下载文档原格式
混凝土结构设计原理陈小平第5版一、引言混凝土结构是现代建筑中最常用的结构类型之一，其广泛应用的原因在于其具有良好的耐久性、可塑性、抗震性等优点。
混凝土结构设计是建筑工程中的重要环节之一，其设计过程需要考虑多种因素，包括结构的承载能力、耐久性、安全性等。
本文将介绍混凝土结构设计的原理和方法，以及相关的设计标准和规范。
二、混凝土结构设计的基本原理混凝土结构设计的基本原理是根据结构的受力情况和使用要求，确定结构的材料、截面尺寸、受力构件的位置和布局等。
混凝土结构设计需要考虑以下几个方面：1. 结构的受力情况混凝土结构在使用中会受到多种不同的载荷，例如自重、活载、风荷载、地震荷载等。
设计过程中需要根据不同的载荷情况进行分析，确定结构的受力形式和大小。
2. 结构的承载能力混凝土结构的承载能力是指结构在受到一定荷载作用下的承载能力。
设计过程中需要根据结构的受力情况和使用要求，确定结构的承载能力和安全系数。
3. 结构的耐久性混凝土结构在使用中需要具有一定的耐久性，能够抵抗自然环境和使用条件的影响。
设计过程中需要考虑混凝土的强度、抗裂性、耐久性等因素，确保结构的耐久性。
4. 结构的安全性混凝土结构在使用中需要具有一定的安全性，能够保证人身财产的安全。
设计过程中需要考虑结构的抗震性、防火性等因素，确保结构的安全性。
三、混凝土结构设计的方法混凝土结构设计的方法主要有以下几种：1. 极限状态设计法极限状态设计法是混凝土结构设计中最常用的一种方法。
其基本思想是在结构受力达到极限状态时，能够满足规定的安全性要求。
该方法需要考虑结构的承载能力和变形能力等因素，以确保结构在使用中的安全性和稳定性。
2. 等效荷载法等效荷载法是将不同类型的荷载转化为等效的单一荷载，以简化设计过程。
该方法需要考虑荷载的种类和大小，以及结构的受力情况和承载能力等因素。
3. 变形控制设计法变形控制设计法是针对大型混凝土结构设计中的一种方法。
其基本思想是通过控制结构的变形，来保证结构在使用中的稳定性和安全性。
《混凝土结构设计原理》实验指导书及报告书专业班级：姓名：学号:实验成绩：土木建筑工程学院结构实验室2017年11月实验一钢筋混凝土单筋矩形梁正截面受弯承载力试验一、试验目的1、观察适筋梁的破坏过程(裂缝出现及开展，挠度变化及破坏特征)。
2、观察适筋梁纯弯段在使用阶段的裂缝宽度及裂缝间距。
3、验证平截面假定。
4、初步了解正截面科学研究的基本方法。
二、试件设计为了确保梁正截面受弯破坏，试件的剪弯区段配置足够数量箍筋。
纵筋端部锚固也足够可靠。
图1－1和表1－1给出了L－1(适筋梁)的配筋详图及截面参数。
设计时，砼采用C30，架立钢筋HPB300级钢筋，纵向受力筋HRB400级钢筋。
表1－1 实验梁参数图1－1 配筋详图三、试件制作试件采用干硬性砼，振捣器振捣，蒸气养护或自然养护28天，制作试件同时预留砼立方体试块(150mm×150mm×150mm)和纵向受力钢筋试件以测得砼和钢筋的实际强度，所用钢筋不得冷拉。
表1－2 材料强度四、加荷装置采用三等分点加荷，梁中部为纯弯区段，见图1－2。
图1－2 加载装置示意图五、仪表安装1、百分表(φ1～φ3)用来测定梁的挠度，其中φ1、φ2用来测定支座沉降。
123f ()2φφφ＋挠度＝－2、用应变片来测定纵向应变以验证平截面假定。
3、分配梁应与试件在同一平面内，并对中。
4、通过加载系统电脑直接显示所加荷载。
六、安全措施及注意事项为了得到准确可靠的试验数据以及保证试验过程中人和仪器仪表的安全，应做到：1、试验区域必需清洁整齐。
2、加荷系统稳定可靠。
3、为了防止仪表损坏，在安装时应轻拿轻放，用力要适当，并绑好安全绳。
4、在试验中不能够触动仪表，以免影响读数。
5、试验梁下设安全垫块以免梁破坏时伤害操作人员和破坏仪表。
6、试验过程中为避免人员伤害，不得在试件破坏阶段离试件过近（尤其不能在试件底面观察）。
七、加荷制度1、荷载分级不宜超过计算破坏荷载的10％，构件开裂前每级荷载宜取计算破坏荷载的10％，超过计算破坏荷载的90%后，取5％。
第9章钢筋混凝土构件的变形、裂缝验算及耐久性一、填空题1.混凝土构件裂缝开展宽度及变形验算属于正常使用极限状态的设计要求，验算时材料强度采用标准值，荷载采用标准值、准永久值。
2. 增大构件截面高度是提高钢筋混凝土受弯构件抗弯刚度的最有效措施。
3.平均裂缝宽度计算公式中，σ是指裂缝截面处的纵向钢筋拉应力，其值是按荷载sk效应的标准组合计算的。
4.钢筋混凝土构件的平均裂缝间距随混凝土保护层厚度增大而增大，随纵筋配筋率增大而减小。
5.钢筋混凝土受弯构件挠度计算中釆用的最小刚度原则是指在相同符号弯矩范围内，假定其刚度为常数，并按最大弯矩截面处的最小刚度进行计算。
6.裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ是指裂缝间受拉纵筋平均应变与裂缝截面处的受拉纵筋应变之比，反映了裂缝间拉区混凝土参与工作的程度。
7.结构构件正常使用极限状态的要求主要指在各种作用下的裂缝宽度和变形不应超过规定的限值。
8.结构的耐久性设计要求是指结构构件应满足设计使用年限的要求。
9.混凝土结构应根据使用环境类别和结构类别进行耐久性设计。
10.在荷载作用下，截面受拉区混凝土中出现裂缝，裂缝宽度与受拉纵筋应力几乎成正比。
11.钢筋混凝土和预应力混凝土构件，按所处环境类别和结构类别确定相应的裂缝控制等级最大裂缝宽度限值。
12.平均裂缝间距与混凝土保护层厚度、纵向受拉钢筋直径、纵向受拉钢筋表面特征系数及纵向钢筋配筋率有关。
13.轴心受拉构件的平均裂缝宽度为构件裂缝区段范围内钢筋的平均伸长与相应水平处构件侧表面混凝土平均伸长之差。
14.最大裂缝宽度等于平均裂缝宽度乘以扩大系数，这个系数是考虑裂缝宽度的随机性以及长期荷载作用的影响。
15.受弯构件的最大挠度应按荷载效应的标准组合，并考虑荷载长期作用影响进行计算。
16.结构构件正截面的裂缝控制等级分为三级。
17.环境类别中一类环境是指室内正常环境。
二、选择题1.减少钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度，首先应考虑的措施是[ a ]。
《混凝土结构设计原理》 第4章 受弯构件的正截面受弯承载力4.1混凝土弯曲受压时的极限压应变cu ε的取值如下：当正截面处于非均匀受压时，cu ε的取值随混凝土强度等级的不同而不同，即cu ε＝0.0033－0.5(f cu,k －50)×10-5，且当计算的cu ε值大于0.0033时，取为0.0033；当正截面处于轴心均匀受压时，cu ε取为0.002。
4.2所谓“界限破坏”，是指正截面上的受拉钢筋的应变达到屈服的同时，受压区混凝土边缘纤维的应变也正好达到混凝土极限压应变时所发生的破坏。
此时，受压区混凝土边缘纤维的应变c ε＝cu ε＝0.0033－0.5(f cu,k －50)×10-5，受拉钢筋的应变s ε＝y ε＝f y ／E s 。
4.3因为受弯构件正截面受弯全过程中第Ⅰ阶段末(即Ⅰa 阶段)可作为受弯构件抗裂度的计算依据；第Ⅱ阶段可作为使用荷载阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据；第Ⅲ阶段末(即Ⅲa 阶段)可作为正截面受弯承载力计算的依据。
所以必须掌握钢筋混凝土受弯构件正截面受弯全过程中各阶段的应力状态。
正截面受弯承载力计算公式正是根据Ⅲa 阶段的应力状态列出的。
4.4当纵向受拉钢筋配筋率ρ满足b min ρρρ≤≤时发生适筋破坏形态；当min ρρ<时发生少筋破坏形态；当b ρρ>时发生超筋破坏形态。
与这三种破坏形态相对应的梁分别称为适筋梁、少筋梁和超筋梁。
由于少筋梁在满足承载力需要时的截面尺寸过大，造成不经济，且它的承载力取决于混凝土的抗拉强度，属于脆性破坏类型，故在实际工程中不允许采用。
由于超筋梁破坏时受拉钢筋应力低于屈服强度，使得配置过多的受拉钢筋不能充分发挥作用，造成钢材的浪费，且它是在没有明显预兆的情况下由于受压区混凝土被压碎而突然破坏，属于脆性破坏类型，故在实际工程中不允许采用。
4.5纵向受拉钢筋总截面面积A s 与正截面的有效面积bh 0的比值，称为纵向受拉钢筋的配筋百分率，简称配筋率，用ρ表示。
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 S teel 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。
第八章混凝土构件变形和裂缝宽度验算一、填空题：1、钢筋混凝土构件的变形或裂缝宽度过大会影响结构的、性。
2、规规定，根据使用要求，把构件在作用下产生的裂缝和变形控制在。
3、在普通钢筋混凝土结构中，只要在构件的某个截面上出现的超过混凝土的抗拉强度，就将在该截面上产生方向的裂缝。
4、平均裂缝间距就是指的平均值。
5、平均裂缝间距的大小主要取决于。
6、影响平均裂缝间距的因素有、、、。
7、钢筋混凝土受弯构件的截面抗弯刚度是一个，它随着和而变化。
8、钢筋应变不均匀系数的物理意义是。
9、变形验算时一般取同号弯矩区段截面抗弯刚度作为该区段的抗弯刚度。
10、规用来考虑荷载长期效应对刚度的影响。
二、判断题：1、混凝土结构构件只要满足了承载力极限状态的要求即可。
（）2、混凝土构件满足正常使用极限状态的要为了保证安全性的要求。
（）3、构件中裂缝的出现和开展使构件的刚度降低、变形增大。
（）4、裂缝按其形成的原因，可分为由荷载引起的裂缝和由变形因素引起的裂缝两大类。
（）5、实际工程中，结构构件的裂缝大部分属于由荷载为主引起的。
（）6、引起裂缝的变形因素包括材料收缩、温度变化、混凝土碳化及地基不均匀沉降等。
（）7、荷载裂缝是由荷载引起的主应力超过混凝土抗压强度引起的。
（）8、进行裂缝宽度验算就是将构件的裂缝宽度限制在规允许的围之。
（）9、规控制温度收缩裂缝采取的措施是规定钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距。
（）10、规控制由混凝土碳化引起裂缝采取的措施是规定受力钢筋混凝土结构保护层厚度。
（）11、随着荷载的不断增加，构件上的裂缝会持续不断地出现。
（）L主要取决于荷载的大小。
（）12、平均裂缝间距cr是所有纵向受拉钢筋对构件截面的配筋率。
（）13、有效配筋率te14、平均裂缝宽度是平均裂缝间距之间沿钢筋水平位置处钢筋和混凝土总伸长之差。
（）15、最大裂缝宽度就是考虑裂缝并非均匀分布，在平均裂缝宽度的基础上乘以一个增大系数而求得的。
（ ）16、当纵向受拉钢筋的面积相等时，选择较细直径的变形钢筋可减小裂缝宽度。
第2章-思考题2.1 混凝土立方体抗压强度f cu,k 、轴心抗压强度标准值f ck 和抗拉强度标准值f tk 是如何确定的？为什么f ck 低于f cu,k ？f tk 与f cu,k 有何关系？f ck 与f cu,k 有何关系？答：混凝土立方体抗压强度f cu,k ：以边长为150mm 的立方体为标准试件，标准立方体试件在（20±3）℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d ，按照标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土立方体抗压强度标准值。
轴心抗压强度标准值f ck ：以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，棱柱体试件与立方体试件的制作条件与养护条件相同，按照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度作为混凝土轴心抗压强度标准值。
轴心抗拉强度标准值f tk ：以150mm ×150mm ×300mm 的棱柱体作为混凝土轴心抗拉强度试验的标准试件，棱柱体试件与立方体试件的制作条件与养护条件相同，按照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗拉强度作为混凝土轴心抗拉强度标准值。
（我国轴心抗拉强度标准值是以轴拉试验确定，美国和加拿大是以劈拉实验确定）为什么f ck 低于f cu,k ：我国规定的标准试验方法是不涂润滑剂的，试件在加载过程中横向变形就会受到加载板的约束（即“套箍作用”），而这种横向约束对于立方体试件而言可以到达试件的中部；由于棱柱体试件的高度较大，试验机压板与试件之间摩擦力对试件高度中部的横向变形的约束影响较小，所以棱柱体试件的抗压强度标准值f ck 都比立方体抗压强度标准值f cu,k 小，并且棱柱体试件高宽比越大，强度越小。
f tk 与f cu,k 的关系：()0.450.55,20.880.3951 1.645tk cu k c f f δα=⨯-⨯2c α-高强砼的脆性折减系数； δ-变异系数。
《混凝土结构设计原理》教学大纲适用专业：土木工程课程编号：课程类别：必修课课内学时：64开课学期：6一、教学大纲说明（一）课程性质与目的本课程属土木工程专业必修的专业基础课，是一门实践性很强与现行的规范、规程等相关的专业基础课。
（二）课程的基本要求通过本课程的学习，使学生掌握混凝土结构学科的基本理论和基本知识，为在校继续学习《混凝土结构设计》专业课以及毕业后在混凝土结构学科领域继续学习提供坚实的基础。
（三）本课程的重点重点讲授工程结构中常见的受弯构件、受拉构件、受压构件和受扭构件的设计计算方法。
（四）本课程与其他相关课程的关系本课程的先修课程为结构力学、荷载与结构设计方法。
二、课程内容及学时分配（一）课程内容1绪论1.1混凝土结构的基本概念1.2混凝土结构的发展与应用概况1.3混凝土结构设计原理课程的特点与学习方法2混凝土结构材料的物理力学性能2.1钢筋2.2混凝土2.3混凝土与钢筋的粘结3按近似概率理论的极限状态设计法3.1极限状态3.2按近似概率的极限状态设计法4受弯构件正截面受弯承载力4.1梁、板的一般构造4.2梁的正截面受弯承载力试验结果4.3正截面承载力计算的基本假定及其应用4.4单筋矩形截面受弯构件的正截面受弯承载力计算4.5双筋矩形截面梁的正截面受弯承载力计算4.6T形截面受弯构件的正截面受弯承载力计算5受弯构件的斜截面承载力5.1受弯构件斜截面承载力的一般概念5.2剪跨比及斜截面受剪的破坏形态5.3斜截面受剪破坏的机理及主要影响因素5.4斜截面受剪承载力的计算公式与适用范围5.5斜截面受剪承载力计算的方法和步骤5.6保证斜截面受弯承载力的构造措施5.7梁内钢筋的构造要求6受压构件截面承载力计算6.1受压构件的一般构造6.2轴心受压构件正截面受压承载力计算6.3偏心受压构件正截面的受力过程与破坏形态6.4偏心受压构件的纵向弯曲影响6.5偏心受压构件正截面承载力的一般计算公式6.6不对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力的计算6.7对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力的计算6.8对称配筋I形截面偏心受压构件正截面承载力的计算6.9正截面承载力Nu—Mu相关曲线及其应用6.10双向偏心受压构件正截面承载力的计算6.11偏心受压构件斜截面受剪承载力的计算7受拉构件的承载力7.1轴心受拉构件正截面承载力的计算7.2偏心受拉构件正截面承载力的计算7.3偏心受拉构件斜截面受剪承载力的计算8受扭构件扭曲截面的受扭承载力8.1纯扭构件的试验研究8.2矩形截面纯扭构件的扭曲截面受扭承载力计算8.3弯剪扭构件的承载力计算8.4受扭构件的配筋构造要求9钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性9.1钢筋混凝土受弯构件的挠度验算9.2钢筋混凝土构件裂缝宽度验算9.3钢筋混凝土构件的截面延性9.4混凝土结构的耐久性10预应力混凝土构件设计10.1概述10.2张拉控制应力与预应力损失10.3后张法构件端部锚固区的局部承压验算10.4预应力混凝土轴心受拉构件的计算10.5预应力混凝土受弯构件的计算10.6部分预应力混凝土及无粘结预应力混凝土结构简述10.7预应力混凝土构件的构造要求11混凝土结构按《公路桥规》的设计原理11.1半概率极限状态设计法及其在《公路桥规》中的应用11.2《公路桥规》中的主要术语与符号11.3受弯构件正截面与斜截面强度的计算11.4受压构件正截面强度计算11.5受拉构件正截面强度的计算11.6钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝与变形验算11.7预应力混凝土受弯构件的设计与计算（二）学时分配章节1234567891011试验学时2641088245564三、教材及参考书（一）教材建议教材：马芹永．混凝土结构基本原理．北京：机械工业出版社，2020（二）参考书1高等学校土木工程专业指导委员会编．高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲．北京：中国建筑工业出版社，20022混凝土结构设计规范．GB50010－2010．北京：中国建筑工业出版社，20023东南大学等．混凝土结构（第五版）．北京：中国建筑工业出版社，20124沈浦生.混凝土结构设计原理（第5版），北京：高等教育出版社，20185叶见曙.结构设计原理（第4版），北京：人民交通出版社，2018。
