凝土硬化后與鋼筋之間有優(yōu)秀的粘結(jié)力，從面靠譜地聯(lián)合在一同，共同變形、共同受力。(2)鋼筋和混凝土兩種資料的溫度線脹系數(shù)周邊鋼筋:1.2×10-5／℃混凝土:1.0～1.5×10-5／℃當溫度變化時，鋼筋與混凝土之間不會產(chǎn)生由溫度惹起的較大的相對變形造成的粘結(jié)損壞。(3)防銹混凝土包裹鋼筋，防備鋼筋銹蝕，長久性好。3、在設(shè)計和施工中，鋼筋的端部要留有必然的錨固長度，有的還要做彎鉤，以保證靠譜地錨固，防備鋼筋受力后被拔出或產(chǎn)生較大的滑移；鋼筋的部署和數(shù)量應(yīng)由計算和結(jié)構(gòu)要求確立。1.1.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要長處：(1)取材簡單：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。其余，還可有效利第2頁用礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢料。(2)合理用材：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合理地發(fā)揮了鋼筋和混凝土兩種資料的性能，與鋼結(jié)構(gòu)比較，能夠降低造價。(3)長久性：密實的混凝土有較高的強度，同時因為鋼筋被混凝土包裹，不易銹蝕，維修開銷也極少，因此鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的長久性比較好。(4)耐火性：混凝土包裹在鋼筋外面，火災(zāi)時鋼筋不會很快抵達融化溫度而以致結(jié)構(gòu)整體損壞。與裸露的木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)比較耐火性要好。(5)可模性：依據(jù)需要，能夠較簡單地澆筑成各樣形狀和尺寸的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。(6)整體性：整澆或裝置整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有很好的整體性，有益于抗震、抵擋振動和爆炸沖擊波。2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也存在一些缺點:(1)自己重力較大:這對大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)以及抗震不利，也給運輸和施工吊裝帶來困難。(2)抗裂性較差:受拉和受彎等構(gòu)件在正常使用時常常帶裂痕工作，對一些不贊成出現(xiàn)裂痕或?qū)α押蹖挾扔袊栏裣拗频慕Y(jié)構(gòu)，要知足這些要求就需要提升工程造價。(3)隔熱隔聲性能也較差。針對這些缺點，可采納輕質(zhì)高強混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土以減少自重，改良鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能。1.2混凝土結(jié)構(gòu)的張開與應(yīng)用大體混凝土結(jié)構(gòu)使用到現(xiàn)在已約有150年的歷史。與鋼、木和砌體結(jié)構(gòu)比較，因為它在物理力學(xué)性能及資料本源等方面有好多長處，因此其張開速度很快，應(yīng)用也最廣泛。跟著高強度鋼筋、高強度高性能混凝土〔強度抵達100N/mm2〕以及高性能外加劑和混淆資料的研制使用，高強高性能混凝土的應(yīng)用范圍不停擴大，鋼纖維混凝土和聚合物混凝土的研究和應(yīng)用有了很大張開。還有，輕質(zhì)混凝土、加氣混凝土、陶?；炷烈约袄霉I(yè)廢渣的“綠色混凝土〞，不單改良了混凝土的性能，并且對節(jié)能和保護環(huán)境擁有重要的意義。其余，防射線、耐磨、耐腐化、防浸透、保溫等特別需要的混凝土以及智能型混凝土及其結(jié)構(gòu)也正在研究中?；炷两Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍也在不停地擴大，已從工業(yè)與民用建筑、交通設(shè)備、水第3頁利水電建筑和基礎(chǔ)工程擴大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核電站安全殼等領(lǐng)域，甚至已開始構(gòu)想和實驗用于月面建筑。跟著輕質(zhì)高強資料的使用，在大跨度、高層建筑中的混凝土結(jié)構(gòu)愈來愈多。我國是使用混凝土結(jié)構(gòu)最多的國家，在高層建筑和多層框架中大多采納混凝土結(jié)構(gòu)。在民用建筑中也采納了定型化、標準化的裝置式鋼筋混凝土構(gòu)件。已建成的88層的上海金茂大廈，高420.5m,是我國目前最高的高層建筑。電視塔、水塔、水池、冷卻塔、煙囪、貯罐、筒倉等特別修建物也廣泛采納了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土，上海電視塔高468m，其高度為亞洲第一。其余，在大跨度的公共鋼筋混凝土桁架、門式剛架、拱、薄殼等結(jié)構(gòu)形式也有廣泛應(yīng)用。在鐵路、公路、城市的立交橋、高架橋、地鐵地道，以及水利港口等交通工程頂用鋼筋混凝土建筑的水閘、水電站、船塢和碼頭已經(jīng)是星羅云布。正在興建的長江3三峽水利樞紐工程，大壩高186m，壩體混凝土用量達1527萬m，是世界上最大的水利工程。近來幾年來，我國在混凝土根本理論與設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)靠譜度與荷載分析、工業(yè)化建筑系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)抗震與有限元方法、電子計算機在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用以及現(xiàn)代化測試技術(shù)等方面的研究也獲得了好多新的成就，某些方面已抵達或湊近國際水平。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計和研究向更圓滿更科學(xué)的方向張開。其余，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和設(shè)計方法方面經(jīng)過大批研究，獲得了很大成績。新宣布的?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?(GB50010-2021)累積了半個世紀以來豐富的工程實踐經(jīng)驗和最新的科研成就，把我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法提升到了目前的國際水平，它將在工程設(shè)計中發(fā)揮指導(dǎo)作用。1.3學(xué)習(xí)本課程要注意的問題混凝土結(jié)構(gòu)課程平常按內(nèi)容的性質(zhì)可分為“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理〞和“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計〞兩局部。前者主要表達各樣混凝土根本構(gòu)件的受力性能、截面設(shè)計計算方法和結(jié)構(gòu)等混凝土結(jié)構(gòu)的根本理論，屬于專業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容。后者主要表達梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房、多層和高層房子等的結(jié)構(gòu)設(shè)計，屬于專業(yè)課內(nèi)容。經(jīng)過本課程的學(xué)習(xí)，并經(jīng)過課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等實踐性講課環(huán)節(jié)，使學(xué)生初步擁有運用這些理論知識正確進行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和解決實質(zhì)技術(shù)問題的能力。學(xué)習(xí)本課程時，建議注意下面一些問題：1.增強實驗、實踐性講課環(huán)節(jié)并注意擴大知識面混凝土結(jié)構(gòu)的根本理論相當于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土的資料力學(xué)，它是以第4頁實驗為基礎(chǔ)的，因此除講堂學(xué)習(xí)之外，還要增強實驗的講課環(huán)節(jié)，以進一步理解學(xué)習(xí)內(nèi)容和訓(xùn)練實驗的根本技術(shù)。當有條件時，可進行簡支梁正截面受彎承載力、簡支梁斜截面受剪承載力、偏愛受壓短柱正截面受壓承載力的實驗?；炷两Y(jié)構(gòu)課程的實踐性很強，因此要增強課程作業(yè)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等實踐性講課環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過程中漸漸熟習(xí)和正確運用我國宣布的一些設(shè)計標準和設(shè)計規(guī)程。諸如：?建筑結(jié)構(gòu)靠譜度設(shè)計一致標準?〔GB50068〕、?建筑結(jié)構(gòu)荷載標準?〔GB50009-2021〕、?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?〔GB50010-2021〕、?建筑抗震設(shè)計標準?〔GB50011-2021〕、?鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程?(JGJ3-91)等。混凝土結(jié)構(gòu)是一門張開很快的學(xué)科，學(xué)習(xí)時要多注意它的新動向和新成就，以擴大知識面。2.突出重點，并注意難點的學(xué)習(xí)本課程的內(nèi)容多、符號多、計算公式多、結(jié)構(gòu)規(guī)定也多，學(xué)習(xí)時要依據(jù)講課綱領(lǐng)的要求，貫徹“少而精〞的原那么，突出重點內(nèi)容的學(xué)習(xí)。比方，第4章是上冊中的重點內(nèi)容，把它學(xué)好了，就為后邊各章的學(xué)習(xí)打下了好的基礎(chǔ)。對學(xué)習(xí)中的難點要找出它的本源，以利于化解。比方，上冊第5章中的抵擋彎矩圖常是難點，假如知道了畫抵擋彎矩圖的目的在于彎起、截斷梁內(nèi)縱向受力鋼筋，難點也就根本上化解了。3.深刻理解重要的見解，嫻熟掌握設(shè)計計算的根本功，切忌照本宣科講課綱領(lǐng)中對要求深刻理解的一些重要見解作了詳細的規(guī)定。注意，深刻理解常常不是一步到位的，而是跟著學(xué)習(xí)內(nèi)容的張開和深入，漸漸加深的。比方，學(xué)習(xí)上冊中的第9章和下冊中的第12章后就要回過頭來，加深對適筋梁正截面受彎三個受力階段的理解。要求嫻熟掌握的設(shè)計計算內(nèi)容也在講課綱領(lǐng)中有明確的規(guī)定，它們是本課程的根本功。嫻熟掌握是指正確、快捷。為此，本教材各章后邊給出的習(xí)題是要求仔細完成的。應(yīng)當是先復(fù)習(xí)講課內(nèi)容，搞懂例題后再做習(xí)題，切忌邊做題邊看例題。習(xí)題的正確答案常常不是獨一的，這也是本課程與一般的數(shù)學(xué)、力學(xué)課程所不一樣樣的。對結(jié)構(gòu)規(guī)定，也要著眼于理解，切忌照本宣科。事實上，不理解的東西也是難以記著的。自然，對知識性的結(jié)構(gòu)規(guī)定是應(yīng)當知道的。思慮題1.1鋼筋混凝土梁損壞時有哪些特色？鋼筋和混凝土是如何共同工作的？第5頁1.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有哪些長處和缺點？1.3本課程主要包含哪些內(nèi)容？學(xué)習(xí)本課程要注意哪些問題？第2章混凝土結(jié)構(gòu)資料的物理力學(xué)性能本章概要鋼筋與混凝土的物理力學(xué)性能以及共同工作的特色直接影響混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的性能，也是混凝土結(jié)構(gòu)計算理論和設(shè)計方法的基礎(chǔ)。本章表達鋼筋與混凝土的主要物理力學(xué)性能以及混凝土與鋼筋的粘結(jié)。2.1混凝土的物理力學(xué)性能2.1.1混凝土的構(gòu)成結(jié)構(gòu)一般混凝土是由水泥、砂、石資料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相復(fù)合資料。平常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種根本種類：微觀結(jié)構(gòu)即水泥石結(jié)構(gòu)；亞微觀結(jié)構(gòu)即混凝土中的水泥沙漿結(jié)構(gòu)；宏觀結(jié)構(gòu)即沙漿和粗骨料兩組分系統(tǒng)。微觀結(jié)構(gòu)〔水泥石結(jié)構(gòu)〕由水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔構(gòu)成，其物理力學(xué)性能取決于水泥的化學(xué)礦物成分、粉磨細度、水灰比和凝固硬化條件等。混凝土的宏觀結(jié)構(gòu)與亞微觀結(jié)構(gòu)有好多共同點，能夠把水泥沙漿看作基相，粗骨料散布在沙漿中，沙漿與粗骨料的界面是聯(lián)合的單薄面。骨料的散布以及骨料與基相之間在界面的聯(lián)合強度也是重要的影響要素。澆注混凝土?xí)r的泌水作用會惹起沉縮，硬化過程中因為水泥漿水化造成的化學(xué)縮短和干縮遇到骨料的限制，會在不一樣樣層次的界面惹起聯(lián)合損壞，形成隨機散布的界面裂痕。混凝土中的砂、石、水泥膠體構(gòu)成了彈性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有彈性變形的特色。而水泥膠體中的凝膠、孔隙和界面初始微裂痕等，在外力作用下使混凝土產(chǎn)生塑性變形。另一方面，混凝土中的孔隙、界面微裂痕等缺點又常常是混凝土受力損壞的發(fā)源。因為水泥膠體的硬化過程需要多年才能完成，因此混凝土的強度和變形也隨時間漸漸增添。2.1.2單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強度混凝土的強度與水泥強度等級、水灰比有很大關(guān)系；骨料的性質(zhì)、混凝土的級配、混凝土成型方法、硬化時的環(huán)境條件及混凝土的齡期等也不一樣樣程度地影響混凝土的強度；試件的大小和形狀、試驗方法和加載速率也影響混凝土強度的試驗結(jié)果。第6頁因此各國對各樣單向受力下的混凝土強度都規(guī)定了一致的標準試驗方法。1.混凝土的抗壓強度(1)混凝土的立方體抗壓強度和強度等級立方體試件的強度比較堅固，因此我國把立方體強度值作為混凝土強度的根本指標，并把立方體抗壓強度作為評定混凝土強度等級的標準。1)測定的方法我國國家標準?一般混凝土力學(xué)性能試驗方法?(GBJ81-85)規(guī)定以邊長為150mm的立方體為標準試件，標準立方體試件在(20±3)℃的溫度和相對濕度90％以上的濕潤空氣中保養(yǎng)28d，依據(jù)標準試驗方法測得的抗壓強度作為混凝土的立方體抗壓強度，單位為N/mm2。2)立方體抗壓強度標準值fcu,k?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?規(guī)定用上述標準試驗方法測得的擁有95％保證率的立方體抗壓強度作為混凝土的立方體抗壓強度標準值，用符號fcu,k表示。3)強度等級的區(qū)分及有關(guān)規(guī)定?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?規(guī)定混凝土強度等級應(yīng)按立方體抗壓強度標準值fcu,k確立?；炷翉姸鹊燃墔^(qū)分有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14個等級。比方，C30表示立方體抗壓強度標準值2為30N/mm。此中，C50～C80屬高強度混凝土范圍。?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不該低于C15；當采納HRB335級鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C20；當采納HRB400和RRB400級鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強度等級不得低于C20。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不該低于C30；當采納鋼絞線、鋼絲、熱辦理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40o4)試驗方法對峙方體抗壓強度的影響圖2-1試件在試驗機上單向受壓時，豎向縮短，橫向擴大，因為混凝土與壓力機墊板彈性模量與橫向變形系數(shù)不一樣樣，壓力機墊板的橫向變形明顯小于混凝土的橫向變形，因此墊板經(jīng)過接觸面上的摩擦力拘束混凝土試塊的橫向變形，就象在試件上下端各加了一個套箍，以致混凝土損壞時形成兩個對頂?shù)慕清F形損壞面，抗壓強度比沒有拘束的狀況要高。假如在試件上下表面涂一些潤滑劑，這時試件與壓力機墊板間的摩擦力大大減小，其橫向變形幾乎不受拘束，受壓時沒有“套箍〞作用的影響，試件將沿著平行于力的作用方向產(chǎn)生幾條裂痕而損壞，測得的抗壓強度就低。第7頁我國規(guī)定的標準試驗方法是不涂潤滑劑的。5)加載速度對峙方體強度的影響加載速度越快，測得的強度越高。往常例定加載速度為：混凝土強度等級低于2C30時，取每秒鐘0.3～；混凝土強度等級高于或等于C30時，取每秒鐘0.5～2。6)齡期對峙方體強度的影響圖2-2混凝土的立方體抗壓強度跟著成型后混凝土的齡期漸漸增添，增添快度開始較快，今后漸漸遲緩，強度增添過程常常要連續(xù)幾年，在濕潤環(huán)境中常常連續(xù)更長。7)幾點說明①施工單位按圖紙規(guī)定的強度等級制作混凝土,現(xiàn)場用相同的混凝土制作必然量的試塊,以查驗其立方體抗壓強度能否知足要求；②立方體抗壓強度是在實驗室條件下獲得的抗壓強度〔標準保養(yǎng)試塊〕；③結(jié)構(gòu)實體的環(huán)境條件與實驗室標養(yǎng)試塊不一樣樣，標養(yǎng)試塊立方體強度不可以夠真切反應(yīng)結(jié)構(gòu)實體混凝土的抗壓強度，必然增添同條件保養(yǎng)試塊立方體強度予以判斷結(jié)構(gòu)實體的強度；④不一樣樣尺寸試件的“尺寸效應(yīng)〞:fcu(200)×1.05=fcu(150)=fcu(100)×(2)混凝土的軸心抗壓強度fc混凝土的抗壓強度與試件的形狀有關(guān)，采納棱柱體比立方體能更好地反應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)的實質(zhì)抗壓能力。用混凝土棱柱體試件測得的抗壓強度稱軸心抗壓強。1)測定的方法圖2-3我國?一般混凝土力學(xué)性能試驗方法?規(guī)定以150mm×150mm×300mm的棱柱體作為混凝土軸心抗壓強度試驗的標準試件。棱柱體試件與立方體試件的制作條件相同，試件上下表面不涂潤滑劑。棱柱體試件的抗壓強度都比立方體的強度值小，并且棱柱體試件高寬比越大，強度越小。2)軸心抗壓強度標準值fck?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?規(guī)定以150mm×150mm×300mm的棱柱體試件試驗測得的擁有95％保證率的抗壓強度為混凝土軸心抗壓強度標準值，用符號fck表示。3)軸心抗壓強度標準值與立方體抗壓強度標準值的關(guān)系圖2-4圖2-4是依據(jù)我國所做的混凝土棱柱體與立方體抗壓強度比較試驗的結(jié)果。?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?鑒于安全取偏低值，軸心抗壓強度標準值與立方體抗壓強度標準值的關(guān)系按下式確立：第8頁fck＝0.88αc1αc2fcu,k(2-1)式中：αc1——為棱柱體強度與立方體強度之比，對混凝土強度等級為C50及以下的取αc1=0.76，對C80取αc1=0.82，在此之間按直線規(guī)律變化取值。αc2——為高強度混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40及以下取αc2=1.00,對C80取αc2=0.87,中間按直線規(guī)律變化取值。0.88——為考慮實質(zhì)構(gòu)件與試件混凝土強度之間的差別而取用的折減系數(shù)。外國常采納混凝土圓柱體試件來確立混凝土軸心抗壓強度。比方美國、日本和歐洲混凝土協(xié)會(CEB)系采納直徑6英寸(152mm)、高12英寸(305mm)的圓柱體標準試件的抗壓強度作為軸心抗壓強度的指標，記作fc′。混凝土軸心fc′=0.79fcu,k(2-2)2.混凝土的軸心抗拉強度ft抗拉強度是混凝土的根本力學(xué)指標之一，也可用它間接地權(quán)衡混凝土的沖切強度等其余力學(xué)性能。(1)測定的方法圖2-5能夠采納直接軸心受拉的試驗方法來測定?？墒?，因為混凝土內(nèi)部的不均勻性，加之安裝試件的偏差等原由，正確測定抗拉強度是很困難的。因此，國內(nèi)外也常用如圖2-5所示的圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測試混凝土的軸心抗拉強度。依據(jù)彈性理論，劈拉強度ft,s可按下式計算：圓柱體ft,s＝2F/(πdι)(2-3)2立方體ft,s＝2P/πa試驗說明，劈裂抗拉強度略大于直接受拉強度，劈拉試件的大小對試驗結(jié)果也有必然影響。軸心抗拉強度只有立方抗壓強度的1/17～1/8，混凝土強度等級愈高，這個比值愈小。(2)軸心抗拉強度ftk與立方體抗壓強度fcu,k的關(guān)系圖2-6ftk＝0.88×0.395fcu,k0.55(1-1.645)0.45×2(2-4)2.1.3復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強度實質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多是處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，比方框架梁、柱既遇到柱軸向力作用，又遇到彎矩和剪力的作用。節(jié)點區(qū)混凝土受力狀態(tài)一般更加復(fù)雜。同時，研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強度，關(guān)于認識混凝土的強度理論也有重要的意義。1.雙向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強度圖2-7第9頁在兩個平面作用著法向應(yīng)力σl和σ2，第三個平面上應(yīng)力為零的雙向應(yīng)力狀態(tài)下，不一樣樣混凝土強度的二向損壞包絡(luò)圖如圖2-7所示，圖中σ0是單軸向受力狀態(tài)下的混凝土強度。一旦超出包絡(luò)線就意味著資料發(fā)生損壞。(1)雙向受拉:圖中第一象限為雙向受拉區(qū)，σl、σ2相互影響不大，雙向受拉強度均湊近于單向受拉強度。(2)雙向受壓:第三象限為雙向受壓區(qū)，大概上素來的強度隨另素來壓力的增加而增添，混凝土雙向受壓強度比單向受壓強度最多可提升27％。(3)拉--壓狀態(tài)：第二、四象限為拉--壓應(yīng)力狀態(tài)，此時混凝土的強度均低于單向拉伸或壓縮時的強度。2.法向應(yīng)力與剪應(yīng)力組合混凝土的強度圖2-8壓應(yīng)力低時，抗剪強度隨壓應(yīng)力的增大而增大；當壓應(yīng)力約超出0.6fc′時，抗剪強度隨壓應(yīng)力的增大而減小。也就是說因為存在剪應(yīng)力，混凝土的抗壓強度要低于單向抗壓強度。其余，還可以夠夠看出，抗剪強度跟著拉應(yīng)力的增大而減小，也就是說剪應(yīng)力的存在也會使抗拉強度降低。3.三向受壓狀態(tài)下混凝土的強度混凝土在三向受壓的狀況下，因為遇到側(cè)向壓力的拘束作用，最大主壓應(yīng)力軸的抗壓強度fcc′(σl)有較大程度的增添，其變化規(guī)律隨雙側(cè)向壓應(yīng)力〔σ2，σ3〕的比值和大小而不一樣樣。常例的三軸受壓是在圓柱體四周加液壓，在雙側(cè)向等壓(σ2=σ3=fL＞0)的狀況下進行的。由試驗獲得的經(jīng)驗公式為：fcc′＝fc′+(4.5～7.0)fL〔2-5〕式中fcc′——有側(cè)向壓力拘束試件的軸心抗壓強度；fc′——無側(cè)向壓力拘束試件的軸心抗壓強度；fL——側(cè)向拘束壓應(yīng)力。公式中，fL前的數(shù)字為側(cè)向應(yīng)力系數(shù)，均勻值為5.6,當側(cè)向壓應(yīng)力較低時獲得的系數(shù)值較高。常有工程典范：鋼管混凝土柱、螺旋箍筋柱、密排側(cè)向箍筋柱?！商峁﹤?cè)向拘束,以提升混凝土的抗壓強度和延性。2.1.4混凝土的變形變形是混凝土的一個重要力學(xué)性能。包含受力變形和體積變形。受力變形:混凝土在一次短期加載、荷載長久作用和屢次重復(fù)荷載作用下產(chǎn)第10頁生的變形，這種變形稱為受力變形。體積變形:混凝土因為硬化過程中的縮短以及溫度和濕度變化所產(chǎn)生的變形，這種變形稱為體積變形。1.一次短期加載下混凝土的變形性能(1)混凝土受壓時的應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系〔σ-ε關(guān)系曲線一次短期加載是指荷載從零開始單一增添至試件損壞，也稱單一加載。在一般試驗機上獲得有降落段的應(yīng)力--應(yīng)變曲線是比較困難的。假定采納有伺服飾置能控制降落段應(yīng)變速度的特別試驗機，就能夠丈量出擁有真切降落段的應(yīng)力--應(yīng)變?nèi)€。我國采納棱柱體試件測定一次短期加載下混凝土受壓應(yīng)力--應(yīng)變?nèi)€。能夠看到，這條曲線包含上漲段和降落段兩個局部：1)上漲段〔OC〕，又可分為三段：OA段(σ≤0.3fc～0.4fc)：從加載至A點為第1階段，混凝土的變形主假如彈性變形，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系湊近直線，稱A點為比率極限點；AB段(σ＝0.3fc～0.8fc)：超出A點，進人裂痕堅固擴展的第2階段，混凝土的變形為彈塑性變形，臨界點B的應(yīng)力能夠作為長久抗壓強度的依據(jù)；BC段(σ＝0.8fc～1.0fc)：裂痕快速張開的不堅固狀態(tài)直至峰點C，這一階段為第3階段，這時的峰值應(yīng)力σmax平常作為混凝土棱柱體的抗壓強度fc，相應(yīng)的應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變ε0，其值在～之間顛簸，平常取ε0。圖2-9混凝土棱柱體受壓應(yīng)力--應(yīng)變曲線2)降落段〔CE〕：在峰值應(yīng)力今后，裂痕快速張開，試件的均勻應(yīng)力強度降落，應(yīng)力--應(yīng)變曲線向下曲折，直到凹向發(fā)生改變，曲線出現(xiàn)“拐點〔D〕〞。超出“拐點〞，曲線開始凸向應(yīng)變軸，此段曲線中曲率最大的一點E稱為“收斂點〞。從收斂點E開始今后的曲線稱為收斂段，這時貫串的主裂痕已很寬，對無側(cè)向拘束的混凝土，收斂段EF已失去結(jié)構(gòu)意義。3)不一樣樣強度的混凝土的σ-ε關(guān)系曲線比較圖2-10①混凝土強度等級高，其峰值應(yīng)變ε0增添不多；②上漲段曲線相像；③降落段差別較大：強度等級低，降落段緩和，應(yīng)力降落慢；強度等級高的混凝土，降落段較陡，應(yīng)力降落很快?！驳燃壐叩幕炷?，受壓時的延性不如等級低的混凝土〕圖2-10不一樣樣強度的混凝土的應(yīng)力--應(yīng)變曲線比較第11頁4)加載速度對混凝土強度試驗值的影響①加載慢，最大應(yīng)力值有所減小，相應(yīng)于最大應(yīng)力值時的應(yīng)變增添；②加載快，最大應(yīng)力值有所增大，相應(yīng)于最大應(yīng)力值時的應(yīng)變減??；(2)混凝土單軸向受壓應(yīng)力--應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型1〕美國E.Hognestad建議的模型模型的上漲段為二次拋物線,降落段為斜直線。上漲段：〔2-6〕

降落段：〔2-7〕式中fc——峰值應(yīng)力〔棱柱體極限抗壓強度〕；ε?！鄳?yīng)于峰值應(yīng)力時的應(yīng)變，取ε。；εu——極限壓應(yīng)變，取εu=0.0038。圖2-11Hognestad建議的應(yīng)力--應(yīng)變曲線2〕德國Rusch建議的模型該模型形式較簡單，模型的上漲段也采納二次拋物線,降落段那么采納水平直線。上漲段：〔2-8〕降落段：〔2-9〕式中ε。；εu=0.0035。圖2-12Rusch建議的應(yīng)力--應(yīng)變曲線(3)三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特色混凝土試件橫向遇到拘束時，能夠提升其抗壓強度，也能夠提升其延性。三向受壓下混凝土圓柱體的軸向應(yīng)力--應(yīng)變曲線能夠由四周用液體壓力加以拘束的圓柱體進行加壓試驗獲得。跟著側(cè)向壓力的增添，試件的強度和延性都有明顯提升。工程上能夠經(jīng)過設(shè)置密排螺旋筋或箍筋來拘束混凝土，改良鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能。圖2-13混凝土圓柱體三向受壓試驗時軸向應(yīng)力--應(yīng)變曲線圖2-14用螺旋筋拘束的混凝土圓柱體的應(yīng)力--應(yīng)變曲線(4)混凝土的變形模量與彈性資料不一樣樣，混凝土受壓應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系是一條曲線，在不一樣樣的應(yīng)力階段，應(yīng)力與應(yīng)變之比的變形模量是一個變數(shù)?；炷恋淖冃文Ａ坑幸韵氯N表示方法。圖2-15混凝土變形模量的表示方法1)混凝土的彈性模量〔即原點模量〕第12頁在應(yīng)力--應(yīng)變曲線的原點〔圖中的O點〕作全部線，其斜率為混凝土的原點模量，稱為彈性模量，以Ec表示。Ec＝tgαo〔2-10〕式中αo——混凝土應(yīng)力--應(yīng)變曲線在原點處的切線與橫坐標的夾角。彈性模量的測試方法：對標準尺寸150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，先加載至σ=0.5fc，今后卸載至零，再重復(fù)加載卸載5～10次。因為混凝土不是彈性材料，每次卸載至應(yīng)力為零時，存在節(jié)余變形，跟著加載次數(shù)增添，應(yīng)力--應(yīng)變曲線漸趨堅固并根本上趨于直線。該直線的斜率即定為混凝土的彈性模量。2)混凝土的變形模量連結(jié)圖2-15中O點至曲線任一點應(yīng)力為σc處割線的斜率，稱為隨意點割線模量或稱變形模量。因為總變形εc中包含彈性變形εela和塑性變形εpla兩局部，由此所確立的模量也可稱為彈塑性模量。它的表達式為：Ec′＝tgα1〔2-11〕混凝土的變形模量是個變值，它隨應(yīng)力大小而不一樣樣。3)混凝土的切線模量在混凝土應(yīng)力--應(yīng)變曲線上某一應(yīng)力σc處作全部線，其應(yīng)力增量與應(yīng)變增量之比值稱為相應(yīng)于應(yīng)力σc時混凝土的切線模量。Ec′′＝tgα〔2-12〕混凝土的切線模量也是一個變值，它跟著混凝土的應(yīng)力增大而減小。注意：混凝土不是彈性資料，因此不可以夠用的混凝土應(yīng)變乘以標準中所給的彈性模量值去求混凝土的應(yīng)力。只有當混凝土應(yīng)力很低時，它的彈性模量與變形模量值才近似相等?；炷恋膹椥阅Ａ靠砂聪率接嬎?kN/mm2)〔2-13〕(5)混凝土軸向受拉時的應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系曲線形狀與受壓時相像，擁有上漲段和降落段。試驗測試說明，在試件加載的早期，變形與應(yīng)力呈線性增添，至峰值應(yīng)力的40％～50％達比率極限，加載至峰值應(yīng)力的76％～83％時，曲線出現(xiàn)臨界點〔即裂痕不堅固擴展的起點〕，抵達峰值應(yīng)力時對應(yīng)的應(yīng)變只有75×10-6～115×10-6。曲線降落段的坡度隨混凝土強度的提升而更峻峭。受拉彈性模量與受壓彈性模量值根真相同。圖2-16不一樣樣強度的混凝土拉伸應(yīng)力--應(yīng)變?nèi)€2.荷載長久作用下混凝土的變形性能(徐變)〔1〕徐變的見解第13頁結(jié)構(gòu)或資料承受的荷載或應(yīng)力不變，而應(yīng)變或變形隨時間增添的現(xiàn)象稱為徐變?；炷恋男熳兲厣饕c時間參數(shù)有關(guān)。1)加荷剎時變形εela當對棱柱體試件加載，應(yīng)力抵達〔0.1～1.0〕fc某一值時，其加載剎時產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)閯x時應(yīng)變εela。2)混凝土的徐變εcr假定保持荷載不變，跟著加載作用時間的增添，應(yīng)變也將連續(xù)增添，這就是混凝土的徐變εcr。一般，徐變開始增添較快，今后漸漸減慢，經(jīng)過較長時間后就漸漸趨于堅固。徐變應(yīng)變值約為剎時應(yīng)變的1-4倍。圖2-17混凝土的徐變〔應(yīng)變與時間的關(guān)系曲線〕(2)線性徐變和非線性徐變混凝土的徐變與混凝土的應(yīng)力大小有著親密的關(guān)系。應(yīng)力越大徐變也越大，隨著混凝土應(yīng)力的增添，混凝土徐變將發(fā)生不一樣樣的狀況:圖2-18壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系1)線性徐變當混凝土應(yīng)力σc≤0.5fc時，徐變與應(yīng)力成正比，曲線湊近等間距散布，這種狀況稱為線性徐變。2)非線性徐變當混凝土應(yīng)力σc＞0.5fc時，徐變變形與應(yīng)力不可以正比，徐變變形比應(yīng)力增添要快，稱為非線性徐變。在非線性徐變范圍內(nèi)，當加載應(yīng)力過高時，徐變變形急劇增添不再收斂，呈非堅固徐變的現(xiàn)象，可能造成混凝土的損壞?；炷翗?gòu)件在使用時期，應(yīng)當防備常常處于不變的高應(yīng)力狀態(tài)。一般地,混凝土長久抗壓強度取(0.75～0.8)fc。(3)產(chǎn)生徐變的主要原由1)水泥膠體的塑性變形。加載時混凝土的齡期越早，徐變越大。2)混凝土內(nèi)部微裂痕的連續(xù)張開。(4)影響徐變的要素1)內(nèi)在要素──混凝土構(gòu)成成分水泥用量越多，徐變越大；水灰比越大，徐變也越大。骨料彈性性質(zhì)也明顯地影響徐變值，一般，骨料越堅硬，彈性模量越高，對水泥石徐變的拘束作用越大，混凝土的徐變越小。圖2-20骨料對徐變的影響第14頁2)環(huán)境要素──保養(yǎng)及使用時的溫度、濕度保養(yǎng)時溫度高、濕度大，水泥水化作用充分，徐變越??；而使用遇到荷載作用后所處的環(huán)境溫度越高、濕度越低，那么徐變越大。3)應(yīng)力條件──混凝土的應(yīng)力大小混凝土的應(yīng)力越大徐變也越大。(5)徐變對混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能的影響因為混凝土的徐變，會使構(gòu)件的變形增添，在鋼筋混凝土截面中惹起應(yīng)力重分布。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中會造成預(yù)應(yīng)力損失。3.混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形〔疲備變形〕混凝土的疲備是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的?；炷猎诤奢d重復(fù)作用下惹起的破壞稱為疲備損壞。疲備現(xiàn)象大批存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁遇到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋遇到車輛振動的影響以及港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)遇到波浪沖擊而傷害等都屬于疲備損壞現(xiàn)象。疲備損壞的特色是裂痕小而變形大。(1)混凝土在荷載重復(fù)作用下的應(yīng)力--應(yīng)變曲線f1〕σ1或σ2＜fc時:對混凝土棱柱體試件，一次加載應(yīng)力σ1或σ2小于混凝土疲備強度fcf時，其加載卸載應(yīng)力--應(yīng)變曲線OAB形成了一個環(huán)狀。而在屢次加載、卸載作用下，應(yīng)力--應(yīng)變環(huán)會愈來愈密合，經(jīng)過屢次重復(fù)，這個曲線就密合成一條直線。2〕σ3＞fcf時:開始，混凝土應(yīng)力--應(yīng)變曲線凸向應(yīng)力軸，在重復(fù)荷載過程中漸漸變?yōu)橹本€，再經(jīng)過屢次重復(fù)加卸載后，其應(yīng)力--應(yīng)變曲線由凸向應(yīng)力軸而漸漸凸向應(yīng)變軸，以致加卸載不可以夠形成關(guān)閉環(huán)，這標記住混凝土內(nèi)部微裂痕的張開加劇趨近損壞。跟重視復(fù)荷載次數(shù)的增添，應(yīng)力--應(yīng)變曲線傾角不停減小，至荷載重復(fù)到某必然次數(shù)時，混凝土試件會因嚴重開裂或變形過大而以致?lián)p壞。圖2-21混凝土在重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力--應(yīng)變曲線f(2)混凝土的疲備強度fc1)測定方法混凝土的疲備強度用疲備試驗測定。疲備試驗采納100mm×l00mm×300mm或150mm×150mm×450mm的棱柱體，把能使棱柱體試件承受200萬次或其以上循環(huán)荷載而發(fā)生損壞的壓應(yīng)力值稱為混凝土的疲備抗壓強度。f2)疲備應(yīng)力比值ρc混凝土的疲備強度與重復(fù)作用時應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。在相同的重復(fù)次數(shù)下，疲備強度跟著疲備應(yīng)力比值的減小而增大。疲備應(yīng)力比值ρcf按下式計算：第15頁f=σρcfcf,min/σc,max〔2-14〕f式中σcf,min、σc,max表示截面同一纖維上的混凝土最小應(yīng)力及最大應(yīng)力。4.混凝土的縮短與膨脹混凝土凝固硬化時，在空氣中體積縮短，在水中體積膨脹。平常，縮短值比膨脹值大好多?；炷恋目s短值跟著時間而增添，蒸汽保養(yǎng)混凝土的縮短值要小于常溫保養(yǎng)下的縮短值。圖2-22混凝土的縮短保養(yǎng)不好以及混凝土構(gòu)件的四周受拘束進而阻截混凝土縮短時，會使混凝土構(gòu)件表面或水泥地面上出現(xiàn)縮短裂痕。影響混凝土縮短的要素有：(1)水泥的品種：水泥強度等級越高制成的混凝土縮短越大。(2)水泥的用量：水泥越多，縮短越大；水灰比越大，縮短也越大。(3)骨料的性質(zhì)：骨料的彈性模量大，縮短小。(4)保養(yǎng)條件：在結(jié)硬過程中四周溫、濕度越大，縮短越小。(5)混凝土制作方法：混凝土越密實，縮短越小。(6)使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度大時，縮短小。(7)構(gòu)件的體積與表面積比值：比值大時，縮短小。2.2鋼筋的物理力學(xué)性能2.2.1鋼筋的品種和級別1.鋼材按化學(xué)成分分類混凝土結(jié)構(gòu)中使用的鋼材按化學(xué)成分，可分為碳素鋼及一般低合金鋼兩大類。(1)碳素鋼除含有鐵元素外還含有少許的碳、硅、錳、硫、磷等元素。依據(jù)含碳量的多少，碳素鋼又可分為低碳鋼〔含碳量＜0.25％＝、中碳鋼〔含碳量0.25％～0.6％〕和高碳鋼〔含碳量0.6％～1.4％〕，含碳量越高強度越高，可是塑性和可焊性會降低。(2)一般低合金鋼除碳素鋼中已有的成格外，再參加少許的硅、錳、鈦、釩、鉻等合金元素，可有效地提升鋼材的強度和改良鋼材的其余性能。目前我國一般低合金鋼按參加元素種類有以下幾種系統(tǒng)：錳系〔20MnSi,25MnSi〕、硅釩系(40Si2MnV、45SiMnV)、第16頁硅鈦系(45Si2MnTi)、硅錳系(40Si2Mn,48Si2Mn)、硅鉻系(45Si2Cr)。2.鋼筋的品種和級別?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?規(guī)定，用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)一般鋼筋可使用熱軋鋼筋。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼筋可使用除去應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線，也可使用熱辦理鋼筋。(1)熱軋鋼筋熱軋鋼筋是低碳鋼、一般低合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成。熱軋鋼筋為軟鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯的服氣點和流幅，斷裂時有“頸縮〞現(xiàn)象，伸長率比較大。熱軋鋼筋依據(jù)其力學(xué)指標的上下，分為以下四個種類：HPB235級〔Ⅰ級，符號φ〕HRB335級〔Ⅱ級，符號φ〕HRB400級〔Ⅲ級，符號φ〕RRB400級〔余熱辦理Ⅲ級，符號φ〕Ⅰ級鋼筋的強度最低，Ⅱ級鋼筋的次之，Ⅲ級鋼筋的最高。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的縱向受力鋼筋宜優(yōu)先采納HRB400級鋼筋。(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋1)除去應(yīng)力鋼絲除去應(yīng)力鋼絲是將鋼筋拉拔后，校直，經(jīng)中溫回火除去應(yīng)力并堅固化辦理的光面鋼絲。2)螺旋肋鋼絲螺旋肋鋼絲是以一般低碳鋼或低合金鋼熱軋的圓盤條為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成二面或三面有月牙肋的鋼筋。光面鋼絲和螺旋肋鋼絲按直徑可分為φ4、φ5、φ6、φ7、φ8、φ9六個級別。3)刻痕鋼絲刻痕鋼絲是在光面鋼絲的表面進步行機械刻痕辦理，以增添與混凝土的粘結(jié)Ⅰ5、φⅠ7兩種。能力，分φ4)鋼絞線鋼絞線是由多根高強鋼絲捻制在一同經(jīng)過低溫回火辦理去除內(nèi)應(yīng)力后而制成，分為2股、3股和7股三種。5)熱辦理鋼筋熱辦理鋼筋是將特定強度的熱軋鋼筋再經(jīng)過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處第17頁理的鋼筋。熱辦理后鋼筋強度能獲得較大幅度的提升，而塑性降低其實不多。熱處理鋼筋是硬鋼。其應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有明顯的服氣點，伸長率小，質(zhì)地硬脆。熱處理鋼筋有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三種。3.鋼筋的冷加工方法冷拉或冷拔的冷加工方法能夠提升熱軋鋼筋的強度。1)冷拉:鋼筋的冷拉應(yīng)力值必然超出鋼筋的服氣強度。冷拉后，經(jīng)過一段時間鋼筋的服氣點比原來的服氣點有所提升，這種現(xiàn)象稱為時效硬化。鋼筋經(jīng)過冷拉和時效硬化今后，能提升服氣強度、節(jié)儉鋼材，但冷拉后鋼筋的塑性〔伸長率〕有所降低。為了保證鋼筋在強度提升的同時又擁有必然的塑性，冷拉時應(yīng)同時控制應(yīng)力和控制應(yīng)變。2)冷拔:冷拔鋼筋是將鋼筋用強力拔過比它自己直徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模，這時鋼筋同時遇到縱向拉力和橫向壓力的作用，截面變小而長度拔長。經(jīng)過幾次冷拔，鋼絲的強度比原來有很大提升，但塑性降低好多。冷拉只好提升鋼筋的抗拉強度，冷拔那么可同時提升抗拉及抗壓強度。冷加工鋼筋應(yīng)用時可參照相應(yīng)的行業(yè)標準。4.鋼筋的形式鋼筋的形式有光圓和帶肋兩類，帶肋鋼筋又分等高肋和月牙肋兩種。Ⅰ級鋼筋是光圓鋼筋，Ⅱ級、Ⅲ級鋼筋是帶肋的，統(tǒng)稱為變形鋼筋。鋼絲的外形平常為光圓，也有在表面刻痕的。圖2-23鋼筋的形式2.2.2鋼筋的強度和變形鋼筋的強度和變形性能能夠用拉伸試驗獲得的應(yīng)力--應(yīng)變曲線來說明。鋼筋的應(yīng)力--應(yīng)變曲線，有的有明顯的流幅〔比方熱軋低碳鋼筋HPB235級和熱軋低合金鋼筋HRB335級、HRB400級、RRB400級〕；有的那么沒有明顯的流幅〔例如預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱辦理鋼筋〕。1.有明顯流幅的鋼筋的強度和變形(1)應(yīng)力--應(yīng)變曲線(σ-ε曲線)1)OA段——彈性階段：應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)楸嚷首兓?，與A點對應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限或彈性極限。2)AC段——服氣階段：過A點后，應(yīng)力根本不增添而應(yīng)變急劇增添，曲線湊近水平線。B點到C點的水平距離的大小稱為流幅或服氣臺階。B′點稱為服氣上限，B點稱為服氣下限，有明顯流幅的熱軋鋼筋服氣強度是按服氣下限確立的。第18頁3)CD段——增強階段：過C點今后，應(yīng)力又連續(xù)上漲，說明鋼筋的抗拉能力又有所提升。跟著曲線上漲到最高點D,相應(yīng)的應(yīng)力稱為鋼筋的極限強度。4)DE段——頸縮階段：過了D點，試件單薄處的截面將會忽然明顯減小，發(fā)生局部頸縮，變形快速增添，應(yīng)力隨之降落，抵達E點時試件被拉斷。圖2-24有明顯流幅鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線(2)強度指標1)服氣強度fy:有明顯流幅的鋼筋的應(yīng)力抵達服氣點后，會產(chǎn)生很大的塑性變形，使鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)很大的變形和過寬的裂痕，以致不可以夠使用，因此對有明顯流幅的鋼筋，在計算承載力時以服氣強度作為鋼筋強度限值。2)極限強度ft:在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要求結(jié)構(gòu)在罕遇地震下“裂而不倒〞,鋼筋應(yīng)力可考慮進入增強段,要求極限強度ft≥1.25服氣強度fy。(3)塑性指標鋼筋除了要有足夠的強度外，還應(yīng)擁有必然的塑性變形能力。平常用伸長率和冷彎性能兩個指標權(quán)衡鋼筋的塑性。1〕伸長率：鋼筋拉斷后〔比方，圖2-24中的E點〕的伸長值與原長的比率稱為伸長率。伸長率越大塑性越好。國家標準規(guī)定了各樣鋼筋所必然抵達的伸長率的最小值〔比方，δ100、δ10和δ5分別表示標距L=100d，L=l0d和L=5d時伸長率的最小值〕，有關(guān)參數(shù)可參照相應(yīng)的國家標準。2)冷彎性能:冷彎是將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的彎芯曲折到規(guī)定的角度后無裂紋斷裂及起層現(xiàn)象，那么表示合格。彎芯的直徑D越小，彎轉(zhuǎn)角越大，說明鋼筋的塑性越好。國家標準規(guī)定了各樣鋼筋冷彎時相應(yīng)的彎芯直徑及彎轉(zhuǎn)角，有關(guān)參數(shù)可參照相應(yīng)的國家標準。2．無明顯流幅的鋼筋的強度和變形(1)應(yīng)力--應(yīng)變曲線(σ-ε曲線)對沒有明顯流幅或服氣點的預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱辦理鋼筋，為了與鋼筋國家標準相一致，?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?中也規(guī)定在構(gòu)件承載力設(shè)計時，取極限抗拉強度σb的85％作為條件服氣點，如圖2-25所示。圖2-25無明顯流幅鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線(2)強度指標:極限抗拉強度σb(3)塑性指標:伸長率和冷彎性能。2.2.3鋼筋應(yīng)力--應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型第19頁常用的鋼筋應(yīng)力--變曲線模型有以下幾種。1.描繪完滿彈塑性的雙直線模型圖2-26(a)雙直線模型適用于流幅較長的低強度鋼材。模型將鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線簡化為圖2-26(a)所示的兩段直線。OB段為完滿彈性階段，B點為服氣下限，相應(yīng)的應(yīng)力及應(yīng)變?yōu)閒y和εy，OB段的斜率即為彈性模量ES。BC為完滿塑性階段，C點為應(yīng)力增強的起點，對應(yīng)的應(yīng)變?yōu)棣舠,h，過C點后，即以為鋼筋變形過大不可以夠正常使用。雙直線模型的數(shù)學(xué)表達式以下：當εs≤εy時，σs=Esεs(Es=fy/εy)〔2-15〕當εy≤εs≤εs,h時，σs=fy〔2-16〕2.描繪完滿彈塑性加硬化的三折線模型圖2-26(b)三折線模型適用于流幅較短的軟鋼。如圖2-26(b)所示，圖中OB及BC直線段分別為完滿彈性和塑性階段。C點為硬化的起點，CD為硬化階段。抵達D點時即認為鋼筋損壞，受拉應(yīng)力抵達極限值fs,u，相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)棣舠,u。三折線模型的數(shù)學(xué)表達形式以下：當εs≤εy，εy≤εs≤εs,h時，表達式同式〔2-15〕和〔2-16〕；當εs,h≤εs≤εs,u時，fs=fy+(εs-εs,h)tgθ′(2-17)tgθ′=0.01Es(2-18)3.描繪彈塑性的雙斜線模型圖2-26(c)雙斜線模型能夠描繪沒有明顯流幅的高強鋼筋或鋼絲的應(yīng)力--應(yīng)變曲線。如圖2-26(c)所示，B點為條件服氣點，C點的應(yīng)力抵達極限值fs,u,相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)棣舠,u,雙斜線模型數(shù)學(xué)表達式以下：當εs≤εy時，σs=Esεs(Es=fy/εy)〔2-19〕當εy≤εs≤εs,u時，σs=fy+(εs-εy)tgθ′′〔2-20〕式中tgθ′′=Es′′=(fs,u-fy)/(εs,u-εy)〔2-21〕圖2-26鋼筋應(yīng)力--應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型(a)雙直線(b)三折線(c)雙斜線2.2.4鋼筋的疲憊1.鋼筋的疲備定義鋼筋的疲備是指鋼筋在承受重復(fù)、周期性的荷載作用下，經(jīng)過必然次數(shù)后，忽然脆性斷裂的現(xiàn)象。2.鋼筋疲備斷裂的原由第20頁一般以為是因為鋼筋內(nèi)部和外面的缺點，在這些單薄處簡單惹起應(yīng)力集中。應(yīng)力過高，鋼材晶粒滑移，產(chǎn)生疲備裂紋，應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)增添，裂紋擴展，進而造成斷裂。3.鋼筋的疲備強度鋼筋的疲備強度是指在某一規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受必然次數(shù)循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞損壞的最大應(yīng)力值。因為承受重復(fù)性荷載的作用，鋼筋的疲備強度低于其在靜荷載作用下的極限強度。(1)測定方法鋼筋的疲備強度用疲備試驗測定。有兩種方法：一種是直接進行單根原狀鋼筋軸拉試驗；另一種是將鋼筋埋人混凝土中使其重復(fù)受拉或受彎的試驗。我國采納直接做單根鋼筋軸拉試驗的方法。f(2)疲備應(yīng)力比值ρf=σfρfmin/σmaxf式中σfmin、σmax表示截面同一纖維上鋼筋最小應(yīng)力及最大應(yīng)力。對預(yù)應(yīng)力鋼筋，當ρf≥0.9時可不進行疲備強度驗算。(3)循環(huán)荷載的次數(shù)我國要求知足循環(huán)次數(shù)為200萬次，即對不一樣樣的疲備應(yīng)力比值知足循環(huán)次數(shù)為200萬次條件下的鋼筋最大應(yīng)力值為鋼筋的疲備強度。2.2.5混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求1.強度指鋼筋的服氣強度及極限強度。服氣強度是設(shè)計的主要依據(jù)〔對無明顯流幅的鋼筋，取它的條件服氣點〕。采納高強度鋼筋能夠節(jié)儉鋼材，獲得較好的經(jīng)濟見效。2.塑性指鋼筋的伸長率和冷彎性能。保證鋼筋在斷裂前有足夠的變形，能給出構(gòu)件將要損壞的預(yù)告信號，同時要保證鋼筋冷彎的要求。鋼筋的伸長率和冷彎性能是施工單位查收鋼筋能否合格的主要指標。3.可焊性可焊性是評定鋼筋焊接后的接頭性能的指標。要求鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大的變形。4.耐火性熱軋鋼筋的耐火性能最好，冷軋鋼筋其次，預(yù)應(yīng)力鋼筋最差。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意混凝土保護層厚度知足對構(gòu)件耐火極限的要求。第21頁5.鋼筋與混凝土的粘結(jié)力為了保證鋼筋與混凝土共同工作。鋼筋表面的形狀是影響粘結(jié)力的重要因素。2.3混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3.1粘結(jié)的意義1.粘結(jié)的意義鋼筋和混凝土能共同工作，除了二者擁有周邊的線膨脹系數(shù)外，更主要的是由于混凝土硬化后，鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生了優(yōu)秀的粘結(jié)力。為了保證鋼筋不被從混凝土中拔出或壓出，還要求鋼筋有優(yōu)秀的錨固。粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ)。2.粘結(jié)應(yīng)力鋼筋混凝土受力后會沿鋼筋和混凝土接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，平常把這種剪應(yīng)力稱為粘結(jié)應(yīng)力。依據(jù)受力性質(zhì)的不一樣樣，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力可分為裂痕間的局部粘結(jié)應(yīng)力和鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力兩種:圖2-27鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力(a)錨固粘結(jié)應(yīng)力(b)裂痕間的局部粘結(jié)應(yīng)力(1)裂痕間的局部粘結(jié)應(yīng)力在相鄰兩個開裂截面之間產(chǎn)生的，鋼筋應(yīng)力的變化遇到粘結(jié)應(yīng)力的影響，粘結(jié)應(yīng)力使相鄰兩個裂痕之間混凝土參加受拉。局部粘結(jié)應(yīng)力的喪失會影響構(gòu)件的剛度的降低和裂痕的張開。(2)鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力鋼筋伸進支座或在連續(xù)梁中擔當負彎矩的上部鋼筋在跨中截斷時，需要延長一段長度，即錨固長度。要使鋼筋承受所需的拉力，就要求受拉鋼筋有足夠的錨固長度以累積足夠的粘結(jié)力，否那么，將發(fā)生錨固損壞。2.3.2粘結(jié)力的構(gòu)成1.粘結(jié)力的構(gòu)成鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用主要由三局部所構(gòu)成：(1)鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作使勁〔膠結(jié)力〕。(2)混凝土縮短握裹鋼筋而產(chǎn)生摩阻力。(3)鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合作使勁〔咬協(xié)力〕。2.光圓鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)機理的主要差別第22頁光面鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力，而變形鋼筋的粘結(jié)力主要來自機械咬合作用〔圖2-28〕。二者的差別，能夠用釘入木材中的一般釘和螺絲釘?shù)牟顒e來理解。圖2-28變形鋼筋和混凝土的機械咬合作用2.3.3粘結(jié)強度鋼筋的粘結(jié)強度平常采納直接拔出試驗來測定，為了反應(yīng)彎矩的作用，也用梁式試件進行曲折拔出試驗。由直接拔出試驗，鋼筋和混凝土之間的均勻粘結(jié)應(yīng)力τ可表示為τ＝N/πdι〔2-22〕式中N——鋼筋的拉力；d——鋼筋的直徑；l——粘結(jié)長度。圖2-29測定粘結(jié)強度的二種拔出試驗(a)直接拔出試驗(b)曲折拔出試驗2.3.4影響粘結(jié)強度的要素主要影響要素有混凝土強度、保護層厚度及鋼筋凈間距、橫向配筋及側(cè)向壓應(yīng)力，以及澆筑混疑土?xí)r鋼筋的地點等。(l)混凝土強度：光圓鋼筋及變形鋼筋的粘紹強度都隨混凝土強度等級的提高而提升。圖2-30不一樣樣強度混凝土的粘結(jié)應(yīng)力和相對滑移關(guān)系(2)保護層厚度：鋼筋外面的混凝土保護層太薄，可能使外面混凝土因產(chǎn)生徑向劈裂而使粘結(jié)強度降低。增大保護層厚度，保持必然的鋼筋間距，能夠提升外面混凝土的抗劈裂能力，有益于粘結(jié)強度的充散發(fā)揮。(3)鋼筋凈間距：混凝土構(gòu)件截面上有多根鋼筋并列在一排時，鋼筋間的凈距對粘結(jié)強度有重要影響，鋼筋凈間距過小，外面混凝土將發(fā)生水平劈裂，形成貫串整個梁寬的劈裂裂痕，造成整個混凝土保護層剝落，粘結(jié)強度明顯降低。一排鋼筋的根數(shù)越多，凈間距越小，粘結(jié)強度降低的就越多。(4)橫向配筋：橫向鋼筋〔如梁中的箍筋〕能夠限制混凝土內(nèi)部裂痕的張開，提升粘結(jié)強度。橫向鋼筋還可以夠夠限制抵達構(gòu)件表面的裂痕寬度，進而提升粘結(jié)強度。(5)側(cè)向壓應(yīng)力：在直接支承的支座處，如梁的簡支端，鋼筋的錨固區(qū)遇到來自支座的橫向壓應(yīng)力，橫向壓應(yīng)力拘束了混凝土的橫向變形，使鋼筋與混凝土間抵擋滑動的摩阻力增大，因此能夠提升粘結(jié)強度。(6)澆筑混疑土?xí)r鋼筋的地點：澆筑混凝土?xí)r，深度過大〔超出300mm〕，第23頁鋼筋底面的混凝土?xí)霈F(xiàn)積淀縮短和離析泌水，氣泡逸出，使混凝土與水平擱置的鋼筋之間產(chǎn)生強度較低的松弛縫隙層，進而會削弱鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用。其余，鋼筋表面形狀對粘結(jié)強度也有影響，變形鋼筋的粘結(jié)強度大于光圓鋼筋。2.2.5鋼筋的錨固與搭接1.保證粘結(jié)的結(jié)構(gòu)舉措?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?采納不進行粘結(jié)計算，用結(jié)構(gòu)舉措來保證混凝土與鋼筋粘結(jié)。保證粘結(jié)的結(jié)構(gòu)舉措有以下幾個方面：(1)保證最小搭接長度和錨固長度；(2)知足鋼筋最小間距和混凝土保護層最小厚度的要求；(3)鋼筋的搭接接頭范圍內(nèi)應(yīng)加密箍筋；(4)鋼筋端部應(yīng)設(shè)置彎鉤。(5)在澆注大深度混凝土構(gòu)件時，應(yīng)分層澆注或二次澆搗。(6)一般除重銹鋼筋外，可不用除銹。2．根本錨固長度?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?規(guī)定縱向受拉鋼筋的錨固長度作為鋼筋的根本錨固長度La，它與鋼筋強度、混凝土抗拉強度、鋼筋直徑及外形有關(guān)，可按式(5-27)計算:La=α(fy/ft)d式中La——受拉鋼筋的錨固長度；fy——鋼筋抗拉強度設(shè)計值；ft——混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值；當混凝土強度等級高于C40時，按C40取值；d——鋼筋的公稱直徑；α——錨固鋼筋的外形系數(shù)，詳見表5-1鋼筋的錨固可采納機械錨固的形式，主要有彎鉤、貼焊鋼筋及焊錨板等。采用機械錨固能夠減少錨固長度。錨固長度修正系數(shù)〔折減系數(shù)〕為0.7。3.鋼筋的搭接鋼筋長度不夠時，或需要采納施工縫或后澆帶等結(jié)構(gòu)舉措時，鋼筋就需要搭接。搭接是指將兩根鋼筋的端頭在必然長度內(nèi)并放，并采納適合的連結(jié)將一根鋼筋的力傳給另一根鋼筋。(1)鋼筋搭接的原那么:①接頭應(yīng)設(shè)置在受力較小處；②同一根鋼筋上應(yīng)盡量第24頁少設(shè)接頭；③機械連結(jié)接頭能產(chǎn)生較堅固的連結(jié)力，因此應(yīng)優(yōu)先采納機械連結(jié)。(2)搭接長度受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度按下式計算：L1＝ζLa〔2-23〕式中，ζ為受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，它與同一連結(jié)區(qū)段內(nèi)搭接鋼筋的截面面積有關(guān)，詳見表5-3。關(guān)于受壓鋼筋的搭接接頭及焊接骨架的搭接，也應(yīng)知足相應(yīng)的結(jié)構(gòu)要求，以保證力的傳達。思慮題2.1混凝土的立方抗壓強度f,軸心抗壓強度fck和抗拉強度fk是如何確立的？為什么fck低于fcu,k?ftk與fcu,k有何關(guān)系？fck與fcu,k有何關(guān)系？2.2混凝土的強度等級是依據(jù)什么確立的？我國新?標準?規(guī)定的混凝土強度等級有哪些？2.3某方形鋼筋混凝土短柱澆筑后發(fā)現(xiàn)混凝土強度缺少，依據(jù)拘束混凝土原理如何加固該柱？2.4單向受力狀態(tài)下，混凝土的強度與哪些要素有關(guān)？混凝土軸心受壓應(yīng)力一應(yīng)變曲線有何特色？常用的表示應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型有哪幾種？2.5混凝土的變形模量和彈性模量是如何確立的？2.6什么是混凝土的疲備損壞？疲備損壞時應(yīng)力一應(yīng)變曲線有何特色？2.7什么是混凝土的徐變？徐變對混凝土構(gòu)件有何影響？平常以為影響徐變的主要要素有哪些？如何減少徐變？2.8混凝土縮短對鋼筋混凝土構(gòu)件有何影響？縮短與哪些要素有關(guān)？如何減少縮短？2.9軟鋼和硬鋼的應(yīng)力一應(yīng)變曲線有何不一樣樣？二者的強度取值有何不一樣樣？我國新?標準?中將鋼筋按強度分為哪些種類？認識鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型。2.10鋼筋有哪些形式？鋼筋冷加工的方法有哪幾種？冷拉和冷拔后鋼筋的力學(xué)性能有何變化？2.11鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的性能有哪些要求？2.12什么是鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力？影響鋼筋和混凝土粘結(jié)強度的主要要素有哪些？為保證鋼筋和混凝土之間有足夠的粘結(jié)力要采納哪些措第25頁施？第3章按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法本章概要我國現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法是：以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，以靠譜指標胸懷結(jié)構(gòu)構(gòu)件的靠譜度，采納以分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行設(shè)計。因此，本章內(nèi)容環(huán)繞結(jié)構(gòu)設(shè)計的總目標，對結(jié)構(gòu)的功能要求、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)、結(jié)構(gòu)上的作用、荷載的代表值、各樣作用的效應(yīng)及結(jié)構(gòu)的抗力和知足結(jié)構(gòu)設(shè)計靠譜度要求的資料強度分項系數(shù)及荷載分項系數(shù)等均提出了明確的要求，最后使讀者明確以概率理論為基礎(chǔ)的各樣極限狀態(tài)表達方法，并以此作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。3.1極限狀態(tài)3.1.1結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力1.結(jié)構(gòu)上的作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原由稱為“作用〞，分直接作用和間接作用兩種。(1)直接作用：荷載(2)間接作用：混凝土的縮短、溫度變化、基礎(chǔ)的差別沉降、地震等。間接作用不只與外界要素有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)自己的特色有關(guān)。比方，地震對結(jié)構(gòu)物的作用，不只與地震加快度有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)自己的動力特色有關(guān)，因此不可以夠把地震作用稱為“地震荷載〞。2.作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)上的作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力〔如彎矩、剪力、軸向力、扭矩等〕、變形、裂痕等統(tǒng)稱為作用效應(yīng)或荷載效應(yīng)。荷載與荷載效應(yīng)之間平常按某種關(guān)系相聯(lián)系。S＝C·Q││└─荷載│└───荷載效應(yīng)系數(shù)└────荷載效應(yīng)3.荷載的分類按作用時間的長短和性質(zhì)，荷載可分為三類：1)永遠荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計使用時期，其值不隨時間而變化，或其變化與均勻值比較能夠忽視不計，或其變化是單一的并能趨于限值的荷載。比方，結(jié)構(gòu)的自身重力、土壓力、預(yù)應(yīng)力等荷載，永遠荷載又稱恒荷載。第26頁2)可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計使用期內(nèi)其值隨時間而變化，其變化與均勻值比較不可以忽視的荷載。比方，樓面活荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等，可變荷載又稱活荷載。3)有時荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計使用期內(nèi)不用然出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且連續(xù)時間很短的荷載。比方，爆炸力、撞擊力等。4.荷載的標準值擁有必然概率〔一般為95%〕的最大荷載值稱為荷載標準值。荷載標準值是荷載的根本代表值。關(guān)于結(jié)構(gòu)自重能夠依據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計尺寸和資料的重力密度確定；可變荷載標準值由設(shè)計使用年限內(nèi)最大荷載概率散布的某個分位值確立。3.1.2結(jié)構(gòu)的功能要求1.結(jié)構(gòu)的安全等級我國依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)損壞時可能產(chǎn)生的結(jié)果嚴重與否，分為三個安全等級：一級——損壞結(jié)果很嚴重、重要的建筑物；二級——損壞結(jié)果嚴重、一般的建筑物；三級——損壞結(jié)果不嚴重、次要建筑物。對人員比較集中使用屢次的影劇院、體育館等，安全等級宜按一級設(shè)計；建筑物中梁、柱等各樣構(gòu)件的安全等級一般應(yīng)與整個建筑物的安全等級相同。2.結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，是指設(shè)計的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。一般建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限可為50年。各樣工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是不該一致的。比方，橋梁應(yīng)比房子的設(shè)計使用年限長，大壩的設(shè)計使用年限更長。注意：結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限雖與其使用壽命有聯(lián)系，但不等同。超出設(shè)計使用年限的結(jié)構(gòu)其實不是不可以夠使用，而是指它的靠譜度降低了。3.建筑結(jié)構(gòu)的功能設(shè)計的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)，在正常保護條件下，應(yīng)能保持其使用功能，而不需進行大修加固。應(yīng)當知足的功能要求可歸納為：(1)安全性建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各樣荷載和變形，在有時局件〔如地震、爆炸等〕發(fā)生時和發(fā)生后保持必需的整體堅固性，不致發(fā)生坍毀。(2)適用性結(jié)構(gòu)在正常使用過程中應(yīng)擁有優(yōu)秀的工作性。比方，不產(chǎn)生影響使用的過大變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者不安的過寬的裂痕等。第27頁(3)長久性結(jié)構(gòu)在正常保護條件下應(yīng)有足夠的長久性，圓滿使用到設(shè)計規(guī)定的年限，即設(shè)計使用年限。比方，混凝土不發(fā)生嚴重風化、腐化、零落，鋼筋不發(fā)生銹蝕等。3.1.3結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)能完成預(yù)約的各項功能時，結(jié)構(gòu)處于有效狀態(tài)；反之，那么處于無效狀態(tài)，有效狀態(tài)和無效狀態(tài)的分界，稱為極限狀態(tài)，是結(jié)構(gòu)開始無效的標記。極限狀態(tài)可分為二類。1.承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵達最大承載能力或許抵達不適于連續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。超出承載能力極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不可以夠知足安全性的要求。如：(1)資料強度不夠而損壞；(2)因疲備而損壞；(3)產(chǎn)生過大的塑性變形而不可以夠連續(xù)承載；(4)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失堅固；(5)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殪`便系統(tǒng)。2.正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵達正常使用或長久性能中某項規(guī)定限度的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。超出了正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不可以夠保證適用性和長久性的功能要求。比方：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)影響正常使用的過大變形、過寬裂痕、局部損壞和振動。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)進行計算后，還應(yīng)當按正常使用極限狀態(tài)進行驗算。3.1.4極限狀態(tài)方程1.承載能力極限狀態(tài)函數(shù)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)能夠用極限狀態(tài)函數(shù)來表達。承載能力極限狀態(tài)函數(shù)可表示為Z=R–S〔3-1〕式中S——表示荷載效應(yīng)，它代表由各樣荷載分別產(chǎn)生的荷載效應(yīng)的總和；R——表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力。2.結(jié)構(gòu)狀態(tài)第28頁依據(jù)S、R的取值不一樣樣，Z值可能出現(xiàn)三種狀況：Z=R-S＞0時,結(jié)構(gòu)處于靠譜狀態(tài)；Z=R-S＝0時,結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。Z=R-S＜0時,結(jié)構(gòu)處于無效狀態(tài)；圖3-1極限狀態(tài)方程取值表示圖3．功能函數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中常常考慮的不只是結(jié)構(gòu)的承載能力，多半場合還需要考慮結(jié)構(gòu)對變形或開裂等的抵擋能力，也就是說要考慮結(jié)構(gòu)的適用性和長久性的要求。由此，上述的極限狀態(tài)方程可推行為Z=g(x1，x2，?，xn)〔3-2〕式中，g(?)是函數(shù)記號，在這里稱為功能函數(shù)。g(?)由所研究的結(jié)構(gòu)功能而定，能夠是承載能力，也能夠是變形或裂痕寬度等。x1，x2，?，xn為影響該結(jié)構(gòu)功能的各樣荷載效應(yīng)以及資料強度、構(gòu)件的幾何尺寸等。3.2按近似概率的極限狀態(tài)設(shè)計法結(jié)構(gòu)的靠譜度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)約功能的能力稱為結(jié)構(gòu)的可靠性〔規(guī)準時間是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，規(guī)定條件，是指正常設(shè)計、正常施工、正常使用和保護的條件，不包含非正常的，比方人為的錯誤等〕。結(jié)構(gòu)的靠譜度是結(jié)構(gòu)靠譜性的概率胸懷，即結(jié)構(gòu)在設(shè)計工作壽命內(nèi)，在正常條件下，完成預(yù)約功能的概率。因此，結(jié)構(gòu)的靠譜度是用靠譜概率Ps來描繪的。3.2.2靠譜指標與無效概率1.結(jié)構(gòu)的無效概率結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間和條件下不可以夠完成預(yù)約功能的概率Pf,Pf為無效概率。Ps+Pf2.無效概率Pf的計算方法(1)S和R的概率密度曲線設(shè)構(gòu)件的荷載效應(yīng)S、抗力R，都是遵照正態(tài)散布的隨機變量且二者為線性關(guān)系。S、R的均勻值分別為μS、μR，標準差分別為σS、σR，S和R的概率密度曲線如圖3一2所示。圖3-2R，S的概率密度散布曲線依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，明顯μR應(yīng)當大于μS。從圖中的概率密度曲線能夠看到，在多半狀況下構(gòu)件的抗力R大于荷載效應(yīng)S?？墒?，因為失散性，在S、R的概第29頁率密度曲線的重疊區(qū)〔暗影局部〕，仍有可能出現(xiàn)構(gòu)件的抗力R小于荷載效應(yīng)S的狀況。重疊區(qū)的大小與μS、μR以及σS、σR有關(guān)。因此，加大均勻值之差μR-μS，減小標準差σS和σR能夠使重疊的范圍減小，無效概率降低。(2)Z的概率密度散布曲線同前，假定令Z=R–S，Z也應(yīng)當是遵照正態(tài)散布的隨機變量。圖3一3表示Z的概率密度散布曲線。圖3-3靠譜指標與無效概率關(guān)系表示圖圖中的暗影局部表示出現(xiàn)Z＜0事件的概率，也就是構(gòu)件無效的概率Pf，計算失效概率Pf比較麻煩，故改用一種靠譜指標的計算方法。(3)靠譜指標β從圖3-3能夠看到，暗影局部的面積與μZ和σZ的大小有關(guān)：增大μZ，曲線右移，暗影面積將減少；減小σZ，曲線變得高而窄，暗影面積也將減少。假如將曲線對稱軸至縱軸的距離表示成σZ的倍數(shù)，取μZ=βσZ〔3-6〕那么β=μZ/σZ=(μR-μS)/(3-7)能夠看出β大，那么無效概率小。因此，β和無效概率相同可作為權(quán)衡結(jié)構(gòu)靠譜度的一個指標，稱為靠譜指標。(4)β與無效概率Pf的對應(yīng)關(guān)系3.目標靠譜指標[β]?建筑結(jié)構(gòu)靠譜度設(shè)計一致標準?依據(jù)結(jié)構(gòu)的安全等級和損壞種類，規(guī)定了按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時的目標靠譜指標[β]，見表3-3。β≥[β]結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞種類分為延性損壞和脆性損壞兩類。延性損壞有明顯的先兆，可實時采納挽救舉措，因此目標靠譜指標可定得稍低些。脆性損壞常常是突發(fā)性損壞，損壞前沒有明顯的先兆，因此目標靠譜指標就應(yīng)當定得高一些。用靠譜指標β進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和靠譜度校核，能夠較全面地考慮靠譜度影響因素的客觀變異性，使結(jié)構(gòu)知足預(yù)期的靠譜度要求。3.3適用設(shè)計表達式3.3.1分項系數(shù)關(guān)于一般常有的工程結(jié)構(gòu)，采納靠譜指標進行設(shè)計工作量大，有時會遇到統(tǒng)計資料缺少而沒法進行的困難。考慮到多年來的設(shè)計習(xí)慣和適用上的簡單，?建第30頁筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一致標準?提出了便于實質(zhì)使用的設(shè)計表達式，稱為適用設(shè)計表達式。比方，永遠荷載和可變荷載組合下的設(shè)計表達式為μR/γR≥γGμG+γQμQ〔3-8〕(1)抗力分項系數(shù)——γR(2)永遠荷載分項系數(shù)——γG(3)可變荷載分項系數(shù)——γQ3.3.2承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計簡單表達式γ0S≤R〔3-22〕Sk─→γsSk─→γ0S≤R←─Rk/γR←─Rk荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)荷載效答允載能力結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力標準值設(shè)計值組合值設(shè)計值設(shè)計值標準值式中γ0——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)。2.荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值S實質(zhì)上荷載效應(yīng)中的荷載有永遠荷載和可變荷載，并且可變荷載不單一個，多個可變荷載也不用然會同時發(fā)生，比方，高層建筑各樓層可變荷載全部滿載且遇到最狂風荷載的可能性就不大。為此，考慮到兩個或兩個以上可變荷載同時出現(xiàn)的可能性較小，引入荷載組合值系數(shù)對其標準值折減。按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)試慮作用效應(yīng)的根本組合，必需時髦應(yīng)試慮作用效應(yīng)的有時組合。關(guān)于根本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值S應(yīng)從由可變荷載效應(yīng)控制的組合和由永遠荷載效應(yīng)控制的兩組組合中取最不利值確立:(1)對由可變荷載效應(yīng)控制的組合，其承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式一般形式為(3-24)(2)對由永遠荷載效應(yīng)控制的組合，其承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式的一般形式為〔3-25〕式中γ0——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，與安全等級對應(yīng)。對安全等級為一級或設(shè)計使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不該小于1.1；對二級或設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不該小于1.0；對三級或設(shè)計第31頁使用年限為5年及以下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不該小于0.9；在抗震設(shè)計中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)；γG——永遠荷載的分項系數(shù)。當永遠荷載效應(yīng)付結(jié)構(gòu)不利時，對由可變荷載效應(yīng)控制的組合γG=1.2；由永遠荷載效應(yīng)控制的組合γG=1.35。當永遠荷載效應(yīng)付結(jié)構(gòu)有益時，取γG=1.0；γQ1、γQi——可變荷載的分項系數(shù)。γQ1、γQi一般取1.4；SGk、SQ1k、SQik—分別為永遠荷載、第一種可變荷載、其余可變荷載效應(yīng)的標準值，如荷載惹起的彎矩、剪力、軸力和變形等；ψci——可變荷載的組合值系數(shù)。以上不等式右邊為結(jié)構(gòu)承載力，用承載力函數(shù)R〔?〕表示，說明其為混凝土和鋼筋強度標準值〔fck、fsk〕、分項系數(shù)〔γc、γs〕、幾何尺寸標準值〔ak〕以及其余參數(shù)的函數(shù)。3.一般排架和框架結(jié)構(gòu)的簡化表達式關(guān)于一般常遇的排架結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，為了計算方便，可變荷載的影響大小可不予區(qū)分，并采納相同的組合值系數(shù)。對由可變荷載效應(yīng)控制的組合，其設(shè)計表達式能夠簡化表達為〔3-28〕對由永遠荷載效應(yīng)控制的組合，其承載力極限狀態(tài)設(shè)計表達式仍為〔3-25〕。3.3.3正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，主假如驗算構(gòu)件的變形和抗裂度或裂痕寬度。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，變形過大或裂痕過寬雖影響正常使用，但危害程度不及承載力惹起的結(jié)構(gòu)損壞造成的損失那么大，因此可適合降低對靠譜度的要求。計算時取荷載標準值，不需乘分項系數(shù)，也不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0。1.正常使用極限狀態(tài)設(shè)計簡單表達式Sk≤Rk2.可變荷載的準永遠值系數(shù)和頻遇值系數(shù)在正常使用狀態(tài)下，可變荷載作用時間的長短關(guān)于變形和裂痕的大小明顯是有影響的。可變荷載的最大值其實不是長久作用于結(jié)構(gòu)之上，因此應(yīng)按其在設(shè)計基準期內(nèi)作用時間的長短和可變荷載超越總時間或超越次數(shù)，對其標準值進行折減。?建筑結(jié)構(gòu)靠譜度設(shè)計一致標準?采納一個小于1的準永遠值系數(shù)和頻遇值系數(shù)來考慮這種折減。(1)準永遠值系數(shù)，是依據(jù)在設(shè)計基準期內(nèi)荷載抵達和超出該值的總連續(xù)第32頁時間與設(shè)計基準期內(nèi)總連續(xù)時間的比值而確立。(2)頻遇值系數(shù)，是依據(jù)在設(shè)計基準時期可變荷載超越的總時間或超越的次數(shù)來確立的。3.可變荷載的準永遠值和頻遇值準永遠值=可變荷載標準值×準永遠值系數(shù)(ψq)頻遇值=可變荷載標準值×頻遇值系數(shù)(ψf)4.可變荷載的代表值可變荷載有四種代表值，即標準值、組合值、準永遠值和頻遇值。此中標準值稱為根本代表值，其余代表值可由根本代表值乘以相應(yīng)的系數(shù)獲得。各樣可變荷載和相應(yīng)的組合值系數(shù)、準永遠值系數(shù)、頻遇值系數(shù)可在荷載標準中查到。2.荷載效應(yīng)組合的標準值Sk依據(jù)實質(zhì)設(shè)計的需要，常須區(qū)分荷載的短期作用〔標準組合、頻遇組合〕和荷載的長久作用〔準永遠組合〕下構(gòu)件的變形大小和裂痕寬度驗算。因此，?建筑結(jié)構(gòu)靠譜度設(shè)計一致標準?規(guī)定按不一樣樣的設(shè)計目的，分別采納荷載的標準組合、頻遇組合和荷載的準永遠組合。(1)荷載的標準組合標準組合主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生嚴重的永遠性傷害的情況。按荷載的標準組合時，荷載效應(yīng)組合的標準值Sk應(yīng)按下式計算〔3一26〕(2)荷載的頻遇組合頻遇組合主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生局部傷害、較大變形或短暫振動的狀況。按荷載的頻遇組合時，荷載效應(yīng)組合的標準值Sk應(yīng)按下式計算〔3一27〕(3)荷載的準永遠組合準永遠組合主要用于當長久效應(yīng)是決定性要素的狀況。按荷載的準永遠組合時，荷載效應(yīng)組合的標準值Sk應(yīng)按下式計算〔3一26a〕3.3.4按極限狀態(tài)設(shè)計時資料強度和荷載的取值1．鋼筋抗拉強度標準值關(guān)于鋼材，國家標準中已規(guī)定了每一種鋼材的廢品限值。抽樣檢查中如發(fā)現(xiàn)某爐鋼材的服氣強度達不到此限值，即作為廢品辦理。比方，HPB235(Q235)鋼筋，其廢品限值為235N/mm2。確立的這個廢品限值大概能知足保證率為97.73％，第33頁即均勻值減去二倍的標準差。這一保證率已高于?建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一致標準?規(guī)定的保證率95％的要求，因此?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?中取國家冶金局標準規(guī)定的廢品限值作為鋼筋強度的標準值。熱軋鋼筋抗拉強度標準值用fyk表示，取等于國家標準宣布的服氣強度的廢品限值；預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲和熱辦理鋼筋的強度標準值用fPtk表示,系依據(jù)極限抗拉強度確立(條件服氣點0.85σb)。圖3-5鋼筋服氣強度頻次散布圖2.混凝土立方體抗壓強度標準值混凝土立方體抗壓強度標準值用fcu,k表示。依據(jù)?建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一致標準?規(guī)定的保證率95％的要求，混凝土強度標準值取均勻值減1.645倍的標準差。fcu,k＝μfcu－1.645σfcu2式中fcu,k——混凝土立方體抗壓強度的均勻值，〔N/mm〕；2〕；μfcu——混凝土立方體抗壓強度的均勻值，〔N/mmσf——混凝土立方體抗壓強度的標準差。圖3-6混凝土立方體強度頻次散布圖3．分項系數(shù)和設(shè)計值(1)資料強度的分項系數(shù)和設(shè)計值鋼筋強度的分項系數(shù)γs依據(jù)鋼筋種類不一樣樣，取值范圍在1.1～1.5；混凝土強度的分項系數(shù)γC規(guī)定為1.4。資料的強度設(shè)計值=資料強度標準值/資料的分項系數(shù)。?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?中同時給出了鋼筋和混凝土強度的標準值和設(shè)計值。附表2-1

附表2-2附表2-6附表2-7

附表2-8附表2-9(2)荷載分項系數(shù)和設(shè)計值永遠荷載的分項系數(shù)，依據(jù)其效應(yīng)付結(jié)構(gòu)不利和有益分別取1.2〔或1.35〕和1.0，可變荷載的分項系數(shù)一般取1.4。設(shè)計中為了使得結(jié)構(gòu)抵達規(guī)定的靠譜指標，在計算中應(yīng)采納荷載設(shè)計值進行計算。第34頁荷載設(shè)計值＝荷載的標準值×荷載分項系數(shù)思慮題3.1結(jié)構(gòu)靠譜性的含義是什么？它包含哪些功能要求？結(jié)構(gòu)超出極限狀態(tài)會產(chǎn)生什么結(jié)果？建筑結(jié)構(gòu)安全等級是按什么原那么區(qū)分的？3.2“作用〞和“荷載〞有什么差別？影響結(jié)構(gòu)靠譜性的要素有哪些？結(jié)構(gòu)構(gòu)件的杭力與哪些要素有關(guān)？為何說構(gòu)件的抗力是一個隨機變量？3.3什么是結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)？結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為幾類，其含義各是什么？3.4建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)當知足哪些功能要求？結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作壽命如何確立？結(jié)構(gòu)超出其設(shè)計工作壽命能否意味著不可以夠再使用？為何？3.5正態(tài)散布概率密度曲線有哪些數(shù)字特色？這些數(shù)字特色各表示什么意義？正態(tài)散布概率密度曲線有何特色？3.6資料強度是遵照正態(tài)散布的隨機變量x，其概率密度為f(x)，如何計算材料強度大于某一取值x。的概率P(x>x。)？3.7什么是保證率？什么叫結(jié)構(gòu)的靠譜度和靠譜指標？我國?建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一致標準?對結(jié)構(gòu)靠譜度是如何定義的？3.8什么是結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)？什么是結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)？功能函數(shù)Z＞0、Z＜O和Z=0時各表示結(jié)構(gòu)處于什么樣的狀態(tài)？3.9什么是結(jié)構(gòu)靠譜概率Ps和無效概率pf?什么是目標靠譜指標？靠譜指標與結(jié)構(gòu)無效概率有何定性關(guān)系？如