导图社区 砼结构设计原理
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编辑于2022-07-21 14:40:11社会学子入门必读之书。深度探索社会学奥秘,与社会学同游'脑图指南,涵盖理论、方法与实践应用。针对那些希望深入了解社会学核心理论框架的用户,表明脑图中包含了社会学的主要理论和观点。
思维导图意在对知识进行体系化的建构,只有通过自己的思考进行逻辑安排之后才能建立出适合自己的思维导图。本导图前面是作者自己的思考与逻辑,可参考,后面是书本原文与粗体重点。友友们在看此导图时一定要自己进行增补删改。使用此导图可以减少自己的机械劳动,缩短复习时间提高效率,制作不易,尊重作者知识劳动。
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砼结构设计原理
钢筋和混凝土材料的基本性能
钢筋的强度和变形
钢筋的应力-应变曲线
钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同
强度指标
* 明显流幅的钢筋:下屈服点对应的强度作为设计强度的依据,因为,钢筋屈服后会产生大的塑性变形,钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝,以至不能使用
如热轧钢筋
* 无明显流幅的钢筋:残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强度,在相应的产品标准中明确规 定屈服强度σ0.2不得小于极限抗拉强度σb的85% (0.85σb)。因此,实际应用中可取极限抗拉强度σb的85%作为条件屈服点
变形指标
伸长率:钢筋拉断后的伸长与原长的比值
冷弯性能:将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊 弯成一定的角度而不发生断裂
弹性模量:物体的应力与相应的应变之比
钢筋的成分、级别和品种
按化学成分
碳素钢(铁、碳、 硅、锰、硫、磷等 元素)
低碳钢(含碳量<0.25%)
中碳钢(含碳量0.25~0.6%)
高碳钢(含碳量0.6~1.4%)
普通低合金钢(另 加硅、锰、钛、钒、 铬等)
锰系
硅钒系 硅钛系 硅锰系 硅铬系
按加工
钢筋
热轧钢筋:热轧光圆钢筋HPB300(Hot rolled Plain Bars),热轧带肋钢筋HRB335、HRB400,HRB500 (Hot rolled Ribbed Bars), 细晶粒热轧钢筋HRBF335、HRBF400,HRBF500 (Hot rolled Ribbed Bars of Fine grains),
热处理
淬火
强度提高, 塑性降低
回火
不降低强度的前提下,消除 由淬火产生的内力,改善塑 性和韧性
中高强度钢筋:残余应变为千分之二的应力点为钢筋条件屈服点
冷加工钢筋RRB400:钢筋通过加热、淬火、预热处理而成
冷拉
只提高抗拉强度,不提高抗 压强度,强度提高,塑性下降
冷拔
经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点 和流幅
冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗 压强度
预应力螺纹钢筋
按表面形状
光圆钢筋
带肋钢筋
钢筋的应用范围
非预应力钢筋:HPB300, HRB335, HRBF335,HRB400,HRB500, HRBF400, HRBF500
预应力钢筋:碳素钢丝,钢绞线,预应力螺纹钢筋
钢筋的常用直径
光圆钢筋:6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22
带肋钢筋:6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22,25, 28, 32, 36, 40, 50
钢筋的徐变和松弛
徐变
应力不变,随时间的增长 应变继续增加
松弛
长度不变,随时间的增长 应力降低
对结构,尤 其是预应力 结构,产生 不利的影响, 需采取必要 的措施
钢筋的疲劳
重复荷载作用下,钢筋的强度<静载作用下的强度
规定的应力幅度内,经一定次数的重复荷载后, 发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度。对 钢筋用疲劳应力幅来表示其疲劳强度
混凝土结构对钢筋的要求
强度要求:
塑性要求:伸长率和冷弯要求
可焊性
与混凝土的粘结性
混凝土的强度
混凝土的抗压强度远低于砂浆和粗骨料任一单体材料的强度
单轴受力状态下混凝土的抗压强度
立方体抗压强度fcu,k
95%的统计特征值
标准试块:150×150 ×150
非标准试块:100×100 ×100
换算系数 0.95
200×200 ×200
换算系数 1.05
轴心抗压强度(棱柱体)fck
标准试块:150×150 ×300
非标准试块:100×100 ×300
换算系数 0.95
200×200 ×400
换算系数 1.05
单轴受力状态下混凝土的抗拉强度
抗拉强度标准值ftk
抗压强度fcu的5-10%
劈裂抗拉强度fts
复合应力作用下的强度
混凝土的变形
受力变形
一次短期加荷的应力应变曲线
应变千分之二点,峰值应变
弹性模量
变形模量
弹性模量为原点至0.5fc的点的连线的斜率
受拉混凝土的变形
弹性模量与受压相同
变形模量为0.5弹性模量
泊松比
是指材料在单向受拉或受压时,横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值,也叫横向变形系数,它是反映材料横向变形的弹性常数。
剪切模量
剪切应力与应变的比值。
徐变
长期荷载作用下混凝土的变形性能
原因之一,胶凝体的粘性流动
原因之二,混凝土 内部微裂缝的不断发 展
影响因素
混凝土的组成和配合比
养护及使用条件下的温湿度
混凝土的应力条件
收缩、膨胀
结硬过程中混凝土体积缩小/变大的性质
收缩值比膨胀值要大很多
影响因素
干燥失水是引起收缩的主要因素
温度变形
混凝土的粘结与锚固
黏结
包含水泥胶体对钢筋的黏着力、钢筋与混凝土之间的摩擦力、钢筋表面凹凸不平与混凝土的机械咬合作用、钢筋端部在混凝土内的锚固作用
黏结力的作用
粘结力的组成
黏结力组成
化学胶结力
摩擦力
机械咬合力
钢筋端部的锚固力
光面钢筋的摩擦性能
化学胶结力
滑移时胶结力消失
摩擦力
主要力
机械咬合力
钢筋受力较大时黏结主要由此二部分组成
变形钢筋
化学胶结力
摩擦力
机械咬合力
主要作用
黏结强度影响因素
保护层厚度和钢筋的净距
浇注位置(水平浇注、竖向浇注)
在钢筋锚固区和搭接长度范围内加强横向钢筋
混凝土强度
钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施
构造措施
保护层不能太小
砼结构设计方法
结构可靠度
结构上的作用、作用效应、结构抗力
结构上的作用是指施加在结构上的集中力或者分布力,以及引起结构外加变形或约束变形的各种因素(如地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等)前者以力的形式作用于结构上,称为直接作用,习惯上称为荷载;后者以变形的形式作用在结构上,称为间接作用
结构上的作用和作用效应
作用随时间变异
永久作用
恒载
可变作用
活载
偶然作用
偶然荷载
作用随空间变化
固定作用
自由作用
按结构反应特点
静态作用
动态作用
按有无限值
有界作用
无界作用
如地震、爆炸
结构上的环境影响和效应
指温湿度空气等环境因素对结构的影响
针对材料性能的降低、
力直接或间接作用在结构上,对结构产生内力和变形,称为作用效应
当为直接作用时为荷载效应
荷载与荷载效应之间一般近似地按线性关系考虑
结构抗力
指结构或结构的构件承受作用效应和环境影响的能力,构件的承载能力、刚度、抗裂度及材料的抗劣化能力。
结构的功能要求及结构可靠度
功能
安全性
适用性
耐久性
结构可靠度
设计使用年限的适当可靠度满足功能要求
结构的安全等级
三级
荷载和材料强度
荷载标准值的确定
荷载的统计特性
永久荷载
可变荷载
活荷载、风荷载、雪荷载
荷载标准值
按照极限状态设计法求出
永久荷载标准值Gk
可变荷载标准值Qk
材料强度标准值
钢筋
大于95%的强度特征值
如热轧带肋钢筋强度特征值的保证率为97.73%
混凝土
具有95%保证率的强度值
极限状态设计法
结构的极限状态
承载能力极限状态
达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形
结构破坏或过度变形
结构刚体失去平衡
结构转变为机动体系
结构或结构构件失去稳定,如屈压
结构倒塌
地基丧失承载能力而破坏,如失稳
疲劳破坏
情况之一认为超过承载力极限
正常使用极限状态
结构达到正常使用的某项规定限值
变形过大
影响正常使用的局部破坏如水池裂缝
震动超限
相对沉降量大等
耐久性极限状态
材料出现劣化,达到耐久性限值
材料性能劣化,如钢筋混凝土构件强度降低
影响耐久性的裂缝、变形、缺口、外观、材料削弱
金属构件的锈蚀等
结构的设计状态
持久设计状态
短暂设计状态
偶然设计状态
地震设计状态
功能函数Z=R-S
结构可靠度的计算、
失效概率pf
可靠指标β
设计可靠指标【β】
极限状态设计表达式
承载能力极限状态设计表达式
基本表达式
荷载效应设计值Sd
荷载分项系数、可变荷载的组合值系数
荷载分项系数γg、γq
永久荷载分项系数γg
永久荷载对结构不利时,应取1.3
永久结构对结构有利时,应取1.0
可变荷载分项系数γq
一般取1.5
工业建筑楼面结构时,活载标准值大于4kn/m²时,取1.3
荷载设计值
荷载组合值系数
砼结构混凝土轴心受力构件正截面承载力计算
轴拉正面承载力计算
受力过程及破坏特征
线弹性阶段
弹塑性阶段
屈服破坏阶段
建筑工程中轴拉正面承载力计算
Nt≤Ntu
Nt Ntu f y As
为了保证设计截面的极限承载力大于截面的开裂荷 载,避免脆性破坏
构造要求
轴压正面承载力计算
受力分析和破坏特征
短柱
一般界面l/i≤28 矩形截面l/b≤8,b为截面宽度
第一阶段:加载至钢筋屈服
第二阶段:钢筋屈服至混凝土压碎
长柱
构件丧失稳定引起破坏
长柱的承载力<短柱 的承载力(相同材料、 截面和配筋)
原因:长柱受轴力和 弯矩(二次弯矩)的 共同作用
稳定系数
计算
构造要求
小结
受弯构件正截面承载力计算
弯矩和剪力共同作用而轴力可以忽略不计的构件,梁的截面高度一般大于其宽度宽度,而板的截面高度远小于其宽度
受力特性
配筋率对受弯构件破坏特征的影响
破坏特征
少筋破坏
受拉破坏
适筋破坏
超筋破坏
受压破坏
实验结论
•适筋梁具有较好的变形能力(受力过程 表现出明显的三阶段),超筋梁和少筋 梁的破坏具有突然性,设计时应予避免
在适筋和超筋破坏之间存在一种平衡破坏。其破坏特征是钢 筋屈服的同时,混凝土压碎,是区分适筋破坏和超筋破坏的 定量指标
在适筋和少筋破坏之间也存在一种“界限”破坏。其破坏特 征是屈服弯矩和开裂弯矩相等,是区分适筋破坏和少筋破坏 的定量指标
最小配筋率
配置最小配筋率的梁的变形能力 最好!
单筋矩形截面正假面承载力计算
计算简图
图
系数关系
基本计算公式
构造要求
基本计算公式的适用条件
有明显屈服点钢筋配筋的受弯构件
子主题
无明显屈服点钢筋的受弯构件
公式的应用
双筋矩形截面正截面承载力计算
不会发生少筋破坏
适用情况
承受交变作用(如地震)
Mmax大于单筋截面承受的最大弯矩设计值
计算公式应用条件
已知As钢筋截面
已知弯矩设计值M
T形截面
概述
基本计算公式
公式的应用
深受弯构件
概述
构造要求
小结