混凝土结构设计原理---绪论及第一.二章总结

1、钢筋和混凝土为什么能结合在一起工作：

① 粘结力是这两种性质不同的材料能够共同工作基础，混凝土结硬后能和钢筋牢固粘结在

一起，相互传递内力

②线膨胀系数接近，温度变化时钢筋和混凝土不会发生粘结破坏

2、钢筋混凝土结构有哪些主要优缺点：

优点：合理用材，就地取材 节约钢材 耐久耐火 可模性好 整体性好，刚度大； 缺点：自重大 抗裂性差 性质较脆 费工费模

3、混凝土结构对钢筋性能的要求及其达到的目的：

强度高（节省钢材获得较好的经济效益）；

塑性好（给人以破坏的征兆）；

可焊性好（保证焊接后的接头性良好）；

与混凝土的粘结锚固性能好（使钢筋的强度能够被充分利用，保证焊接后的接头性能良好）；严寒地区低温性能好

4、钢筋的品种与性能

HPB235级(Ⅰ级) （Hot rolled Plain Steel Bars）钢筋多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。

HRB335级(Ⅱ级) （Hot rolled Ribbed Steel Bars）和 HRB400级(Ⅲ级) 钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋以增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。

RRB400级(Ⅳ级) （Remained heat treatment Ribbed Steel Bars）钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋

HRB400级和HRB335级钢筋一般用于普通混凝土结构中的受力钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。

光面钢筋的截面面积按直径计算，变形钢筋根据标称直径按圆面积计算确定。

非热轧钢筋由强度的大小来反映它的用途，较高强度的钢筋常用语预应力混凝土构件中的预应力钢筋，一般强度的钢筋用作普通混凝土的受力钢筋或构造钢筋。

5、混凝土结构内力计算和截面承载力设计的方法：最初是弹性方法来计算，20世纪30年代，截面设计方法变为按破损阶段计算法；20世纪50年代，按照极限状态设计法。

6、钢筋的应力-应变曲线（钢筋的强度指标主要有屈服强度和极限强度）

一般的混凝土构件常用有明显流幅的钢筋，没有明显流幅的钢筋主要用在预应力混凝土构件上。

一、有明显流幅的钢筋。

OA 段是弹性阶段，AB 段是屈服阶段或称为弹塑性阶段，BC 段是强化阶段，CD

是颈缩阶

段。取屈服下限作为屈服强度，C 点相应的峰值应力称为钢筋的极限抗拉强度。D 点相对应的钢筋平均应变δ称为钢筋的延伸率。

热处理钢筋属于无明显流幅的钢筋

消除应力钢丝和热处理钢筋可以用作预应力钢筋

轴心受拉构件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头

热轧钢筋强度标准值根据屈服强度确定，冷轧钢筋、预应力钢绞丝、钢丝、热处理钢筋根据极限抗拉强度确定。

对有明显流幅的钢筋，一般取屈服强度作为钢筋强度的设计依据，这是因为钢筋应力达到屈服后将产生很大的塑性变形，卸载后塑性变形不可恢复，使钢筋混凝土构件产生很大变形和不可闭合裂缝。设计上一般不用抗拉强度这一指标，抗拉强度可以度量钢筋的强度储备。延伸率反映了钢筋拉断前的变形能力，它是衡量钢筋塑性的一个重要指标，延伸率大的钢筋再拉断前变形明显，构件破坏前有足够的预兆，属于延性破坏；延伸率小的钢筋拉断前没有预兆，具有脆性破坏的特征。

二、没有明显屈服点的钢筋：如冷轧钢筋，预应力所用钢丝、钢绞线和热处理钢筋等。没有明显屈服点的钢筋和钢丝又称硬钢。

7、混凝土的立方体强度的确定： cu , k

边长150mm 立方体标准试件，在标准条件下（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验方法（加载速度0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率抗压强度。（在试件承压面上涂一些润滑剂，这时试件与压力机垫板间的摩擦力大大减小，试件沿着力的作用方向平行地产生几条裂缝而破坏，所以测得的抗压极限强度较低）

混凝土强度等级是按混凝土立方体抗压强度标准值来确定的。混凝土强度等级采用符号C 与立方体抗压强度标准值（N/mm2即MPa ）表示，共划分为C15、C20、C25、C30、C35、 C40、C45、C50、C55、C60、 C65、 C70、 C75 、C80共14个强度等级。例如，C30表f

示混凝土立方体抗压强度标准值=30MPa，即混凝土立方体抗压强度大于30MPa 的概率为95%以上。

混凝土的选用原则

• 建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C15

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8、混凝土立方体强度与哪些因素有关？

试验方法、试件大小、加载速度、混凝土龄期等。

9、工程上一般规定δ＞5%的材料为塑性材料；δ＜5%的材料为脆性材料。

10、钢筋的冷加工。

冷弯基本不改变钢材的物理力学性能，但冷拉与冷拔却不同。

冷拉

当采用HRB335级钢筋时，不宜低于C20 当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，不得低于C20 预应力混凝土结构不应低于C30 采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于C40

冷拔

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冷拔是指将光圆钢筋以强力拉拽使其通过小直径的硬质合金模具，使其截面减小而长度增长； 冷拔后的钢筋的强度会大大提高； 冷拔后钢筋的塑性会降低。 冷拔后的钢筋与之前的钢筋不属于同一种钢筋。

11、钢筋的选用原则

普通受力钢筋：优先选用HRB335和HRB400级钢筋。HPB235和RRB400级钢筋也可以采用。也可以采用冷拔、冷轧和冷扎扭钢筋。预应力钢筋宜采用：预应力钢绞线、高强钢丝、热处理钢筋。也可以采用冷轧带肋钢筋、冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。

12试述受压混凝土棱柱体一次加载的ζ-ε曲线的特点：

从开始加载到A 点，混凝土变性主要是弹性变性。A 点为比例极限点。超过A 点后，进入稳定裂缝扩展的第二阶段，至临界点B 。此后，试件中所积蓄的弹性应变能始终保持大于裂缝发展所需要的能量，形成裂缝快速发展的不稳定状态直至峰值C 点，即第三阶段。裂缝迅速发展，试件平均应力强度下降，当曲线下降到拐点D 后，曲线有凸向水平方向发展，出现曲率最大点E 称为收敛点。E 点后结构内聚力几乎耗尽，失去结构的意义

13混凝土的弹性模量是如何确定的：

采用棱柱形试件，取应力上限为0.5fc 重复加荷5-6次。由于混凝土的塑性性质，每次卸载为零时，存在残余变形。但随荷载多次重复，残余变形逐渐减小，重复加载5-6次后，变形趋于稳定，混凝土的ζ-ε曲线在0.5fc 以下段接近于直线，自原点至ζ-ε曲线上ζ=0.5fe对应的点的连线的斜率为混凝土的弹性模量

14简述混凝土在三向受压情况下强度和变形的特点：

混凝土在三向受压的情况下，其最大主压应力的抗压强度取决于侧向压应力的约束强度。对于纵向受压的混凝土，如果约束混凝土的侧向变形，也可使混凝土的抗压强度有较大提高（强度提高，延性变好）

15混凝土的收缩和徐变有什么区别和联系:

在荷载保持不变的情况下随时间而增长的变形称为徐变，徐变不一定体积减小，混凝土在空

气中结硬时体积减小的现象称为收缩。混凝土的组成和配合比对徐变和收缩的影响是相同的，混凝土的徐变和收缩都会使预应力结构中产生应力.

影响混凝土徐变的因素：

（1）内在因素：混凝土的组成配比是影响混凝土徐变的内在因素。骨料的弹性模量越大、骨料的体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。

（2）环境影响：养护及使用条件下的温度、湿度是影响徐变的环境因素。受荷载养护的温度、湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。试件受荷后所处使用环境的温度越高、湿度越低，徐变就越大。因此高温干燥环境使徐变显著增大。

（3）应力条件：包括施加初应力的水平和加荷时混凝土的龄期，是影响徐变的重要因素。加荷时试件的龄期越长，徐变越小；加荷龄期相同，初应力越大，徐变也越大。

混凝土在水中或处于饱和湿度情况下硬结时体积增大的现象称为膨胀 ，混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩 。

影响混凝土收缩的因素

混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。

（1）水泥的品种：水泥强度等级越高，制成的混凝土收缩越大。

（2）水泥的用量：水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。

（3）骨料的性质：骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。

（4）养护条件：干燥失水及高温环境，收缩大。

（5）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。

（6）使用环境：使用环境温度、湿度越大，收缩越小。

（7）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。

16徐变、收缩对钢筋混凝土的影响：

混凝土的组成和配合比对徐变和收缩的影响时相同的，混凝土的徐变和收缩都会使预应力结构中产生应力

17线性徐变与非线性徐变的概念：

线性徐变：

当应力较小时，曲线接近等距离分布，说明徐变与初应力成正比，这种情况成为线性徐变（由于水泥胶体的粘性流动所致）；

非线性徐变：当施加于混凝土的应力ζ=（0.5-0.8）fe 时，徐变与应力不成正比，徐变比应力增长较快，这种情况成为非线性徐变（水泥胶体的粘性流动的增长速度已比较稳定，而应力集中引起的微裂缝开展则随应力的增大而发展）

18粘结力有哪几部分组成及其保证措施：

组成：化学胶结力 摩擦力 机械咬合力 钢筋端部的锚固力；

保证措施：在同等钢筋面积的条件下，宜优先采用小直径的变形钢筋。为保证钢筋深入制作的粘结力，应使钢筋深入支座有足够的锚固长度；钢筋不宜在混凝土的受拉区截断；大直径钢筋的搭接和在锚固区域内设置横向钢筋，可增大该区段的粘结能力

进行拔出试验时，受拉钢筋达到屈服的同时发生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基

f y A s f y 本锚固长度，用la 表示。 1f y l a ==d =αd τb πd 4τb f t

19“钢筋和混凝土随时都有粘结力”这一论述正确吗：

错误。因为粘结力是在钢筋和混凝土之间有相对变形的条件下产生的。

20影响混凝土抗压强度的因素有哪些：

①是否涂润滑剂：涂润滑剂测得的抗压强度较小

②试件尺寸：立方体尺寸愈小则试验测出的抗压强度愈高

③加载速度：加载速度越快，测得的强度越高

④混凝土龄期：随着其龄期的增长，混凝土极限抗压强度逐渐增大

21钢筋和混凝土之间的粘结力是怎样产生的:

钢筋和混凝土有相对变形（滑移），就会在钢筋和混凝土交界上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力为钢筋和混凝土的粘结力。

22伸入支座的锚固长度是越长，粘结强度是否就越高？为什么:

不是，伸入支座的锚固长度有一个极限值。在这个极限值内，锚固的长度越长， 粘结的强度越高，超过了这个极限，锚固长度增大，粘结强度也不会变大。

23 什么是结构上的作用? 荷载属于哪种作用？作用效应与荷载效应有什么区别？

结构上的作用是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的各种因素，荷载属于直接作用，直接作用或间接作用在结构上，由此在结构内产生内力和变形，成为作用力效应

24什么是结构抗影响结构抗力的主要因素有哪些:结构抗力是指整个结构成结构件承受作用效应的能力，影响结构抗力的主要因素有材料性能（强度，变形模量等），M ɑ参数和计算模式的精确性。

25什么是材料强度标准值和材料强度设计值? 从概率的意义来看他们是如何取值的？

钢筋和混凝土的强度标注值是钢筋混凝土结构的极限状态，设计时采用的材料强度基本代表值，材料强度设计值是材料强度的标准值除以材料性能各项系数的值ƒk =µƒ-αζƒ

26什么是结构的极限状态？极限状态分为几类？各有什么标志和限值？

整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就无法满足设计规定的某一功能要求，次特定状态称为改功能的极限状态。分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。

当结构成构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力的极限状态：

1. 结构构件或连接固所受的应力超过材料强度而破坏，或固过度变形而不适于继续承载 2。整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡3。结构转变为机动体系4. 结构成表构件丧失稳定5. 地基丧失承载能力而破坏。

当结构成构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：1影响正常使用或外观变形2影响正常使用的耐久性的局部损失3影响正常使用的震动4相对沉降量过大等影响正常使用的其他特定状态

27荷载随时间的变异分为：永久作用、可变作用、偶然作用 荷载有哪些代表值：标准值、 组合值、频遇值、准永久值系数

28结构预定功能：

安全性、适用性、耐久性；结构可靠度：指结构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的概率。

29失效概率和可靠指标：

结构功能函数Z=R-S

30安全等级：结构设计时，根据房屋的重要性，采用不同的可靠度水准，《统一标准》用结构的安全等级来表示房屋的重要性程度

设计状况：结构物在建造和使用过程中所承受的作用和所处的环境，设计时所采用的结构体系、可靠度水准、设计方法

设计基准期：为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数

设计使用年限：设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定的目的使用的时期，即结构在规定的条件下所应达到的使用年限

目标可靠指标：设计可靠指标是根据设计所要求达到的结构可靠度而取定的，所以又称为目标可靠指标