钢筋混凝土结构设计原理 第二章 结构按极限状态法设计计算的原则

第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度cu f 。

影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。

尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100）cu f （150）=1.05cu f （200）2.混凝土弹性模量和变形模量。

①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。

表示为：E '=σ/ε=tan α0②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。

E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。

③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。

影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。

徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预应力损失。

4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。

《结构设计原理》习题集第1章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1-1、配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么？答：配置在混凝土梁截面受拉区的钢筋作用是代替混凝土受拉。

钢筋混凝土梁承受的荷载较大时，梁的受拉区会出现裂缝。

在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土退出工作，钢筋可承担几乎全部的拉力。

钢筋混凝土梁能继续承受荷载作用，直至受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。

因此，钢筋混凝土梁是充分利用混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度。

1-2、试解释以下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。

答：混凝土立方体抗压强度是按规定的标准试件和标准试验方法得到的混凝土强度基本代表值。

我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以每边边长为150mm 的立方体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号f表cu 示。

混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）：按照及立方体试件相同条件下制作和试验方法所得的棱柱体试件的抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度，用符号f表示。

国家标准《普通混凝土力学性能试c验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定，混凝土的轴心抗压强度试验以150mm ×150mm ×300mm 。

混凝土抗拉强度可采用在两端预埋钢筋的混凝土棱柱体，试验时用试验机的夹具加紧试件的两端外伸的钢筋施加拉力，破坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断，其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。

目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验来测定混凝土的轴心抗拉强度。

混凝土劈裂抗拉强度：我国交通部颁布标准《公路工程水泥混凝土试验规程》规定，采用150mm 立方块作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测定，按照规定是试验方法操作，则混凝土的劈裂抗拉强度按下式：。

第二章结构按极限状态法设计计算的原则随着建筑结构的不断发展，为了确保结构的安全可靠，设计计算也越发重要。

借助极限状态法进行结构设计计算是目前最常用的方法之一、极限状态法是一种截然不同于传统弹性设计的方法，它主要关注结构在达到极限承载能力的情况下的行为。

结构按极限状态法设计计算的原则是建立在一些基本假设和设计要求的基础上的。

下面将详细介绍这些原则。

1.安全性原则：极限状态法设计的首要原则是确保结构在使用寿命内具有足够的安全性。

安全性可以通过控制结构的强度、刚度和稳定性来实现。

具体来说，设计计算应确保结构在达到极限荷载时能够满足规定的安全系数，例如承载力与荷载的比值大于1.52.效率原则：设计计算应该尽可能地高效。

这意味着设计应该在达到结构的最小重量和最小材料用量的同时满足强度和刚度要求。

为了实现这一目标，设计计算应优化结构的几何形状和材料配置。

3.统一性原则：设计计算应具有统一的标准和规范，以确保计算方法和结果的一致性。

这有助于提高设计计算的可靠性和可比性。

在设计计算中，应使用国家或地区制定的相关设计规范和标准。

4.精确性原则：设计计算应尽可能精确地预测结构的行为。

这需要考虑到结构的非线性特性、荷载的不确定性和材料的变异性等因素。

通过使用合适的分析模型和计算方法，可以提高设计计算的精确性。

5.可靠性原则：设计计算应具有适当的可靠性，即当计算结果被用于实际工程时，能够有效地保证结构的安全性。

为了实现这一点，设计计算应基于经验数据和合理的假设，同时考虑到结构的可靠度要求。

6.经济性原则：设计计算应尽可能经济。

这意味着设计计算应在满足结构安全性和性能要求的基础上，尽量减少结构的成本。

为了实现这一目标，设计计算应优化结构的构型、材料和施工方法等方面。

7.实用性原则：设计计算应具有实用性，即设计计算的方法和结果应对实际工程具有可操作性和可行性。

设计计算应提供实际可行的解决方案，并确保设计计算的结果易于理解和使用。

结构设计原理第一章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1、钢筋混凝土结构的概念钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。

2、钢筋混凝土结构的优缺点①较好的耐久性，刚度大，变形小；②既可以整体现浇也可以预制装配，并且可根据需要浇制成各种形状与尺寸；③就地取材，降低建筑成本。

3、混凝土的强度⑴混凝土立方体抗压强度以每边边长为150mm的立方体标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MP a为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号f cu表示。

⑵混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）以150mm×150mm×300mm的标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的棱柱体试件抗压强度值（以MP a为单位）作为混凝土的轴心抗压强度，用符号f c表示。

⑶混凝土抗拉强度通过劈裂试验得到，比抗压强度低得多，用符号f t表示。

4、一次单调加载试验测试的混凝土应力—应变曲线p13三个特征值：最大应力值f c及相应的应变值 co以及D点的应变值5、有明显流幅的钢筋应力—应变曲线p216、粘结机理①光圆钢筋与混凝土之间的粘结力主要由摩擦力和咬合力提供；②带肋钢筋与混凝土之间的粘结力主要由钢筋表面凸起的肋纹与混凝土的机械咬合作用。

第二章结构按极限状态法设计计算的原则1、结构的可靠度与可靠性结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。

（安全性、适用性、耐久性）结构可靠度是结构可靠性的度量，指在规定的时间内，在规定的条件下，完成预期功能要求的概率。

2、设计使用年限设计使用年限是设计规定的结构或结构构件不需要大修即可按预定目的使用的年限。

3、结构的极限状态⑴承载能力极限状态：对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变位的状态。

第二章结构按极限状态法设计计算的第二章：结构按极限状态法设计计算引言：结构设计是指根据一定的设计标准和规范，确定结构的尺寸、形状、布置和材料等参数，以满足结构的使用功能和安全性能。

按照结构设计的方法可以分为多种方法，其中一种重要的方法就是极限状态法。

极限状态法是结构设计的一种常用方法，其主要思想是在结构受力下达到一定的强度和刚度极限，以保证结构在使用寿命内不发生失效。

一、极限状态法的概念及应用极限状态法是一种结构设计和验算的方法，它主要通过设定一组设计基本组合，使结构在不同荷载工况下，达到不同的极限状态。

常见的极限状态包括承载力极限状态和使用极限状态。

承载力极限状态是指结构在承受设计荷载时不达到破坏或不满足规范要求的状态。

使用极限状态是在结构承受设计荷载时保证结构具有足够的刚度和稳定性的状态。

极限状态法的应用十分广泛，可以用于各类工程结构的设计和验算。

例如，在建筑领域，可以利用极限状态法进行楼房、桥梁、隧道等结构的设计和验算。

在机械工程中，可以应用于机械设备的设计和验算。

此外，在船舶、飞机、汽车等领域也可以采用极限状态法进行结构设计。

二、极限状态法的设计计算流程极限状态法的设计计算流程主要包括以下几个步骤：1.确定设计荷载：首先需要根据所设计的结构的使用功能和要求，确定结构所承受的设计荷载，包括静力荷载、动力荷载和温度荷载等。

2.计算设计荷载效应：针对确定的设计荷载，在结构中计算各个构件的受力效应，包括轴力、弯矩、剪力和位移等。

3.选择设计基本组合：根据结构的不同工作状态，在不同的荷载组合下进行设计。

设计基本组合是根据不同荷载的作用时机和性质，经过科学分析和统计得出的一组合理的组合。

4.计算承载力极限状态：在选定的设计基本组合下，对结构进行承载力验算，以保证结构在受力状态下不发生破坏或失效。

5.计算使用极限状态：在选定的设计基本组合下，对结构进行使用性能验算，包括结构的刚度、稳定性和振动等性能。

《结构设计原理》复习资料第一篇钢筋混凝土结构第一章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能二、学习重点在本章的学习中应注意以下几个方面的问题：（1）混凝土的强度指标有哪些，以及获得它们的方法；（2）混凝土的应力应变关系曲线，弹性模量的取值方法；（3）混凝土收缩、徐变的概念及特性；（4）两类钢材的变形及强度特征；（5）锚固长度的意义；（6）钢筋混凝土结构对混凝土与钢筋的基本要求。

三、复习题（一）填空题1、在钢筋混凝土构件中钢筋的作用是替混凝土受拉或协助混凝土受压。

2、混凝土的强度指标有混凝土的立方体强度、混凝土轴心抗压强度和混凝土抗拉强度。

3、混凝土的变形可分为两类：受力变形和体积变形。

4、钢筋混凝土结构使用的钢筋，不仅要强度高，而且要具有良好的塑性、可焊性，同时还要求与混凝土有较好的粘结性能。

5、影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多，其中主要为混凝土强度、浇筑位置、保护层厚度及钢筋净间距。

6、钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料能够有效地结合在一起共同工作，其主要原因是：钢筋和混凝土之间具有良好的粘结力、钢筋和混凝土的温度线膨胀系数接近和混凝土对钢筋起保护作用。

7、混凝土的变形可分为混凝土的受力变形和混凝土的体积变形。

其中混凝土的徐变属于混凝土的受力变形，混凝土的收缩和膨胀属于混凝土的体积变形。

（二）判断题1、素混凝土的承载能力是由混凝土的抗压强度控制的。

………………………………【×】2、混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈好。

………………………【×】3、线性徐变在加荷初期增长很快，一般在两年左右趋以稳定，三年左右徐变即告基本终止。

………………………………………………………………………………………………【√】4、水泥的用量愈多，水灰比较大，收缩就越小。

………………………………………【×】5、钢筋中含碳量愈高，钢筋的强度愈高，但钢筋的塑性和可焊性就愈差。