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混凝土结构理论

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《混凝土结构理论》课程

学习模块 一： 钢筋混凝土结构基本概念和设计方法

1.名词解释

1、 结构的可靠性：结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的能力（或者安全性、耐久性、适用性）。

2、作用和作用效应：作用是使结构产生内力或变形的各种原因；作用效应是结构上各种作用对结构产生的效应的总称。

3、结构抗力：结构或构件承受作用效应的能力，即结构或结构。

4、条件屈服强度：对于无明显屈服点的钢筋取残余应变为%时对应的应力2.0作为强度设计指标，成为条件屈服强度。

5、徐变和收缩：混凝土在荷载的长期作用下随时间增长而增长的变形称为徐变；混凝土在空气中硬化时体积收缩的现象称为收缩。

6、极限状态：当结构超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，称为极限状态。

2. 简答题

1、钢筋和混凝土两种不同材料能够有效结合在一起共同工作的原因

答：一：钢筋和混凝土之间存在粘结力，使两者之间能传递力和变形；

二：钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数接近。

2、钢筋和混凝土之间的粘结力主要由哪几部分组成影响粘结强度的因素有哪些 答：化学胶着力、摩阻力、和机械咬合力三种。

影响因素有：钢筋表面形状、混凝土强度、保护层厚度、钢筋浇筑位置、钢筋净间距、横向钢筋和横向压力等。

3、建筑结构应满足哪些功能要求为满足这些功能要求，需要对结构进行什么验算

答：安全性，适用性，耐久性。

满足安全性需进行承载能力极限状态验算；

满足适用性和耐久性需进行正常使用极限状态验算。

4、什么是结构的设计状况工程结构设计的设计状况可分为哪几种

答：设计状况是代表一定时段内实际情况的一组设计条件，设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态；

分为：持久设计状况、短暂设计状况、偶然设计状况和地震设计状况。

5、什么是徐变徐变对钢筋混凝土结构有何影响

答：混凝土在荷载的长期作用下随时间增长而增长的变形称为徐变；

徐变使构件变形增加；在钢筋混凝土截面内引起应力重分布；在预应力混凝土构件中引起预应力损失；某些情况下可减少由于支座不均匀沉降而产生的应力，延缓收缩裂缝出现。

6、混凝土收缩变形有哪些特点对混凝土结构有哪些影响

答：混凝土收缩是一种随时间增长而增长的变形；凝结初期收缩变形发展较快，二个月达50%；三个月后趋于逐渐缓慢，一般两年后趋于稳定。

混凝土收缩收到约束时将产生收缩拉力，加速裂缝的出现和开展；预应力混凝土结构中，混凝土收缩将导致预应力损失。

7、钢筋的应力-应变关系分为哪两类为何将屈服强度作为强度设计指标

答：分为有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋，习惯上也分别称为软钢和硬钢。

因为当构件某一截面的钢筋应力达到屈服强度后，将在荷载基本不变情况下产生持续的塑性变形，使构件的变形和裂缝宽度显着增大以致无法使用，因此一般结构计算中通常取屈服强度作为设计强度的依据。

学习模块 二：混凝土结构构件 习题：

1.名词解释

1、 梁截面有效高度:钢筋截面形心至梁顶面受压边缘的距离。

2、界限相对受压区高度：受拉钢筋屈服的同时受压区混凝土被压碎，即适筋梁和超筋梁的界限破坏状态时的相对受压区高度。

3、单向板：当l2/l1>2时，板主要沿短跨方向受弯，设计中可仅考虑短边方向受弯，长边可仅按构造处理的板。

4、双向板：当l2/l1≤2时，沿板长边传递的荷载以及长跨方向的弯矩均不能忽略，设计中需考虑双向受弯的板。

5、塑性内力重分布：由于超静定结构的塑性变形而使结构内力重新分布的现象。

2.简答题

1、 钢筋混凝土正截面受弯构件有哪几种破坏形态各有什么特征

答：1）适筋梁：破坏特征为受拉钢筋首先屈服，然后受压区混凝土被压碎。从钢筋屈服到受弯构件破坏，屈服弯矩My到极限弯矩Mu变化不大，但构件曲率或挠度f变形很大，破坏前有明显预兆，表现为延性破坏。

2）超筋梁：破坏特征表现为受压混凝土先压碎，受拉钢筋未屈服。超筋梁的破坏取决于受压区混凝土的抗压强度，受拉钢筋的强度未得到充分发挥，破坏为没有明显预兆的脆性破坏，实际工程中应避免采用。

3）少筋梁：破坏特征是混凝土一开裂就破坏。梁的强度取决于混凝土的抗拉强度，混凝土的受压强度未得到充分发挥，极限弯矩很小，属于受拉脆性破坏特征，且承载能力低，应用不经济，实际工程中应避免采用。

2、简述钢筋混凝土塑性铰的特点。

答：A). 仅沿弯矩方向转动；

B). 转动能力有限；

C). 能承担一定弯矩 Mu；

D). 形成塑性变形区域。

3、正截面承载力计算的基本假定

答：（1）截面保持平面；（2）不考虑混凝土的抗拉强度；（3）采用简化的混凝土的应力应变关系曲线;(4)纵向钢筋的应力等于钢筋应变与起弹性模量的乘积，但绝对值不大于其强度设计值。

4、简述适筋梁破坏三个阶段的受力特点及其与计算的联系

答：（1）第I阶段，弹性工作阶段，其阶段末Ia为抗裂验算的依据；（2）第II阶段，带裂缝工作阶段，为裂缝跨度和挠度计算依据；（3）第III阶段，破坏阶段，其阶段末IIIa为承载力计算依据。

5、什么情况下可以采用双筋截面梁配置受压钢筋有何有利作用

答：（1）梁承受的弯矩很大，构件截面尺寸和材料受使用和施工限制不能增加，同时计算无法满足单筋截面最大配筋率限制条件而出现超筋梁；（2）不同荷载组合下，截面承受正、负弯矩作用时；

配置受压钢筋有利于提高截面的延性。

3.计算题

1、已知矩形截面简支梁，跨中弯矩设计值M=。该梁的截面尺寸b×h=200mm×450mm,混凝土强度等级C30，钢筋HRB400级。试确定该梁跨中纵筋配筋面积As。

附：fc=mm2，ft=mm2，fy=360N/mm2，1=，0.518b ，h0=450-45=405mm

解： （1）计算x，并判断是否超筋

mmhmmbfMhhxbc79.207405518.086.147201200

不属于超筋。

（2）计算As，并判断是否少筋

002.00018.0/45.0minytff

min0.45/0.00160.002,=0.002tyff取

2min,21mm180450200002.0mm1174/sycsAfbxfA

不属于少筋。

因此，纵向受力钢筋面积As取1174mm2满足适筋梁要求。

2、某钢筋混凝土矩形截面梁，混凝土保护层厚为25mm(二a类环境)，b=250mm，h=500mm，承受弯矩设计值M=，采用C20级混凝土，HRB400级钢筋，箍筋直径为8mm，截面配筋如图所示(As为1256mm2)。复核该截面是否安全。

已知：fc=mm2，ft=mm2，fy=360N/mm2，1=，0.518b ，h0=455mm 解：（1）计算配筋率

min0.450.451.1/3600.0014tyff

minmin0.001412560.010.002250500sAbh

故不属于少筋破坏

（2）计算受压区高度

03601256188.40.518455235.699.6250ysbcfAxmmhmmfb

（3）计算受弯承载力

0()3601256(4550.5188.4)163.141602uysxMfAhKNmMKNm 故承载力满足要求，该截面安全。

学习模块 三：受弯构件斜截面承载力计算

1.名词解释

1、 抵抗弯矩图：按截面实有纵筋的面积计算截面实际能够抵抗弯矩的图形

2、 腹筋：箍筋和弯起钢筋统称腹筋。

3、 无腹筋梁：仅有纵筋而未配置腹筋的梁称为无腹筋梁。

4、 配箍率：箍筋截面面积与相应混凝土面积的比值，即bsAsvsv。

5、剪跨比：指剪弯区段某垂直截面弯矩相对于剪力和有效高度的比值，即0VhM，对于集中荷载简支梁，可简化为00haVhM。

2.简答题

1、钢筋混凝土斜截面受剪有哪几种破坏形态各有什么特征

答：斜拉破坏：若剪跨比过大(>3)，或配箍率sv太小，斜裂缝一出现，与斜裂缝相交的箍筋应力就很快达到屈服，箍筋不再限制斜裂缝的开展，构件斜向拉裂为两部分而破坏，具有很明显的脆性。

剪压破坏：构件箍筋适量，且剪跨比适中（1  3），临近破坏时在剪弯段受拉区出现一条临界斜裂缝，箍筋应力达到屈服强度，最后剪压区的剪应力和压应力迅速增加而压碎，属于脆性破坏。

斜压破坏：箍筋过多或梁很小时，一般小于1，梁的弯剪段腹部混凝土被一系列近乎平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压体，在正应力和剪应力共同作用下混凝土被压碎导致，箍筋未屈服，属脆性破坏。

2、影响无腹筋梁受剪承载力的因素有哪些

答：剪跨比λ、混凝土强度、纵筋配筋率、尺寸效应、截面形状等。

3、影响有腹筋梁受剪承载力的因素有哪些

答：剪跨比λ、混凝土强度、配箍率、箍筋强度、纵筋配筋率等。

4、箍筋的作用有哪些

答：（1）斜裂缝出现后，斜裂缝间的拉应力由箍筋承担，增强了梁的剪力传递能力；

（2）箍筋限制了斜裂缝的发展，增加了剪压区的面积；

（3）减少斜裂缝宽度，提高裂缝间的骨料咬合力；

（4）增强了纵筋的销栓作用；

（5）提高了构件斜截面的受弯能力。

5、纵筋弯起需满足什么条件

答：（1）正截面受弯承载力；

（2）斜截面受弯承载力；

（3）斜截面受剪承载力和构造要求。

3.计算题

（1）某简支梁b×h=250mm×600mm,混凝土强度等级为C30（tf=mm2 cf=mm2），箍筋采用双肢10HPB300级钢筋 （Asv1=,fyv=270Mpa）, 承受均布荷载，剪力设计值为382kN。as＝40samm。请按照仅配置箍筋对构件进行斜截面抗剪承载力设计。已知：,50.30.447%0.240.127%5090tsvmimyvff ，mms200max。

解:（1）计算截面有效高度.

406000h=560mm

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混凝土结构设计原理常见问题

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引言

混凝土结构是现代建筑中最常见的一种结构类型，其性能稳定、施工方便、造价适中等优点，在建筑中有着广泛的应用。但是，在混凝土结构的设计中，由于设计人员对于混凝土材料的了解不足或是考虑不周，常常会出现一些问题，导致结构安全隐患或者建筑质量问题。本文将从混凝土结构设计的基本原理、常见问题以及解决方案三个方面进行探讨，以期提高混凝土结构设计的质量和安全性。

一、混凝土结构设计的基本原理

1.1 混凝土结构的基本构成

混凝土结构由混凝土材料和钢筋组成，其中混凝土是主要承受结构荷载的材料，而钢筋则是为混凝土提供抗拉强度的材料。混凝土结构的受力状态可分为拉压受力和剪力受力两种。

1.2 混凝土结构的设计方法

混凝土结构的设计需要符合一定的设计原则，包括强度原则、稳定原则、经济原则和安全原则。其中，强度原则是指混凝土结构的设计应保证结构的强度满足规定的要求；稳定原则是指结构应保持稳定，避免产生不稳定的破坏；经济原则是指结构设计应尽可能保证结构的经济性；安全原则是指结构设计应保证结构的使用安全性。

1.3 混凝土结构设计中常用的理论方法

混凝土结构设计中常用的理论方法包括弹性理论、塑性理论、极限平衡理论等。其中，弹性理论适用于静力荷载作用下的强度计算；塑性理论适用于静力荷载作用下的变形计算；极限平衡理论适用于非常规荷载作用下的计算。

二、混凝土结构设计中的常见问题

2.1 钢筋的布置问题

钢筋的布置是混凝土结构设计中的一个重要问题，合理的钢筋布置可以提高结构的抗震性能和强度。然而，在实际设计中，由于考虑不周或是经验不足，很多设计人员往往会出现钢筋布置不合理的问题，导致结构的安全性和稳定性受到影响。

2.2 混凝土强度的问题

混凝土强度是混凝土结构设计中的一个关键问题，其强度的高低直接影响结构的承载能力和使用寿命。然而，在实际设计中，由于混凝土材料的性能存在差异或是混凝土配合比设计不合理等原因，很多混凝土结构往往会出现强度不足的问题，导致结构的安全性和使用寿命降低。

混凝土的结构设计理论与方法综述

混凝土的结构设计理论与方法综述

混凝土的结构设计理论与方法综述

混凝土作为一种广泛应用于建筑工程中的材料，其结构设计是保证建筑物安全可靠的重要环节。本文将对混凝土的结构设计理论与方法进行综述，并探讨其在实际工程中的应用。

一、混凝土结构设计理论

1. 强度理论

混凝土结构的设计首要考虑其强度，常用的强度理论有极限强度设计和工作状态设计。极限强度设计是根据混凝土的抗压、抗拉强度等力学性能，计算出结构在极限状态下的承载能力。工作状态设计则考虑混凝土结构在使用过程中的变形和应力，保证结构在可接受的范围内工作。

2. 破坏理论

混凝土结构在受到承载时，可能发生破坏，破坏理论研究的是结构在破坏前的力学行为。常用的破坏理论有弹性极限理论、塑性极限理论和破碎力学理论等。这些理论可以帮助工程师预测结构在受力过程中的破坏形式，从而选择合适的结构设计方案。

3. 建筑结构理论

混凝土结构的设计需要考虑建筑结构的整体性能。建筑结构理论主要研究结构的稳定性、刚度和振动等性能。在混凝土结构设计中，需要合理选择结构形式、尺寸和布置，以满足建筑物的使用要求。 二、混凝土结构设计方法

1. 统计学方法

统计学方法是根据混凝土材料的强度分布特性，通过统计学方法得到结构的安全系数。这种方法适用于结构规模大、建设周期长的工程，在统计学方法中，常用的计算方法有可靠性设计和极限状态设计。

2. 实测数据方法

混凝土结构设计时，可以利用实测数据进行分析和计算。实测数据方法是通过对已建成的混凝土结构进行监测和测试，获得结构的应力、变形等参数，从而验证设计的合理性和可行性。

3. 数值模拟方法

随着计算机技术的不断发展，数值模拟方法在混凝土结构设计中得到广泛应用。通过建立数学模型和使用有限元等数值方法，可以模拟结构在受力过程中的变形和应力分布情况，从而指导结构设计的优化。

三、混凝土结构设计的应用

1. 房屋建筑

混凝土结构在房屋建筑中得到广泛应用，比如楼房、别墅等。在房屋建筑中，混凝土可以灵活运用，既可以作为承重结构，也可以作为装饰材料，从而实现安全、美观和经济效益的结合。

同济大学研究生《高等混凝土结构理论》复习要点与教学大纲

同济大学研究生《高等混凝土结构理论》复习要点与教学大纲

这是同济大学《高等混凝土结构理论》期末考试的复习要点，希望对考博选考3007高等混凝土与钢结构这门课的同学有所帮助。

1．Stress-strain curves of concrete under monotonic, repeated and cyclic

uniaxial loadings. 单轴受力时混凝土在单调、重复、反复加载时的应力应变曲线。

2．Creep of concrete (linear and nonlinear) 混凝土的徐变（线性、非线性徐变）

3．Components of deformation of concrete 混凝土变形的多元组成

4．Process of failure of concrete under uniaxial compression 混凝土在单向受压时破坏的过程。

5． Strength indices of concrete and the relations among them 混凝土的强度指标及其之间关系

6．Features of stress-strain envelope curve of concrete under repeated

compressive loading. 混凝土单向受压重复加载时的应力应变关系的包络线的特征。

7．The crack contact effect of concrete and its representation in stress-strain

diagram. 混凝土的裂面效应及其在应力应变关系图上的表示。

8．The multi-level two-phase system of concrete. 混凝土的多层次二相体系。

9．The rheological model of concrete. 混凝土的流变学模型。

10.Influence of stress gradient on strength of concrete. 应力梯度对混凝土强度的影响。

混凝土结构的疲劳性能设计原理

混凝土结构的疲劳性能设计原理

混凝土结构的疲劳性能设计原理

一、引言

混凝土结构作为一种重要的建筑材料，在工程中得到了广泛的应用。由于其具有高强度、高耐久性、易施工等优点，混凝土结构在建筑工程中是不可替代的。然而，随着工程使用年限的增长，混凝土结构的疲劳性能会逐渐下降，从而影响其使用寿命和安全性。因此，混凝土结构的疲劳性能设计是非常重要的。

本文将从混凝土结构的疲劳理论、疲劳荷载、疲劳寿命、疲劳裂缝的形成与扩展等方面探讨混凝土结构的疲劳性能设计原理。

二、混凝土结构的疲劳理论

混凝土结构在长期受到交变荷载作用后，会逐渐出现疲劳现象。疲劳是指材料在交变载荷作用下，由于应力的变化而产生的损伤和变形。混凝土结构的疲劳现象主要表现为疲劳裂缝的形成和扩展。因此，混凝土结构的疲劳性能设计应考虑疲劳裂缝的形成和扩展规律。

疲劳裂缝的形成和扩展是由于混凝土结构在交变荷载作用下，出现了应力集中和变形集中现象。在应力集中区域，混凝土的应力会超过其极限抗拉强度，从而导致疲劳裂缝的形成。随着交变荷载的不断作用，疲劳裂缝会逐渐扩展并最终导致结构破坏。

三、混凝土结构的疲劳荷载

混凝土结构的疲劳荷载是指在一定的时间内，结构所能承受的交变荷载。在实际工程中，混凝土结构的疲劳荷载主要由以下因素决定：

1.结构的几何形状和尺寸：结构的几何形状和尺寸会影响结构的应力分布情况，从而影响结构的疲劳荷载。

2.结构的材料和质量：结构的材料和质量会影响结构的强度和耐久性，从而影响结构的疲劳荷载。

3.结构的荷载历史：结构的荷载历史会影响结构的疲劳荷载，长期作用于结构上的荷载会导致结构的疲劳破坏。

4.结构的工作环境：结构的工作环境会影响结构的疲劳荷载，如气候、温度、湿度等因素会影响结构的疲劳荷载。

四、混凝土结构的疲劳寿命

混凝土结构的疲劳寿命是指结构在规定的疲劳荷载下，能够承受的荷载次数。混凝土结构的疲劳寿命与结构的材料、结构的几何形状和尺寸、结构的荷载历史、结构的工作环境等因素有关。