砼結(jié)構(gòu)基本知識歸納分享
發(fā)布時間：2013-03-15 新聞來源：一覽混凝土英才網(wǎng)
砼結(jié)構(gòu)概述：
砼結(jié)構(gòu)包括素砼、鋼筋砼、型鋼砼和預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)。
其中型鋼砼結(jié)構(gòu)又稱鋼骨砼結(jié)構(gòu)，他是指用型鋼或鋼板焊成鋼骨架作為主要配筋的砼結(jié)構(gòu)；鋼管砼結(jié)構(gòu)是指在鋼管中澆搗砼做成的結(jié)構(gòu)；素砼結(jié)構(gòu)承載力低、性質(zhì)脆，很少用來作為承力結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作時，在其受拉部位人為地施加預(yù)壓應(yīng)力的砼結(jié)構(gòu)；型鋼砼結(jié)構(gòu)承載能力大、抗震性能好，但耗鋼量較多，可在高層、大跨或抗震要求較高工程中采用；鋼管砼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件連接較復(fù)雜，維護(hù)費用多。
在砼結(jié)構(gòu)中配置一定形式和數(shù)量的鋼筋，可以收到下列效果：
1、結(jié)構(gòu)承載力有很大提高；
2、結(jié)構(gòu)的受力性能得到顯著改善；
3、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力可防止下部保護(hù)層開裂銹蝕鋼筋。
鋼筋和砼可以相互共同工作的主要原因是：
1、砼結(jié)硬后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，相互傳遞內(nèi)力。（粘結(jié)力是這兩種不同性質(zhì)的材料能夠共同工作的基礎(chǔ)）
2、鋼筋和砼的線膨脹系數(shù)數(shù)值相近，當(dāng)溫度變化時，鋼筋與砼之間不會存在較大的相對變形和溫度應(yīng)力而發(fā)生粘結(jié)破壞；
3、砼可以防止鋼筋銹蝕。
鋼筋砼結(jié)構(gòu)比素砼結(jié)構(gòu)有較高的承載力和較好的受力性能，與其他結(jié)構(gòu)相比具有以下特點：
一、優(yōu)點
1、可就地取材
2、節(jié)約鋼材
3、耐久與耐火
4、可模性好
5、現(xiàn)澆式或裝配整體式鋼筋砼結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大。
二、缺點
1、自重大
（措施：輕質(zhì)高強(qiáng)砼和高強(qiáng)度鋼筋）
2、抗裂性差
（措施：施加預(yù)應(yīng)力）
3、脆性大
（措施：加強(qiáng)配筋或在砼中摻加短段高強(qiáng)纖維）
注：砼結(jié)構(gòu)破壞前預(yù)兆較小，特別是在抗剪切、抗沖切和小偏心受壓構(gòu)件破壞時，破壞往往是突然發(fā)生的。
砼結(jié)構(gòu)材料性能：
一、鋼筋
鋼筋類別：熱軋鋼筋、中高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線及冷加工鋼筋三大系列。
性能：
1）應(yīng)力－應(yīng)變式變形性能
2）塑性性能（伸長率、冷彎性能、強(qiáng)度及彈性模量）
要求：強(qiáng)度高、塑性好、可焊性高、與砼的粘結(jié)錨固性好。
選用原則：
1）鋼筋砼結(jié)構(gòu)中鋼筋和預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋宜先采用HRB40O和HRB335級鋼筋；
2）預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，中高強(qiáng)鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。
二、砼的強(qiáng)度
砼的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度、水灰比、骨料品種、砼配合比、硬化條件和齡期等有很大關(guān)系。
試件的尺寸及形狀，試驗方法和加載時間不同，所得到的強(qiáng)度也不同。砼的抗壓性能比較穩(wěn)定，主要用于抗壓；其抗壓強(qiáng)度包括：
1、立方體抗壓強(qiáng)度
2、軸心抗壓強(qiáng)度
我國采用邊長為150mm的立方體作為砼抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度（即等級標(biāo)準(zhǔn)）；采用棱柱體測得的抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度。
標(biāo)準(zhǔn)值測定：以邊長150mm的立方體砼試件在2O 3`C的溫度和相對濕度在90％以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28天，依照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得具有95％保證率的抗壓強(qiáng)度作為砼的強(qiáng)度等級。
試驗表明砼從開始加荷到破壞的全過程可分為三個階段，砼受壓破壞是由于砼內(nèi)裂縫的擴(kuò)展所致，如果對砼的橫向變形加以約束，限制裂縫的發(fā)展可以提高砼的縱向抗壓強(qiáng)度。
砼在復(fù)合應(yīng)力下的強(qiáng)度：
砼結(jié)構(gòu)和構(gòu)件通常受到軸力、彎矩、剪力和扭矩的不同組合作用，砼很少處于理想的單向受力狀態(tài)，而更多的是處于雙向或三向受力狀態(tài)，其受力情形有：
1、砼雙向受力強(qiáng)度
2、砼在法向應(yīng)力和切向應(yīng)力作用下的復(fù)合強(qiáng)度
3、砼的三向受壓強(qiáng)度
應(yīng)力狀態(tài)結(jié)果：
壓～壓＠強(qiáng)度提高
拉～拉＠強(qiáng)度不變
拉～壓＠強(qiáng)度比壓壓和拉拉兩狀態(tài)下強(qiáng)度都低
多向受壓強(qiáng)度＞單向受壓強(qiáng)度
多向受拉強(qiáng)度＝單向受拉強(qiáng)度
砼的變形：
砼的變形可分為砼的受力變形和非受力變形。
砼受力變形：
1、受壓砼的一次短期加荷應(yīng)力～應(yīng)變曲線
2、砼彈性模量、變形模量
3、受拉砼的變形
4、砼的徐變
非受力變形：
1、砼的收縮與膨脹
2、砼的溫度變形
徐變：在荷載保持不變的情況下，隨時間而增長的變形稱為徐變；徐變對于結(jié)構(gòu)的變形和強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力砼中的鋼筋應(yīng)力都將產(chǎn)生重要影響。
徐變的影響因素：
1、砼的組成和配合比是影響徐變的內(nèi)在因素；
2、養(yǎng)護(hù)及使用條件下的溫度和濕度是影響徐變的環(huán)境因素；
3、砼的應(yīng)力條件是影響徐變的非常重要的因素。
砼的選用原則：
建筑工程中，鋼筋砼構(gòu)件的砼等級不應(yīng)低于C15；當(dāng)采用HRB335級鋼筋時，砼強(qiáng)度等級不宜低于C20；當(dāng)采用HRB400和RRB400級鋼筋及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，砼強(qiáng)度等級不得低于C20；預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的砼強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，砼強(qiáng)度等級不宜低于C40。
三、鋼筋與砼的粘結(jié)
粘結(jié)力：當(dāng)鋼筋和砼有相對變形（滑移），就在鋼筋和砼交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，這種力稱為鋼筋和砼的粘結(jié)力。
[粘結(jié)力產(chǎn)生的原因：砼與鋼筋有應(yīng)變差]
思考：粘結(jié)破壞、錨固破壞及撕裂破壞之間的區(qū)別與聯(lián)系。
粘結(jié)力的組成：
1、化學(xué)膠結(jié)力
2、摩擦力
3、機(jī)械咬合力
4、鋼筋端部錨固力
影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素：
1、鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均隨砼的強(qiáng)度提高而提高；
2、砼保護(hù)層厚度和鋼筋之間的凈矩越大，劈裂抗力越大，因而粘結(jié)強(qiáng)度越高；
3、橫向鋼筋限制了縱向裂縫的發(fā)展，使粘結(jié)強(qiáng)度提高；
4、鋼筋端部的彎鉤、彎折及附加錨固措施（如焊鋼筋和焊鋼板）可以提高錨固粘結(jié)能力。
保證可靠粘結(jié)的構(gòu)造措施：
1、鋼筋之間的距離和砼保護(hù)層不能太�。�
2、為增加局部粘結(jié)作用和減小裂縫度，在同等鋼筋面積條件下，優(yōu)先采用小直徑的變形鋼筋；
3、為保證鋼筋伸入支座的粘結(jié)力，應(yīng)使鋼筋伸入支座有足夠錨固長度；
4、鋼筋不宜在砼的受拉區(qū)截斷；
5、橫向鋼筋的存在約束了徑向裂縫的發(fā)展，使砼的粘結(jié)強(qiáng)度提高，故大直徑鋼筋的搭接和在錨固區(qū)域設(shè)置橫向加密箍筋，可增大該區(qū)段的粘結(jié)能力。
砼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
一、結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)及結(jié)構(gòu)抗力
結(jié)構(gòu)上的作用是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，以及引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的各種因素（如地震、基礎(chǔ)差異沉降、溫度變化、砼收縮等）。前者以力的形式作用于結(jié)構(gòu)上，稱為直接作用；后者以變形的形式作用于結(jié)構(gòu)上，稱為間接作用。
直接作用或間接作用作用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，由此在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生內(nèi)力和變形（如軸力、剪力、彎矩、扭矩及撓度、轉(zhuǎn)角和裂縫等）稱為作用效應(yīng)。當(dāng)為直接作用，即荷載作用時，其效應(yīng)也稱為荷載效應(yīng)。
結(jié)構(gòu)抗力是指整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力，如構(gòu)件的承載能力、剛度等。
結(jié)構(gòu)上的作用按隨時間的變異，可分為三類：永久作用、可變作用和偶然作用。
砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、砼強(qiáng)度等級以及鋼筋種類、賠筋的數(shù)量及方式等確定后，構(gòu)件便具有一定的抗力。影響抗力的主要因素有材料性能（強(qiáng)度、變形模量等）幾何參數(shù)（構(gòu)件尺寸）和計算模式的精確性（抗力計算所采取的基本假設(shè)和計算公式等）。這些因素都是隨機(jī)變量，因此由這些因素綜合確定的結(jié)構(gòu)抗力也是一個隨機(jī)變量。
結(jié)構(gòu)上的作用與時間有關(guān)，結(jié)構(gòu)抗力也隨時間變化。為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)，稱為設(shè)計基準(zhǔn)期。
注意：結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個周期的區(qū)別和聯(lián)系。
二、結(jié)構(gòu)可靠度
安全性、適用性和耐久性稱為結(jié)構(gòu)的可靠性，也就是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、完成預(yù)定功能的能力。
結(jié)構(gòu)可靠度則是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、完成預(yù)定功能的概率，即可靠度是可靠性的概率度量。
荷載和材料強(qiáng)度
結(jié)構(gòu)物在使用期內(nèi)所承受的荷載不是一個定值，而是在一定范圍內(nèi)變動。結(jié)構(gòu)設(shè)計時所取用的材料強(qiáng)度，可能比實際強(qiáng)度或大或小，即材料的實際強(qiáng)度也在一定范圍內(nèi)波動。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計時所取用的荷載值和材料強(qiáng)度值應(yīng)采用概率統(tǒng)計方法確定。
三、極限狀態(tài)設(shè)計法：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。
承載能力極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到允許的最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形。
其中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于塑性變形而使其幾何形狀發(fā)生顯著改變，雖未達(dá)到最大承載能力，但已喪失使用功能，故也屬于承載能力極限狀態(tài)。
（注：承載能力極限狀態(tài)主要考慮有關(guān)結(jié)構(gòu)安全的功能，出現(xiàn)的概率應(yīng)該很低；對于任何承載的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，都需要按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計。）
正常使用極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能規(guī)定的某項限值。
正常使用極限狀態(tài)主要考慮有關(guān)結(jié)構(gòu)適用性和耐久性的功能，對財產(chǎn)和生命的危害相對較小，出現(xiàn)的概率可以稍高一些。但過大的變形和過度的裂縫不僅影響結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性能，也會造成人們的不安全感。故，通常對結(jié)構(gòu)構(gòu)件先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行承載能力計算，然后根據(jù)使用要求按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行變形、裂縫寬度或抗裂等驗算。
可變荷載的四個代表值：標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。
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