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开放大学混凝土结构设计课程资料汇编

一、课程概述与学习导言

混凝土结构设计是土木工程领域中至关重要的专业核心课程，它融合了材料力学、结构力学等基础理论，并与工程实践紧密结合。本资料汇编旨在为开放大学学习者提供一份系统、扼要且实用的学习参考，帮助大家梳理课程脉络，掌握核心知识点，提升分析与解决实际工程问题的能力。

本课程的学习，要求学习者不仅要理解混凝土结构的基本概念、设计原理和计算方法，更要熟悉现行设计规范的主要内容，并能将理论知识初步应用于简单混凝土结构的设计实践。学习过程中，应注重概念的准确性、原理的透彻性以及规范条文的理解与灵活运用，同时结合工程实例加深认知，培养结构设计的基本素养。

二、混凝土结构设计基本原理

2.1结构设计的基本要求

混凝土结构设计应满足安全性、适用性和耐久性的基本功能要求。安全性指结构在正常施工和使用条件下，能承受可能出现的各种作用；适用性指结构在正常使用时具有良好的工作性能；耐久性则要求结构在规定的设计使用年限内，在各种环境因素作用下，不需要进行大量维修就能保持其预定功能。这三者共同构成了结构可靠度的基础。

2.2极限状态设计法

当前我国混凝土结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。极限状态是指结构或构件能够满足设计规定的某一功能要求的临界状态，超过该状态结构或构件就不能满足设计要求。

2.2.1两类极限状态

*承载能力极限状态：对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。这是关系到结构安全的首要控制条件，需对结构的强度、稳定性等进行验算。

*正常使用极限状态：对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。主要包括影响正常使用或外观的变形、影响正常使用或耐久性的局部损坏（如裂缝宽度）以及影响正常使用的振动等。

2.2.2作用与作用效应

结构上的“作用”是指使结构产生内力、变形、应力和应变的各种原因。作用可分为直接作用（如荷载）和间接作用（如温度变化、混凝土收缩、基础不均匀沉降等）。由作用引起的结构或构件的内力、变形等称为作用效应（S）。

2.2.3结构抗力与材料性能

结构或构件承受作用效应的能力称为结构抗力（R）。结构抗力取决于构件的截面尺寸、材料性能以及计算模式的精确性。材料性能（如混凝土强度、钢筋强度）具有离散性，设计中采用的是具有一定保证率的材料强度设计值。

2.2.4设计表达式

承载能力极限状态设计表达式的一般形式为：S≤R。在实际应用中，需引入荷载分项系数、材料分项系数和结构重要性系数等，对荷载效应和结构抗力进行适当调整，以保证结构具有足够的可靠度。

三、混凝土结构材料性能

3.1混凝土的主要力学性能

混凝土是由水泥、砂、石、水（必要时掺加外加剂和掺合料）按适当比例配合，经搅拌、成型、养护硬化而成的人造石材。其力学性能是结构设计的重要依据。

*抗压强度：是混凝土的主要强度指标，通常以边长为150mm的立方体试块，在标准养护条件下养护28天所测得的抗压强度标准值来划分混凝土强度等级，如C30、C40等。轴心抗压强度是设计中构件正截面受压计算的依据，其值低于立方体抗压强度。

*抗拉强度：混凝土的抗拉强度很低，约为其抗压强度的1/10~1/20，这是混凝土结构易开裂的主要原因之一。在结构设计中，需注意验算混凝土的抗拉能力，如受弯构件的裂缝宽度验算。

*变形性能：包括弹性变形、塑性变形、徐变和收缩。徐变是指混凝土在长期恒定荷载作用下，随时间增长而产生的塑性变形；收缩是指混凝土在凝结硬化过程中，因体积减小而产生的变形。这些变形对结构的内力分布和使用性能有重要影响。

3.2钢筋的主要力学性能

混凝土结构中所用的钢筋，主要是热轧钢筋。其力学性能指标主要有屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能。

*屈服强度：是钢筋受力达到屈服阶段时的应力，是钢筋强度设计值的主要依据。

*抗拉强度：钢筋所能承受的最大拉应力，是衡量钢筋强度储备的指标。

*塑性性能：通过伸长率和冷弯试验来检验，保证钢筋在断裂前有足够的变形能力，这对结构的抗震性能和内力重分布至关重要。

在混凝土结构中，钢筋与混凝土之间的粘结性能是保证二者共同工作的基础。粘结力主要由化学胶着力、摩擦力和机械咬合力组成。

四、混凝土结构基本构件设计

4.1受弯构件（梁与板）

受弯构件是建筑结构中应用最广泛的构件之一，如楼盖中的梁和板。其主要受力特点是在荷载作用下产生弯曲变形，截面上同时存在弯矩和剪力。

4.1.1正截面受弯承载力计算

正截面受弯承载力计算是为了保证构件在荷载作用下，截面不致因弯曲而破坏。其基本假定包括：截面应变保持平面；不考虑混凝土的抗拉强度；混凝土的受压应力-应变关系采用特定曲线；钢筋的应力-应变关系为理想弹塑性。

根据上述假定，可以建立基本平衡方