(整理)混凝土期末总结.docx
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1、第六章尺寸要求: 方形柱:截面尺寸 250250mm ; 有抗震要求时 300300mm。 矩形柱:l0/b30; l0/h25避免柱长细比过大; h800mm,采用50mm的倍数,h800mm,采用100mm的倍数;箍筋1. 形式: 封闭式箍住纵筋,防止纵筋压屈;可以焊接或绑扎。2. 间距: 绑扎骨架15d(纵筋最小直径) 且400mm;截面短边尺寸b。3. 直径: (1/4)d(纵筋最大直径);6mm 注:当纵筋3%时,箍筋直径8mm, 间距10d(纵筋最小直径) 且200mm4. 箍筋弯钩:箍筋末端应做成135弯钩,且弯钩末端平直段长度10d,d 为纵向受力钢筋的最小直径;5. 复合箍筋
2、:b400mm且一边钢筋3根;或b400mm且一边钢筋4根需设置。通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不均匀性等原因,往往存在一定的初始偏心距。为何规定受压钢筋最小配筋率?防止偶然偏心破坏,承担可能不大的弯矩;减小砼的收缩和徐变,改善延性;承受砼收缩和温度变化引起的拉应力。箍筋的作用与纵筋形成骨架; 防止纵筋受压后外凸(压屈); 改善构件延性;短柱的破坏过程 短柱轴压下,截面的应变基本均匀。由于钢筋和砼的粘结力,使钢筋和砼能够共同变形。 轴力较小时,钢筋和砼均处于弹性阶段,与N成正比,c ,s 也与N成正比; 随N增加,进入弹塑性阶段,这时砼的塑性变形增加速度快于N的增
3、加速度,同时钢筋的压应力比砼的压应力增长快。此时钢筋与砼之间存在应力重分布。 当N继续增加,在c=fc之前,钢筋屈服,但柱未破坏;继续加载,砼被压碎,柱破坏。2. 长柱的破坏过程长柱的长细比较大,加载过程中除了压缩变形外,还存在弯曲变形,即侧向挠度,原因是初始偏心距。轴压初始偏心距附加弯矩侧向挠度偏心距加大 弯矩增大柱在N和M的共同作用下破坏长柱的破坏一侧受压,产生竖向裂缝;另一侧受拉,钢筋压屈外凸,砼产生横向裂缝。螺旋箍筋的作用普通箍筋的作用;对核心砼形成约束作用,提高砼的抗压强度,增大构件的承载力,提高构件延性。受力特点试验表明:螺旋箍筋能约束核心砼的横向变形,同时箍筋中会产生相应的拉应力
4、,当加载到一定程度时,箍筋达到其屈服强度,不能继续约束砼,构件破坏。4. 适用条件(注意的问题) 规范规定:按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的50%。原因:如螺旋箍筋配置过多,极限承载力提高过大,则会在远未达到极限承载力之前保护层产生剥落,从而影响正常使用。 凡属下列情况之一者,不考虑间接钢筋的影响而按式(5-4)计算构件的承载力: 对长细比l0/d12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。 原因:长细比过大,纵向弯曲变形大,截面不是全部受压,螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。 承载力:按(5-9)算得的小于按(5-4)时,按(5-4)计算 螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵
5、筋As 面积的25%。 原因:螺旋箍筋太少,套箍作用不明显。5. 构造要求 螺旋箍筋的间距s不应大于dcor/5,且不大于80mm,同时为方便施工,s也不应小于40mm。原因:间距s太大,套箍作用不明显;间距太小,与砼的整体性不好。 形成受拉破坏(大偏心受压破坏)的条件是:偏心距e0较大或M大,N小;且As配筋合适。 大偏压破坏的过程: 截面受拉侧砼较早出现横向裂缝,As的应力随荷载增加发展较快,首先达到屈服强度。 横向裂缝迅速开展,受压区高度减小; 受压侧钢筋As 受压屈服,压区砼压碎而达到破坏。破坏类型:具有明显预兆属延性破坏,相似于有受压钢筋的适筋梁,承载力主要取决于受拉侧钢筋。(1)偏
6、心距e0较小的情况轴向力N近侧砼和钢筋的受力较大, 而远侧钢筋应力较小破坏时,N近侧砼(压应力较大一侧)达到极限压应变而被压碎。同侧的受压钢筋应力也达到了屈服强度;而另一侧纵向钢筋可能受拉,也可能受压,但应力较小,均未达到屈服强度。(2)偏心距e0较大而AS较多的情况受压区砼先压碎,AS不屈服。类似于超筋梁,脆性破坏,设计中应避免。因此受压破坏一般为偏心距较小的情况,故常称为小偏心受压。注意小偏心受压可能发生反向破坏 偏心距e0很小,N较大,N近侧钢筋AS远远多于远侧钢筋AS时。 由于截面的实际重心和构件的几何形心不重合,重心轴向N作用线方向偏移,且越过纵向轴向力N的作用线,导致远离N一侧砼先
7、压碎,这种现象称为反向破坏。 短柱:长细比l0/h8侧向挠度 f 与初始偏心距ei相比很小。柱跨中弯矩M=N(ei+f ) 随轴力N的增加基本呈线性增长。直至达到截面承载力极限状态产生破坏材料破坏。对短柱可忽略侧向挠度f影响。 中长柱:长细比l0/h =830f 与ei相比已不能忽略。f 随轴力增大而增大,柱跨中弯矩M = N ( ei + f ) 的增长速度大于轴力N的增长速度。即M随N 的增加呈明显的非线性增长。最终在M和N的共同作用下达到截面承载力极限状态,但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。因此,对于中长柱,在设计中应考虑侧向挠度 f 对弯矩增大的影响。 长柱:长细比
8、l0/h 30侧向挠度 f 的影响已很大在未达到截面承载力极限状态之前,侧向挠度 f 已呈不稳定发展即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力Nu-Mu相关曲线相交之前这种破坏为失稳破坏,应进行专门计算考虑附加偏心距ea的原因? 施工中的问题,会使几何尺寸、钢筋位置和设计规定有偏差; 荷载的作用位置和计算位置会有偏差; 砼的质量不均匀。Nu-Mu 相关曲线Mu=0时,Nu最大;Nu=0时,Mu不是最大;界限破坏时,Mu最大。小偏心受压时,Nu随Mu的增大而减小;大偏心受压时,Nu随Mu的增大而增大。对称配筋时,如果截面形状和尺寸相同,混凝土强度等级和钢筋级别也相同,但配筋数量不同,则在
9、界限破坏时,它们的Nu是相同的(因为Nu=1fcbxb),因此各条Nu-Mu曲线的界限破坏点在同一水平处。裂缝出现前的性能1. 开裂前符合材料力学的规律;2. 开裂前受扭钢筋的应力很低,一般忽略钢筋影响;3. 矩形截面在扭矩T作用下,max在长边中点;4.混凝土即将开裂时,材料进入弹塑性阶段。当T=Tcr时,扭转角和钢筋应力显著增加。5. 钢筋砼构件:Tcr=1.11.3Tcr(素混凝土)第七章轴心受拉构件从加载到破坏,其受力过程分为三个阶段:从加载到砼受拉开裂前,砼开裂后到钢筋即将屈服,受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服。大偏心受拉破坏 当轴力N处于纵向钢筋As与As之外,发生此种破坏。
10、小偏心受拉破坏 当轴力N处于纵向钢筋As与As之间,发生此种破坏。大偏心受拉破坏 特征 破坏时距纵向拉力近的一侧混凝土开裂,混凝土开裂后不会形成贯通整个截面的裂缝,最后,N近侧钢筋屈服,而离N较远一侧的混凝土被压碎,同侧钢筋屈服 。小偏心受拉破坏形态 当轴力处于纵向钢筋之间时发生此种破坏。全截面均受拉应力,但As一侧拉应力较大,As一侧拉应力较小。随着拉力增加,As一侧首先开裂,但裂缝很快贯通整个截面,破坏时混凝土裂缝贯通,全部纵向钢筋受拉屈服。轴心受拉和小偏心受拉构件中的纵向受力钢筋不得采用绑扎接头。偏心受拉构件的斜截面承载力 轴拉力的存在,增加了构件的主拉应力,使构件更易开裂。小偏拉构件斜
11、裂缝贯通全截面,从而不存在剪压区,降低了斜截面承载力。因此,受拉构件的斜截面承载力公式是在受弯构件相应公式的基础上减去轴拉力所降低的抗剪强度部分,即0.2N。 第八章1. 适筋破坏 当构件纵筋和箍筋都配置适中时,在外扭矩作用下,纵筋和箍筋首先屈服,然后砼被压碎。破坏要经历较长时间,有较明显预兆,属延性破坏,类似适筋梁。 2. 部分超筋破坏当纵筋或箍筋其中之一配置过多时出现此种破坏。破坏时配筋率小的纵筋或箍筋达到屈服,配置过多的钢筋达不到屈服,破坏过程有一定的延性,但较适筋破坏的延性差。 3. 超筋破坏当纵筋和箍筋都配置过多时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎,而纵筋和箍筋都不屈服,破坏突然,因而
12、延性差,类似于梁正截面设计时的超筋破坏。设计中通过规定最大配筋率或限制截面最小尺寸来避免。 4. 少筋破坏 当纵筋和箍筋配置不足时,斜裂缝一旦出现,钢筋便会被拉断,使构件突然破坏。破坏属于脆性破坏,类似于梁正截面承载能力时的少筋破坏。设计中通过规定抗扭纵筋和箍筋的最小配筋率来防止少筋破坏;变角空间桁架模型的基本假定: (1) 混凝土只承受压力,具有螺旋形裂缝的混凝土外壳组成桁架的斜压杆,其倾角为 (2)纵筋和箍筋只承受拉力,分别为桁架的弦杆和腹杆(3)忽略核心混凝土的受扭作用和钢筋的销栓作用 变角度空间桁架模型计算公式与试验值比较1. 该理论假设构件开裂后混凝土完全失去作用,而由于混凝土骨料之
13、间的咬合力,只要裂缝的开展受到钢筋的制约,混凝土就仍具有一定的受扭承载力。因此,对于配筋较少的构件,计算值较试验值偏低。 2. 当配筋较多时,由于纵筋和箍筋有时不能同时屈服,计算值又会比试验值高。 (1) T对Mu的影响扭矩T使纵筋产生拉应力,与受弯时钢筋拉应力叠加,使钢筋拉应力增大,从而会使受弯承载力降低(2)T与V的相互影响而T和V产生的剪应力总会在构件的一个侧面上叠加,因此承载力总是小于剪力和扭矩单独作用的承载力。(1) 弯型破坏当M较大,V和T均较小时,弯矩M起主导作用;裂缝首先在弯曲受拉底面出现,然后发展到两个侧面;底部纵筋同时受M和T产生拉应力的叠加,如底部纵筋适当时,则破坏始于底
14、部纵筋屈服,终于顶部砼压碎,承载力受底部纵筋控制。* 受弯承载力因扭矩的 存在而降低。即T存在Mu(2) 扭型破坏当T较大,M和V较小,且顶部纵筋小于底部纵筋时发生(As顶ss底,构件破坏是由于顶部纵筋先达到屈服,然后底部砼压碎,承载力由As顶所控制;由于M对顶部产生压应力,抵消了一部分T产生的拉应力,因此:M存在Tu。注:对于顶部和底部纵筋对称布置情况,总是底部纵筋先达到屈服,将不可能出现扭型破坏。(3) 剪扭型破坏当M较小,对构件的承载力不起控制作用,构件主要在T和V共同作用下产生剪扭型或扭剪型的受剪破坏。裂缝从一个长边(剪力方向一致的一侧)中点开始出现,并向顶面和底面延伸,最后在另一侧长
15、边混凝土压碎而达到破坏。如配筋合适,破坏时与斜裂缝相交的纵筋和箍筋达到屈服。 第九章混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求,按下列规定进行正常使用极限状态的验算:1 对需要控制变形的构件,应进行变形验算;2 对不允许出现裂缝的构件,应进行混凝土拉应力验算;3 对允许出现裂缝的构件,应进行受力裂缝宽度验算;4 对有舒适度要求的楼盖结构,应进行竖向自振频率验算。变形限值 f f f 为挠度变形限值。主要从以下几个方面考虑:1. 保证结构的使用功能要求。 2. 防止对结构构件产生不良影响。3. 防止对非结构构件产生不良影响。 4. 保证使用者的感觉在可接受的程度之内。M的关系曲线第阶段: M曲线为
16、线性关系;砼未开裂,但受拉砼出现了塑性变形,弹性模量E有所降低,但I 值不受影响。这时梁的抗弯刚度EI近似取为0.85 Ec I0 ,此处I0为换算截面对其重心轴的惯性矩,Ec为混凝土的弹性模量第阶段:正常使用时的截面弯曲刚度 EI 梁的抗弯刚度的主要特点: 随荷载的增加而减少,即M,抗弯刚度EI。按正常使用极限状态(带裂缝工作阶段)验算变形和裂缝时,截面抗弯刚度选择在第阶段; 随配筋率 的降低而减少。对于截面尺寸和材料都相同的适筋梁,小,变形大些;截面抗弯刚度小些; 沿构件跨度,弯矩在变化,截面刚度也在变化,即使在纯弯段刚度也不尽相同,裂缝截面处的小些,裂缝间截面的大些; 随加载时间的增长而
17、减小。构件在长期荷载作用下,变形会加大,在变形验算中,除了要考虑短期效应组合,还应考虑荷载的长期效应的影响,故有短期刚度Bs 和长期刚度B。 钢筋应变不均匀系数 总结: 三个参数h、z 和y 中,h 和z 为常数,而 随弯矩增长而增大; 反映了裂缝间混凝土参与受拉的程度;弯矩增加,混凝土参与受拉的程度减小,平均应变增大, y 逐渐趋于1.0,抗弯刚度逐渐降低。对受拉钢筋应力不均匀系数的讨论 系数的物理意义:表明了裂缝间受拉混凝土参加工作,对减小变形和裂缝宽度的贡献。 愈小,说明裂缝间受拉混凝土帮助纵向受拉钢筋承担拉力的程度愈大,使sm降低得愈多,对增大截面弯曲刚度、减小变形和裂缝宽度的贡献愈大
18、。 愈大,则效果相反。当系数1.0 时,钢筋和混凝土之间的粘结应力完全退化,混凝土不再协助钢筋抗拉。 还与有效配筋率te有关,当te较小时,说明钢筋周围的混凝土参与受拉的有效相对面积大些,对钢筋应变影响也大些, 值也小些。对受弯构件短期刚度Bs的讨论(影响因素) 弯矩Mq:MqsqBs 配筋率:Bs略有增加 截面形状:有受拉、受压翼缘时,Bs有所增加 砼强度:当=1%2%,提高砼强度对Bs影响不大 截面有效高度h0:和材料给定时,h0的影响最大;长期荷载作用下的抗弯刚度B1. 荷载长期作用下刚度降低的原因: 在长期荷载作用下,由于混凝土的徐变,会使梁的挠度随时间增长; 钢筋与混凝土间受拉混凝土
19、的应力松弛和粘结滑移徐变; 受拉区和受压区混凝土收缩不一致; 裂缝不断向上发展,使内力臂减小,曲率增大。2. 长期刚度B的计算(钢筋混凝土结构) 原理:按荷载效应准永久组合并考虑荷载长期作用的影响的长期刚度B进行计算,采用荷载长期作用挠度增大的影响系数来考虑荷载长期效应对刚度的影响。配筋率对承载力和挠度的影响配筋率对于提高承载力效果显著,但不能超过最大配筋率。配筋率对于提高截面刚度,减小挠度,作用不明显;设计时可能出现承载力满足而挠度不满足的现象,因此必须验算。受弯构件截面尺寸初选跨高比:一般讲,跨度越大则挠度越大;梁高越大,挠度越小;适当的选择跨高比,可控制挠度;应用在设计中,对于受弯构件,
20、如梁、板,通常由高跨比或厚跨比,初选截面尺寸。裂缝的成因: 荷载作用引起的裂缝; 非荷载因素引起的裂缝(不均匀变形、温差、砼收缩、碳化)。凝土裂缝开展过宽的影响: 结构的外观,在心理上给人一种不安全感; 结构的耐久性,过宽的裂缝易造成钢筋的锈蚀。如何限制裂缝宽度? 荷载作用产生的裂缝验算裂缝宽度(maxlim) 非荷载因素产生的裂缝通过构造措施来控制5. 裂缝特性 由于砼的不均匀性、荷载的可变性以及截面尺寸偏差等因素的影响,裂缝的出现、分布和开展宽度具有很大的随机性。但它们又具有一定的规律,从平均意义上讲,裂缝间距和宽度具有以下特性: 1.裂缝宽度与裂缝间距密切相关。 裂缝间距大裂缝宽度大;间
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