第四章 第一节 结构设计的基本规定至第二节 钢筋混凝土结构特点和材料的力学性能（...

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第四章  钢筋混凝土结构

第一节  结构设计的基本规定

一、结构的功能要求

结构在规定的设计基准期内和规定的条件下必须具有安全性、适用性和耐久性等三方面的功能。

二、结构极限状态的定义和分类

1．定义

整个结构或结构的一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态。

2．分类

结构的极限状态分为两类，即：

( 1 ）承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力、或出现疲劳破坏、或不能继续承载变形的状态。

( 2 ）正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性功能的某项规定的限值。

三、结构可靠度的基本概念

1 ．结构的功能函数： Z =R-S 式中  

S ——外部作用在结构上产生的效应（内力和变形） ；

R ——结构能承受内力和变形的能力。

2 ．极限状态方程： Z =R -S =0，（表示结构处于极限状态）

当 Z =R － S ＞0时，则表示结构处于可靠状态；

当 Z=R － S ＜0时，则表示结构处于失效状态。

3 ．结构可靠度概念

S 和 R 均不是定值，而是随机变量，所以对上述状态要科学的衡量，只能用概率的方法。只要 Z =R 一 S ≥0的概率（即可靠概率或称可靠度）大到人们足以放心，就可认为设计的结构是安全可靠的。

4 ．几个重要的概念：

（1）作用效应 S 的不确定性主要是由下列因素引起的：

1）荷载（或作用）本身的变异性；

2）内力计算假定与结构实际受力情况间的差异。

（2）结构抗力 R 的不确定性主要是由下列因素引起的：

l）材料性能的不确定性；

2）结构构件几何参数的不确定性；

3）结构构件抗力 R 的计算模式的不确定性。

（3）结构的可靠性：结构在规定时间内、规定条件下能完成预定功能的能力。

（4）结构的可靠度：结构在规定时间内、规定条件下能完成预定功能的概率（或称可靠概率Pa：）。

（5）失效概率Pf ：结构功能在规定时间内、规定条件下不能完成预定功能的概率 ( Pf ）。

(Pf+Pf=1)

（6）可靠指标β：结构功能函数 Z 的平均值产 Z 与其标准差内的比值（它与Pf，有一一对应的函数关系）。

（7）目标可靠指标［β］ ：作为结构设计依据的可靠指标称为目标可靠指标 ［β］，亦称设计可靠指标。

现行《 混凝土结构设计规范 》（ GB 50010 -2002 ）是采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计的。

第二节  钢筋混凝土结构特点和材料的力学性能

一、钢筋混凝土结构特点

钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种性能不相同的材料组成的。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度却很低（仅为其抗压强度的 1 / 8~1 / 16 ) ；而钢筋则具有较高的抗拉强度和抗压强度，我们把这两种材料组合在一起，将钢筋主要用于受拉，而混凝土主要用于受压，发挥材料各自的特长，成为目前应用最为广泛的钢筋混凝土结构。

1 ．钢筋与混凝土能很好地结合在一起共同工作的主要原因是：

（1）钢筋与混凝土之间存在着良好的粘结。

（2）钢筋与混凝土两者的温度线膨胀系数很接近。（钢筋约为 1 . 2×10-5，混凝土约在 1.0×10-5 ~1.5×10-5 之间）

（3）钢筋受到混凝土的保护而不易生锈，具有很好的耐久性。

2 ．钢筋混凝土结构的主要优点是：

（l）合理发挥了钢筋和混凝土两种材料的力学特性，成为承载能力较高的结构。

（2）钢筋混凝土结构具有很好的耐火性、整体性、可模性。

（3）钢筋混凝土结构中，混凝土对钢筋有很好的防护性，与钢结构相比可省去很大的经常性维修费用。

（4）便于就地取材，造价降低。

3 ．钢筋混凝土的主要缺点为：

（1）自重较大；（因此不能太高）

（2）抗裂性能较差；

（3）隔热和隔声的性能不够理想。

上述主要缺点，正随着材料和结构的不断发展，在不断地得到改进（如轻骨料混凝土，高强混凝土和预应力混凝土的发展）。

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二、混凝土强度

强度分为标准值和设计值。将强度标准值除以材料分项系数即为强度的设计值。

1 ．立方体抗压强度标准值（记为 fcu , k )

        按标准方法制作养护的边长为 150mm 的立方体试件，在 28 天龄期用标准试验方法测得的具有 95 ％保证率的抗压强度。

       混凝土强度等级按其fcu , k值确定，即 fcu, k 为 ××N / mm2的混凝土记为 C×× 。

       素混凝土结构的强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；

       当采用强度等级400MPa及以上钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C25；承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30。

       预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。

2 ．轴心 抗压强度 标准值（记为 fcx)

       按标准方法制作养护的截面为 150mm×150mm ，高度为 h ( h 一般为 150 mm的 3~4 倍）的棱柱体，在 28 天龄期用标准试验方法测得的具有95 ％保证率的抗压强度。其设计值记为 fc 。

3 ．轴心 抗拉强度 标准值（记为ftk)
       它是采用棱柱体试件直接轴向拉伸试验或立方体试件的劈裂试验来测定的。

混凝土的抗拉强度很低，远小于其抗压强度（一般只有其抗压强度的 1 / 8 ~1/1 6 ）。其设计值记为 ft 。

三、混凝土变形

        混凝土变形有两类，一类是受力变形；另一类为体积变形，它与受力无关，如混凝土在结硬过程中的收缩（或膨胀）等。

（一）混凝土的应力应变关系

混凝土在一次短期单轴加压时的应力应变关系如图 4 - 1 所示。是一曲线。所以其应力应变的比值（即 σ／ε）是一个变量而不是常数，因此称 E =σ／ε混凝土的变形模量。在计算设计时常用三种方式表示，即弹性模量 Ec，变形模量 和切线模量 。如图 4一 2 所示：

（重要）

（重要）

（l）混凝土的弹性模量 Ec 定义为过，。曲线原点 O 所作切线的斜率。（ Ec = tanα0）

（2）变形模量 E c‘定义为二曲线上任一点尸与原点连线的斜率，即E c‘=tanα1

（3）切线模量E“c为过曲线上任一点P的切线的斜率，即E“c=tanα。

混凝土受拉时的应力应变关系曲线与混凝土受压时的应力应变关系曲线相似，只不过各特征值均要小得多。

（二）混凝土的徐变

（1）定义：混凝土在    恒定荷载   的   长期作用下，变形随时间而增长的现象称为徐变。

（2）影响徐变应变量（简称徐变）的因素有以下几方面：

1 ）水灰比大，水泥用量多，徐变量就大；

2 ）养护条件好，徐变量就小；

3 ）骨料质量及级配好，徐变量小；

4 ）构件体表比越大，徐变量越小；

5 ）构件的应力与其受荷时强度的比值（即σ/fc ）越大，则徐变量越大。

（3）徐变对结构受力的影响：

1 ）徐变使结构的变形（包括挠度和裂缝）增大；

2 ）徐变使结构内部应力重分布；

3 ）徐变将引起预应力混凝土结构中的预应力损失；

4 ）受拉徐变，会延缓混凝土收缩裂缝的出现，及将减少由于支座不均匀沉降产生的应力等。

（三）混凝土的收缩（或膨胀）

（1）定义：混凝土在空气中结硬时体积缩小称为收缩，在水中结硬时体积膨胀称为膨胀；但收缩值要比膨胀值大得多。

（2）影响收缩值的因素有以下几方面：
1 ）水灰比大，水泥用量多，收缩值就大；

2 ）养护条件好，使用环境的湿度较高，收缩值小；

3 ）骨料质量及级配好，收缩值就小；

4 ）构件体表比越大，收缩值越小；

5 ）混凝土振捣密实，收缩值就小。

（3）收缩对结构受力的影响：

1 ）会在钢筋混凝土结构中，使混凝土产生拉应力，加速裂缝的出现和发展，甚至在未受荷前，即出现初始的收缩裂缝；

2 ）收缩将引起预应力混凝土结构中的预应力损失；

3 ）对跨度变化比较敏感的静不定结构（如拱结构等）将产生不利的内力。

风影

ding   支持  

红土地

说的不错  

reqiqpk

帮你顶，人还是厚道点好  

ekaqcku

我也来顶一下..  

guak365

感謝樓主  

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谢谢分享了!  

周文峰

知道了 不错~~~  

孖女老豆

鉴定完毕.!