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混凝土结构设计原理 学习指导 第 1 章 绪 论 （一）混凝土结构的定义和分类 1．定义：以混凝土为主要材料制成的结构称为混凝土结构。 2．分类：钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、素混凝土结构。 钢筋混凝土结构——由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构称为钢筋混凝土结构； 预应力混凝土结构——由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构称为预应力混凝土结构； 素混凝土结构——由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构称为素混凝土结构。 钢筋混凝土除了如上所述能合理利用两种材料的性能外，还有就地取材、耐久性好、耐火性好、整体性强、可塑性好等优点。 自重大、抗裂性能差、隔热隔声性能也较差。此外，钢筋混凝土结构补强加固及改建比较困难。 （五）结构的功能（三性） 安全性、适用性、耐久性 安全性：结构承载能力的可靠性；适用性：在正常使用过程中不产生影响使用的过大变形及不发生过宽的裂缝和振动；耐久性：结构或构件在设计使用年限内，在正常危害条件下，不需要进行大修就可满足正常使用和安全功能要求的能力。 （六）极限状态 概念：结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能的要求。 可分为：正常使用极限状态和承载能力极限状态。 （七）荷载标准值：是荷载的基本代表值，用下标k表示。 （八）环境类别：共五类 第 1．单向受力下混凝土的强度 影响抗压强度测试因素：套箍作用和加荷速度 表1 单向应力状态下的混凝土强度 强度 立方体抗压强度 轴心抗压强度 轴心抗拉强度 表示符号 fcu,k fck ftk 标准试件 150×150×150mm3 150×150×300mm3 测定方法 标准试验方法 标准试验方法 直拉试验 劈裂试验 使用范围 混凝土强度等级划分，（C15～C80）共14个等级 结构设计时混凝土强度取值的依据 间接地衡量混凝土的冲切强度 联系 fcu,k fck＝0.88αc1αc2fcu,k 几点说明 ① 施工单位按图纸规定的强度等级制作混凝土, 现场用同样的混凝土制作一定量的试块, 以检验其立方体抗压强度是否满足要求； ② 立方体抗压强度是在实验室条件下取得抗压强度（标准养护试块），具有95%以上的强度保证率； ③ 结构实体的环境条件与实验室标养试块不同，标养试块立方体强度不能真实反应结构实体混凝土的抗压强度，必须增加同条件养护试块立方体强度予以判定结构实体的强度； ④ 不同尺寸试件的“尺寸效应” ：fcu(200)×1.05 = fcu(150) =fcu(100)×0.95 （5）轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系： （6）圆柱体轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系： （7）抗拉强度：用直接轴拉试验或劈裂试验测定，对于劈裂试验： 实际混凝土结构构件大多是处于复合应力状态，例如框架梁、柱既受到柱轴向力作用等 表2 复合应力状态下的混凝土强度 法向应力与剪应力组合 双向受拉 双向受压 拉--压状态 与单向受拉比较接近fcc′＝ fc′+(4.5～7.0)fL 图3 法向应力与剪应力组合下混凝土的强度 1．混凝土在一次短期荷载作用下的变形性能 （1）混凝土受压时应力--应变曲线 Ⅰ、上升段 弹性阶段OA(A点是比例极限) 稳定裂缝扩展阶段AB，（临界点B可作为长期抗压强度依据）（应变增长＞应力增加） 不稳定裂缝扩展阶段BC段，（C点对应的峰值应力作为混凝土棱柱体抗压强度试验值）（塑形变形显著增加） Ⅱ、下降段CE 图4 混凝土受压时应力--应变曲线 裂缝迅速发展，内部结构的整体性破坏，传递荷载的传力路线减少。 曲线向下弯曲，直到D点（曲率为零处，“拐点”），结构受力发生本质变化，由骨料间的咬合力及摩擦力和残余承压面受力共同承受荷载。 补充：正截面处于非均匀受压时混凝土的极限压应变 εu=0.0033 混凝土处于轴向受压时混凝土的极限压应变 ε0=0.002 （3）混凝土处三向受压时的变形特点： 如果混凝土试件横向处于约束状态，除可以提高它的抗压强度外，还可以大大提高它的延性。 （4）混凝土的变形模量 与弹性材料不同，混凝土的应变与应力关系是一条曲线，不同应力阶段的应力与应变之比是一个变量。混凝土受压变形模量，有三种方法表示：① 混凝土的原点弹性模量；② 混凝土的变形模量；③ 混凝土的切线模量。 混凝土受拉受拉弹模与受压弹模基本相同。 ▲ 研究混凝土曲线，一方面看强度，另一方面看后期变形能力（混凝土达到极限强度后，应力下降相同幅度时变形的大小，变形大，表明承受变形的能力高，延性好）