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《混凝土结构与工程》基础知识

混凝土的轴心抗压强度:

指在标准条件20±3℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28天,用标准试验方法测量150mm×150mm×300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件测得的抗压强度。

混凝土的变形:

  • 受力变形:混凝土在一次短期加载、荷载长期作用和多次重复荷载作用下产生的变形。
  • 体积变形:混凝土由于硬化以及温度和湿度变化产生的变形。

混凝土徐变对结构的影响:

  1. 徐变会使结构的变形增大,引起预应力损失
  2. 徐变有利于结构构件产生内(应)力重分布,减少支座不均匀沉降引起的应力和温度应力
  3. 在局部应力集中区,徐变可调整应力分布

混凝土徐变的影响因素:

  • 内在因素——混凝土的组成和配比。骨料的刚度越大,体积比越大,徐变就越小;水灰比越小,徐变也越小。
  • 环境影响——养护条件和使用条件。受荷前养护的温湿度越高,徐变就越小;受荷后构件所处的环境温度越高,相对湿度越小,徐变就越大。
  • 应力条件——初应力水平σci/fc和加荷时混凝土的龄期 t0,它们是影响徐变的主要因素
  • 龄期影响——加荷时构件的龄期 t0越长,徐变也越小。
  • 强度影响——高强混凝土的徐变比普通混凝土小得多。

收缩
混凝土在空气中硬节时体积减小的现象

膨胀
混凝土在水中或处于饱和湿度状态下,结硬时体积增大的现象

混凝土收缩的影响因素:

  • 环境的温度湿度:温度越高 湿度越低收缩越大
  • 构件断面形状及尺寸:构件的体积与表面积比值大时收缩小
  • 配合比:水泥用量越多 水灰比越大 收缩越大
  • 骨料性质、水泥性质:骨料的级配越好 弹性模量越大收缩越小
  • 混凝土浇筑质量、养护条件:振捣密实 蒸汽养护

混凝土收缩的不利影响:

  • 受到约束时将产生拉应力,引起混凝土的开裂。
  • 会使预应力混凝土构件产生预应力损失。
  • 对跨度比较敏感的超静定结构会引起不利的内力。

钢筋与混凝土共同作用的基本条件

  1. 钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力,通常把这种剪应力称为粘结应力。
  2. 混凝土与钢筋具有大致相同的线膨胀系数
  3. 混凝土具有弱碱性对钢筋具有保护不锈蚀作用

结构的功能要求

  1. 安全性:结构在正常的设计,施工和使用条件下能够承受可能出现的各种作用。
  2. 适用性:建筑结构在正常使用时应能满足预定的使用要求,有良好的工作性能,其变形裂缝振动等不超过规定限度。
  3. 耐久性:建筑物在正常的使用和维护的情况下应能完好的使用到规定年限。
  4. 安全性 适用性 耐久性是衡量结构是否可靠的标志-可靠性

极限状态分为两类:

  • 承载能力极限状态(安全性)
  • 正常使用极限状态(适用性、耐久性)

受弯构件正截面破坏形态:

  • 适筋破环(延性破坏)、
  • 超筋破坏(脆性破坏)、
  • 少筋破坏(脆性破坏)

适筋梁正截面受力的三个阶段和作用

  1. 弹性工作阶段(Ⅰ阶段):用于抗裂验算
  2. 带裂缝工作阶段( Ⅱ阶段 ):正常工作状态,用于裂缝宽度和变形验算
  3. 破坏阶段( Ⅲ阶段 ):承载能力极限状态,用于正截面受弯承载能力计算

无腹筋梁斜截面受剪的主要破坏形态:

  • 斜压破坏:斜压破坏一般发生在剪跨比很小的情况(约λ=a/h0<1.5时)
  • 剪压破坏:剪压破坏一般发生于约1.5<λ=a/h0<3时
  • 斜拉破坏:斜拉破坏均发生于λ较大的情况(约λ=a/h0>3时)

有腹筋梁的最终破坏形态大致与无腹筋梁相似,但由于与斜裂缝相交的箍筋存在,截面上出现了明显的应力重分布,使原本存在的各种抗剪能力,包括骨料咬合、纵筋销栓、混凝土抗剪等都有所提高,从而将明显改善梁的抗剪能力。

剪跨比:
当剪跨比较小时,梁斜截面承载中拱作用明显,可以充分发挥混凝土的抗压强度,发生斜压破坏,承载力较高;当剪跨比变化至较大时,斜截面承载中拱作用不明显,斜截面承载由混凝土抗拉强度控制,发生斜拉破坏,承载力较低。

箍筋的构造要求:
同一截面内箍筋垂直的根数称为肢数,
常用的肢数有单肢、双肢及四肢箍筋等。

偏心受压构件的破坏特征:
受拉破坏形态、受压破坏形态

  • 当ξ≤ξb时,为大偏心受压破坏形态(受拉破坏)
  • 当ξ>ξb时,为小偏心受压破坏形态(受压破坏)
  • 当长细比l0/i≤17.5(矩形截面l0/h≤5,圆形截面l0/d≤5)时的钢筋混凝土柱称短柱。
  • 当长细比17.5<l0/i≤104(矩形截面5<l0/h≤30,环形及圆形截面柱4<l0/d≤26)时,即为长柱。

偏心受拉构件的分类:

  • 当e0≤h/2-as时,为小偏心受拉构件;
  • 当e0>h/2-as时,为大偏心受拉构件(期中,e0为计算偏心距,e0=M/N)

减小混凝土碳化的措施:

  1. 合理设计混凝土配合比,规定水泥用量的低限值和水灰比的高限值,合理采用掺合料。
  2. 提高混凝土的密实性、抗渗性。
  3. 规定钢筋保护层的最小厚度。
  4. 采用覆盖面层(水泥砂浆或涂料等)

防止钢筋锈蚀的主要措施:

  1. 混凝土本身要降低水灰比,保证密实度,具有足够的保护层厚度,严格控制含氯量。
  2. 采用覆盖层,防止CO2、O2、CL-的渗入。
  3. 在海工结构、强腐蚀介质中的混凝土结构中,可采用钢筋阻锈剂、防腐蚀钢筋、环氧层钢筋、镀锌钢筋、不锈钢钢筋等。
  4. 对钢筋采用阴极防护法。
  5. 增加混凝土保护层厚度

保证耐久性的技术措施:

  1. 规定最小保护层厚度
  2. 满足混凝土的基本要求:控制最大水灰比,最小水泥用量
  3. 裂缝控制
  4. 对于暴露在侵蚀性环境中的结构构件,其受力钢筋可采用环氧涂层带肋钢筋,预应力筋应有防护措施。
  5. 钢筋的强度:屈服强度,抗拉强度

钢筋的变形:
伸长率和冷弯性能

混凝土的强度:
标准强度,轴心抗压强度,轴心抗拉强度。14个强度等级
混凝土拉压强度的巨大差别的本分原因是混凝土内部组织的不均匀性以及初始微裂缝的存在。

混凝土的变形:
弹塑性质。极限应变最大值:弹性应变,塑性应变,塑性部分愈长,变形能力愈大,其延性愈好。

徐变
在荷载长期作用下,混凝土的变形随时间而增长的现象。线性徐变的最今本特点是其收敛性。

混凝土对徐变的影响:

  1. 开始受压时混凝土的龄期越长,硬结程度越好,混凝土产生的徐变就越小,反之则徐变越大
  2. 在混凝土的组成成分中水灰比愈大,徐变愈大,水泥用量愈多徐变也愈大3混凝土的制作养护都对徐变有影响

条件屈服极限:
对于硬钢通常以应力应变曲线上对应于残余应变为0.2%的应力值作为屈服极限。
钢筋伸长率是衡量钢筋塑性性能的主要指标。
冷弯试验中弯转角度愈大,弯心直径D愈小,钢筋的性能就愈好。

钢筋和混凝土共同作用的三个条件:

  1. 混凝土在接应过程中能于埋在其中的钢筋粘结在一起
  2. 混凝土与钢筋具有大致相同的膨胀系数
  3. 混凝土包裹着钢筋,由于混凝土具有弱碱性,故可以保护钢筋不锈蚀。

粘结力产生的原因:
握裹力,机械咬合力,胶合力

影响粘结强度的因素:
混凝土等级和钢筋表面形状,钢筋的受力情况,钢筋周围混凝土的厚度

决定钢筋搭接长度的重要因素:钢筋和混凝土的粘结强度。

热轧钢筋的连接方法:绑扎搭接,焊接,机械连接。

混凝土结构对钢筋性能最基本的要求是强度和塑性。

结构和材料的延性:的变形和耗能能力。

对钢筋来说伸长率是代表延性好坏的主要指标。

混凝土在空气中结硬体积会收缩,在水中结硬体积会膨胀。
产生收缩的主要原因:

  1. 水泥水化凝结作用
  2. 混凝土内游离水分蒸发逸散引起的干缩。

设伸缩缝,钢筋会对周围混凝土的徐变和收缩产生阻遏作用。

可靠性:安全性,适用性,耐久性
作用:施加在结构上的集中力或分布力(直接作用)和引起结构外加变形或约束变形的原因(间接作用)。
作用效应:由作用引起的结构或结构构件的反应。
作用效应可用作用乘以作用效应系数来表达。

结构抗力:
结构或结构构件承受作用效应的能力。结构抗力又材料性能洁面几何参数等因素构成,如果说结构上的作用效应是结构的预定使用功能索赋予结构的任务,则结构的抗力是结果本身所固有的完成任务的能力。
钢混两个极限状态:承载力极限状态和正常使用极限状态。

荷载的代表值:
荷载的标准值,荷载组合值,荷载永久值,荷载频遇值
材料性能标准值是极限状态设计表达式中所取材料性能的基本代表值

受弯构件:
又剪力和弯矩共同作用的构件

钢混梁正截面受力过程的三个阶段:

  1. 荷载很小梁内尚未出现裂缝时,截面受压区压力又混凝土承担而受拉区拉力则由混凝土和钢筋共同承担,处在弹性工作阶段,荷载挠度与荷载成正比,应变沿截面高度呈直线分布。当截面受拉边缘纤维的应变达到混凝土的极限拉应变时相应的拉应力也达到其抗拉强度,受拉区混凝土即将开裂
  2. 已经开裂的受拉区混凝土退出工作,拉力转由钢筋承担,随荷载增加中和轴上升,受压区压力也变大,受压区混凝土的塑性性质越来越明显,挠度与荷载不成正比,而是挠度增加的更快
  3. 裂缝界面的钢筋在应力保持不变的情况下将产生明显的塑性伸长,从而使裂缝急剧开裂,中和轴进一步提升,受压区高度迅速减小,压力不断增大,直到受压区边缘纤维的压应变达到混凝土的极限压应变时,受压区出现纵向水平裂缝。

钢混出现的三种破坏形式:
适筋破坏,超筋破坏,少筋破坏
影响斜截面受剪破坏形态的主要因素是剪跨比和箍筋配筋率。

梁的配箍率:
纵向水平截面中单位面积的箍筋含量。

截面受剪破坏可能出现的三种不同形态:
剪压破坏,斜拉破坏,斜压破坏

最后编辑于: 2024 年 06 月 09 日
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