导图社区 混凝土改良版
混凝土期末,包含材料力学性能、受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件、变形,裂缝,延性,耐久、预应力、结构设计等详细知识点。
编辑于2024-07-03 22:14:03混凝土期末,包含材料力学性能、受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件、变形,裂缝,延性,耐久、预应力、结构设计等详细知识点。
这是一个关于钢结构的思维导图,钢结构是由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,这些构件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。钢结构具有自重轻、强度高、施工简单等优点,广泛应用于建筑、桥梁、地下空间、航空航天、能源等多个领域。
土木工程施工,划重点,系统地概述了土木工程中的几个关键领域及其相关技术。详细划分了钢筋工程、模板工程、混凝土工程以及混凝土冬期施工的特定要求。钢筋工程关注钢筋的选材、加工、绑扎和焊接;混凝土工程则涵盖混凝土的配制、浇筑、振捣和养护等环节。
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混凝土期末,包含材料力学性能、受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件、变形,裂缝,延性,耐久、预应力、结构设计等详细知识点。
这是一个关于钢结构的思维导图,钢结构是由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,这些构件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。钢结构具有自重轻、强度高、施工简单等优点,广泛应用于建筑、桥梁、地下空间、航空航天、能源等多个领域。
土木工程施工,划重点,系统地概述了土木工程中的几个关键领域及其相关技术。详细划分了钢筋工程、模板工程、混凝土工程以及混凝土冬期施工的特定要求。钢筋工程关注钢筋的选材、加工、绑扎和焊接;混凝土工程则涵盖混凝土的配制、浇筑、振捣和养护等环节。
混凝土设计
绪论
钢筋和混凝土共同工作条件
钢筋混凝土有良好粘接力,荷载作用下两者变形协调
两者有相近的温度膨胀系数
结构功能
安全性,适用性,耐久性
结构极限状态
承载能力
正常使用
耐久性
材料力学性能
混凝土的物理学性能
单轴应力下的混凝土强度
抗压强度
立方体(cu)
国标养护
边长150mm标准构件,温度20±3,湿度90%以上养护28d
国标强度
N/mm²
混凝土强度按fcuk
C30=30N/mm²
不涂润滑剂测得抗压强度高
棱柱
国标养护
150×150×300,制作条件同上
国标强度fck
反应混凝土实际抗压能力
fck<fcu.k
fck=0.88αc1αc2fcu.k
95%保证率
圆柱CEB
轴心抗拉强度
ftk=fcuk的函数
劈裂实验
轴心抗拉强度试验值
劈裂抗拉强度>直接受拉强度
复合应力状态混凝土强度
双向受压,象限图
三向受压
子主题
混凝土的变形
单轴轴心受压
棱柱体受压应力应变曲线
应力应变变形模量
一阶段OA(0.3~0.4)fcº
主要为骨料和水泥结晶体受力产生弹性变形,弹性模量(原点模量)E=tanα
二阶段AB裂缝稳定扩展(临界点B应力作为长期抗压依据)
弹塑性模量(割线模量)Ec=tanα1
三阶段BC弹性应变能>裂缝发展所需(裂缝快速发展至点C)
峰值应力σ∞为棱柱体抗压强度试验值fcº,峰值应变εº取0.002切线模量
混凝土强度越高,下降段坡度越陡(应力下降同幅度变形更小,延性更差)
混凝土弹性模量Ec=10²/2.2+34.7/fcu,k(KN/mm²)
徐变(结构材料应力不变,应变随时间增长)
徐变值=瞬时应变1~4倍,弹性后效(徐变回复变形)=徐变值1/12
与徐变有关:
应力越大徐变越大,大于0.5fc为非线性徐变,应力过高出现非稳定徐变可能破坏,0.75~0.8fc为混凝土长期极限强度
龄期越早徐变越大
水泥用量越多,徐变越大
水灰比越大,徐变越大
骨料越硬,徐变越小
影响:构件变形增加,钢筋混凝土截面引起应力重分布。预应力混凝土造成预应力损失
疲劳破坏
在相同重复次数下,疲劳强度随着疲劳应变比值的增大而增大
钢筋的物理学性能
种类
柔性钢筋
光圆钢筋
带肋钢筋
螺旋纹
人字纹
月牙纹
<5mm钢筋称为钢丝
劲性钢筋
型钢,钢骨,钢架。用于高层建筑框架梁、柱
国标
屈服强度:300、335、400、500Mpa四个等级
HRB400:热轧带肋钢筋,抗拉抗压设计值为360N/mm²
强度与变形
拉伸试验应力应变曲线
A点前应力应变成比例变化,A点应力为比例极限
B*点为屈服上限钢筋开始塑流,到屈服下限B应力不增应变增
曲线接近水平延伸至C点,B到C的水平距离大小称为流幅、屈服台阶。
没有流幅或者屈服点的预应力钢筋取残余应变0.2%对应的应力σ作为其条件屈服强度标准值fpyk
含碳量越高,流幅越低
钢筋拉断后伸长值与原长比率为伸长率
本构关系
双直线
三折线
双斜线
疲劳
单根钢筋轴拉试验
钢筋承受重复动荷载作用突然脆性断裂
混凝土结构对钢筋性能要求
高强度钢筋,一定延性,可焊接性,机械连接性,施工适应性,钢筋混凝土的粘接力
混凝土与钢筋的粘结
钢筋与混凝土之间的相互作用
沿钢筋长度的粘结
胶结力
摩阻力
光圆钢筋
机械咬合力
变形钢筋
钢筋端部的锚固
受拉的光圆钢筋末端均需设置弯钩
规定受拉钢筋锚固长度lab为钢筋基本锚固长度
锚固长度修正系数ζ:
可连乘计算但不能小于0.6,预应力钢筋取1.0
la:受拉钢筋的锚固长度
受压钢筋,
锚固长度不小于相应受拉锚固长度的70%
不采用末端弯钩和一侧贴焊锚筋的锚固措施
受弯构件
受弯构件的正截面受弯承载力
纵向受拉钢筋配筋率
正截面上纵向受拉钢筋与混凝土的面积比率
混凝土保护层c,最外层钢筋到截面边缘垂直距离
梁正截面受弯
变形小突然脆性破坏,有预兆延性破坏
少筋
少筋破坏,ρ<ρmin×h/hº,极限弯矩Mu<开裂弯矩Mcr,特点:受拉区混凝土一裂就坏(脆性)
ρmin按照As/bh定义
适筋梁受力三阶段
梁单位长度正截面转角:截面曲率ψ,度量正截面弯曲变形,1/mm
未裂阶段,I~Ia
Ia可作为受弯构件抗裂度计算依据
弯矩增到Mºcr,混凝土即将到达受弯极限拉应变实验值εºtu,钢筋接近εºtu
特点
混凝土没有开裂
受压区混凝土应力图是直线,受拉区前期直后面曲
弯矩与截面曲率是直线关系
裂缝阶段Ⅱ
正常使用状态,可作为验算变形和裂缝开展宽度依据
Mº=Mºcr,混凝土到达εºtu开裂,拉力转移给钢筋,梁挠度和截面曲率突然增大
特点
裂缝截面处受拉区混凝土大部分失效,拉力主要由纵向受拉钢筋承担,钢筋未屈服
受压区混凝土有不充分塑性变形,压应力图只有上升段曲线
弯矩和截面曲率是曲线关系,截面曲率与挠度增长加快
破坏阶段Ⅲ~Ⅲa
Ⅲa作为正截面受弯承载力计算依据
受拉钢筋屈服开始~弯矩达到受弯承载力极限Mºu,边缘压应变到混凝土极限压应变实验值εºcu(0.003~0.005),混凝土压碎结束
受拉钢筋应力σs=fºy
受拉区钢筋屈服拉力常值,裂缝截面处大部分混凝土失效
受压区弯矩略增,峰值在边缘内侧,弯矩曲率关系为平行直线
延性破坏
子主题
超筋
超筋破坏ρ>ρb(界限配筋率)
混凝土受压边缘先压碎,纵向受拉钢筋不屈服,无预兆脆性破坏
界限配筋率
少筋梁与适筋梁界限Mºcr-Mºu=0
超筋梁与适筋梁破坏界限ρ=ρb
梁配筋满足ρmin×h/hº≤ρ≤ρb 界限配筋属于适筋梁
计算原理
基本假定
截面应变保持平面
不考虑混凝土抗拉强度
混凝土受压,压力与压应变关系曲线按规定
纵向受拉钢筋的极限拉应变取0.01
纵向钢筋应力取钢筋应变与弹性模量乘积,符合要求
详解见书50页
补充
等效应力矩形图
适筋梁与超筋梁与界限配筋率
ζb,界限相对受压区高度
ζ>ζb超筋梁
ζ=ζb界限情况,对应纵向受拉钢筋配筋率,界限配筋率ρb=As/bh。
a1fc b xb=fy As
ζb=xb/h。
ρb=a1 ζb fc/fy
受弯构件的斜截面承载力
对梁和厚板
保证斜截面受弯承载力的构造措施
纵筋
弯起
锚固
截断
箍筋
斜截面受剪承载力
无腹筋梁受剪承载力影响因素
剪跨比λ
计算截面到近支座距离a——剪跨与梁截面有效高度hº的比值
广义剪跨比λ=M/Vh。
对于承受集中荷载的简支梁,剪跨比等于广义剪跨比 对于均布荷载的简支梁,见81页
λ反映了截面上正应力和剪应力的相对比值
截面受剪破坏形态
与λ有决定性关系
无腹筋梁
λ<1,斜压破坏
剪力大而弯矩小,梁腹板薄的T、I型截面梁
1≤λ≤3,剪压破坏
竖向裂缝斜向延伸成临界斜裂缝
λ>3,斜拉破坏
竖向裂缝迅速向受压区斜向延伸
都是脆性破坏,斜拉最脆,斜压次之
采用构造措施,强制防止斜拉、斜压破坏
斜压破坏
控制截面最小尺寸防止
斜拉破坏
最小配筋率及构造
剪压破坏幅度变化大(承载力大),通过计算防止
有腹筋梁
箍筋配置数量也有影响
λ>3
箍筋配置数量过少,斜裂缝出现,钢筋屈服不能限制斜裂缝发展,斜拉破坏
箍筋配置数量合适,可避免斜拉破坏转为剪压破坏
箍筋配置数量过多,箍筋尚未屈服时,梁腹混凝土因抗压能力不足而斜压破坏(薄腹梁)
截面尺寸合适,箍筋配置数量合适,使斜截面受剪破坏成为剪压破坏
混凝土强度,箍筋配筋率,截面尺寸形状,骨料咬合力
简支梁斜截面受剪机理
桁架(有腹筋梁)
拱形桁架(有腹筋梁)
带拉杆的梳形拱模型(适用于无腹筋梁)
两者区别:
1考虑了箍筋的受拉作用
2考虑了斜裂缝间混凝土受压作用
斜裂缝
腹剪斜裂缝
弯剪斜裂缝(最常见)
无腹筋梁试验
受剪承载力计算Vu
影响斜截面受剪承载力主要因素
剪跨比 受剪承载力减弱 大于3后,影响不明显
混凝土强度
抗拉强度增加比抗压强度慢
箍筋的配筋率
纵筋配筋率,斜截面上骨料咬合力,截面尺寸,形状
计算公式
基本假设(我国根据剪压破坏形态建立)
剪压破坏,剪力设计值三部分
2箍筋和弯起钢筋要达到屈服强度,但考虑拉应力不均匀
3斜裂缝的骨料咬合力,纵筋销栓力 无腹筋梁明显,有腹筋梁被箍筋替代(不计入)
4截面尺寸,仅在无腹筋的厚板考虑
5剪跨比,仅在集中荷载的独立梁考虑
然而,我国规定受弯构件斜截面受剪承载力主要以无腹筋梁的实验结果为基础
不配置腹筋
受压构件
构建轴心受压
构造要求
形状
方形柱截面>250×250mm,l。/b≤30,l。/h≤25
800mm以下50倍数,以上100倍数
适合采用强度较高混凝土
纵筋
纵筋直径不小于12mm,全部纵筋配筋率不大于5%不小于ρmin,截面一侧纵筋配筋率不小于0.2%
荷载突然卸载时,钢筋受压混凝土受拉,防止混凝土被纵筋拉裂
箍筋
封闭式,间距≤15d、400mm、构件横截面短边尺寸
直径不小于d/4,6mm
正截面承载力计算
普通箍筋柱
作用
纵筋:减少构件截面尺寸,防止偶然偏心破坏,改善延性减小徐变
箍筋:与纵筋形成骨架,防止纵筋受力外凸
短柱
荷载较小(弹性阶段)
柱子压缩变形与荷载增加正比
荷载较大(塑性阶段)
纵筋配筋率越小现象越明显
压缩变形速度快于荷载增加速度,钢筋压应力增长快于混凝土
荷载增加(细微裂缝)
临近破坏荷载时,柱身明显纵向裂缝,箍筋间的纵筋压屈向外突出,土碎柱坏
计算时以构件的压应变达到0.002为控制条件
长柱
长柱破坏荷载低于短柱,长细比越大,承载力降低越多
初始偏心距
附加弯矩
侧向挠度
长期荷载下的混凝土徐变导致其增大更多
荷载偏心距
相互影响使长柱在轴力与弯矩作用下破坏
凹侧出现纵向裂缝,混凝土压碎 纵筋压屈凸出,凸侧出现横向裂缝,柱坏
国标
稳定系数ψ=长柱承载力/短柱承载力,表示长柱承载力降低程度
计算公式
螺旋箍筋柱(焊接环筋柱)
横向螺旋配筋,像配置纵筋那样起到提高承载力和变形能力作用,故称间接配筋
承载力计算公式124页
构建偏心受压
短柱
受拉破坏
大偏心受压破坏
原因:轴向压力相对偏心距过大
特征:受拉钢筋先屈服导致受压区混凝土压碎破坏
与适筋梁破坏形态相似 延性破坏
受压破坏
小偏心受压破坏
混凝土先压碎
远侧钢筋受拉时不屈服
远侧钢筋受压时都有可能
脆性破坏
界限破坏形态
属于受拉破坏
受拉钢筋屈服同时受压区混凝土压碎
长柱
材料破坏
长细比一定范围内
失稳破坏
长细比大
二阶效应
是否需要考虑,三个公式,132页
挠曲P-δ
控制截面转移
条件
控制截面弯矩设计值
侧移P-△(结构内力计算考虑)
5.5计算公式
区分大小偏心
ζb=Xb/h。,本质是X<Xb
ζ≤ζb大偏心受压破坏
ζ>ζb小偏心受压破坏
正截面受弯,受压承载力设计值曲线
小偏心受压,轴压力增加,正截面受弯承载力减小
大偏心受压,轴压力增加,承载力提高,界限破坏时到达最大值
受拉构件
构件轴心受拉
特征
1阶段,混凝土开裂前
2阶段,开裂后到钢筋屈服(还没屈服)
3阶段,开始屈服到全部受拉钢筋屈服
破坏时拉力由钢筋承受直至屈服
子主题
构件偏心受拉
大偏心:拉力N作用在钢筋合力点范围外
小偏心:拉力N作用在钢筋合力点范围内
受扭构件
钢筋混凝土纯扭构件
矩形截面构件受扭初始裂缝在剪应力最大处————长边中点附近与构件轴线45°角,然后向两边缘延伸并相继出现新裂缝
混凝土纯扭构件破坏
与受扭箍筋配筋率有关,适筋破坏(延性),部分超筋破坏(延性),超筋破坏少筋破坏(脆性)
如纵筋和箍筋配筋率相差大,纵筋比箍筋配筋率小,则破坏时仅纵筋屈服
部分超筋破坏,延性
承载力计算
变角度空间桁架模型到扭曲截面受扭承载力计算
是45°空间桁架模型的改进
裂缝发展且钢筋应力近屈服,截面核心混凝土失效, 构件用空心箱型截面构件代替
由螺旋裂缝混凝土外壳,纵筋,箍筋三者组成变角度空间桁架
基本假定
混凝土只受压,外壳组成桁架斜压杆倾角a
纵筋箍筋只受拉,桁架弦杆,腹杆
忽略核心混凝土
变形,裂缝,延性,耐久
钢筋混凝土构件变形
截面弯曲刚度
抵抗变形
使截面产生单位曲率要施加的弯矩值
梁的跨中挠度
短期截面弯曲刚度
受弯构件的截面弯曲刚度
最小刚度原则与挠度验算
对挠度验算的讨论
裂缝宽度验算
裂缝的机理平均裂缝间距
平均裂缝间距
平均裂缝宽度
最大裂缝宽度及验算
截面延性
概念
结构的延性指从屈服到破坏到变形能力
受弯构件到截面曲率延性系数
偏心受压构件截面曲率延性到分析
框架柱的轴压比限值
混凝土结构耐久性
概念:在结构设计使用年限内不需要大修就能满足正常使用和安全功能要求的能力
一般建筑使用年限50年,纪念性建筑和特别重要100年
混凝土结构耐久性按耐久性极限状态控制
混凝土到碳化和钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性最主要因素
混凝土碳化:大气中CO2引起混凝土中性化的过程
对混凝土无害
会破坏钢筋表面氧化膜
碳化加剧混凝土收缩,产生裂缝
使钢筋锈蚀
氧化膜称钝化膜,致密。当碳化从表面向内发展使保护层完全碳化至钢筋表面,氧化膜破坏,叫脱钝。
延缓碳化措施
合理设计混凝土配合比
提高混凝土到密实性,抗渗性
规定钢筋保护层的最小厚度
采用覆盖面层
钢筋锈蚀
必要条件:氧化膜破坏 充分条件:含氧水分入侵
坑蚀,环蚀,锈蚀面,体积膨胀导致沿钢筋长度的混凝土产生纵向裂缝,使混凝土保护层剥落
防止锈蚀措施
降低水灰比,增加水泥用量 足够的混凝土保护层厚度
严格控制氯离子含量 采用覆盖层
子主题
预应力
预应力定义
在结构构件受荷载前,通过预加外力,使其受到的预压应力抵消荷载引起的混凝土拉应力 使混凝土构件截面拉应力小,甚至受压。
配置方法
配置预应力筋,通过张拉建立预应力 离心制管中采用膨胀混凝土生产自应力混凝土
预应力混凝土
全预应力
不允许截面有拉应力,裂缝控制等级一级
部分预应力
部分预应力
有裂缝,最大宽度不超过允许值的构件,裂缝控制等级三级
限值预应力
灵活,三级
张拉预应力筋方法
先张法
后张法(主要靠预应力筋端部锚具传递预应力)
锚具和夹具
预应力混凝土材料
张拉控制应力
预应力损失
直线预应力筋由于锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失值
预应力筋和孔道壁之间的摩擦引起预应力损失值δl2
混凝土加热养护时预应力筋与承受拉力的设备之间温差引起预应力损失值δl3
预应力筋应力松弛引起预应力损失值δl4
混凝土收缩,徐变引起受拉区受压区纵向预应力筋的损失值δl5,δ'l5
用螺旋式预应力筋作配筋的环形构件,由于混凝土局部挤压引起δl6
结构设计
建筑结构设计的一般原则
建筑结构组成
上部结构
水平结构体系
各层楼盖和顶层屋盖,传递和分配竖向荷载、水平力给竖向结构体系
竖向结构体系(抗侧力结构体系)
承受传来的水平力和竖向力并传给下部结构
命名结构类型
下部结构
地下室
基础
传给天然或人工地基
建筑结构类型
结构材料
砌体结构,混凝土结构,钢结构,
组合结构
钢-混凝土组合结构
混合结构
砌体-混凝土混合结构
钢-混凝土混合结构
竖向结构体系
排架结构 框架结构,剪力墙结构,框架-剪力墙结构,筒体结构
建筑结构设计的阶段和内容
工程勘察
工程设计
建筑结构设计
初步设计(方案设计):地基,上下部结构
技术设计:结构平面布置和结构竖向布置,整体荷载效应分析
施工图设计:完整图
工程施工
一般原则
安全性,适用性,耐久性
建筑结构荷载
结构作用与荷载
荷载是直接作用
混凝土收缩,地震,温度,基础沉降为间接作用
没有地震荷载 作用使结构产生内力,变形,裂缝等称为作用效应或者荷载效应
荷载分类
永久荷载
结构自重,土压力,预应力荷载
可变荷载
活荷载,吊车荷载,风荷载,雪荷载
偶然荷载
爆炸力,撞击力
空间位置
固定荷载
移动荷载
静力荷载,动力荷载(加速度)
荷载代表值
标准值,指在结构使用期间50年可能出现最大荷载值,永久荷载的代表值
组合值
频遇值
准永久值
标准值乘上系数
可变荷载
竖向荷载
结构的功能要求和极限状态
功能要求
安全等级
破坏后果很严重为一级
严重为二级
不严重为三级
使用年限,不需要大修可按预定目的使用的时期,50、100
满足要求
安全性,正常承载,火灾在规定时间内承载,偶然事件保持整体稳固,防止连续倒塌
适用性:良好的工作性能,没有令人不安的过宽裂缝
耐久性:完好使用到设计年限
结构极限状态(三性合称)
结构一部分超过某状态就不能满足功能要求
结构即将 开裂,倾覆,滑移,压屈,失稳 是结构开始失效的标志
国标
承载能力极限状态
构件达到最大承载能力或者不适合继续承载的变形状态
1、结构或者结构的一部分由于倾覆作为刚体失去平衡
2、结构构件或者连接因材料强度被超过而破坏,疲劳破坏,过度塑性变形不适合承载
3、结构转变为机动体系
4、结构压屈失稳
超过承载能力极限可能导致重大损失, 不能满足安全性要求
正常使用极限状态
结构构件达到正常使用的规定限值
1、影响正常使用的变形
2、影响正常使用的局部破坏
3、影响正常使用的振动
4、影响正常使用的特定其他状态
极限状态方程,S荷载效应,R结构抗力
近似概率的极限状态设计法
可靠指标和失效概率