砼結構基本知識歸納分享
發(fā)布時間：2013-03-15 新聞來源：一覽混凝土英才網(wǎng)
砼結構概述：
砼結構包括素砼、鋼筋砼、型鋼砼和預應力砼結構。
其中型鋼砼結構又稱鋼骨砼結構，他是指用型鋼或鋼板焊成鋼骨架作為主要配筋的砼結構；鋼管砼結構是指在鋼管中澆搗砼做成的結構；素砼結構承載力低、性質(zhì)脆，很少用來作為承力結構；預應力砼結構是指在結構構件制作時，在其受拉部位人為地施加預壓應力的砼結構；型鋼砼結構承載能力大、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；鋼管砼結構的構件連接較復雜，維護費用多。
在砼結構中配置一定形式和數(shù)量的鋼筋，可以收到下列效果：
1、結構承載力有很大提高；
2、結構的受力性能得到顯著改善；
3、預應力鋼筋砼結構施加預應力可防止下部保護層開裂銹蝕鋼筋。
鋼筋和砼可以相互共同工作的主要原因是：
1、砼結硬后，能與鋼筋牢固地粘結在一起，相互傳遞內(nèi)力。（粘結力是這兩種不同性質(zhì)的材料能夠共同工作的基礎）
2、鋼筋和砼的線膨脹系數(shù)數(shù)值相近，當溫度變化時，鋼筋與砼之間不會存在較大的相對變形和溫度應力而發(fā)生粘結破壞；
3、砼可以防止鋼筋銹蝕。
鋼筋砼結構比素砼結構有較高的承載力和較好的受力性能，與其他結構相比具有以下特點：
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構的整體性好，剛度大。
二、缺點
1、自重大
（措施：輕質(zhì)高強砼和高強度鋼筋）
2、抗裂性差
（措施：施加預應力）
3、脆性大
（措施：加強配筋或在砼中摻加短段高強纖維）
注：砼結構破壞前預兆較小，特別是在抗剪切、抗沖切和小偏心受壓構件破壞時，破壞往往是突然發(fā)生的。
砼結構材料性能：
一、鋼筋
鋼筋類別：熱軋鋼筋、中高強鋼絲和鋼絞線及冷加工鋼筋三大系列。
性能：
1）應力－應變式變形性能
2）塑性性能（伸長率、冷彎性能、強度及彈性模量）
要求：強度高、塑性好、可焊性高、與砼的粘結錨固性好。
選用原則：
1）鋼筋砼結構中鋼筋和預應力砼結構中的非預應力鋼筋宜先采用HRB40O和HRB335級鋼筋；
2）預應力鋼筋宜采用預應力鋼絞線，中高強鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。
二、砼的強度
砼的強度與水泥強度、水灰比、骨料品種、砼配合比、硬化條件和齡期等有很大關系。
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；其抗壓強度包括：
1、立方體抗壓強度
2、軸心抗壓強度
我國采用邊長為150mm的立方體作為砼抗壓強度標準強度（即等級標準）；采用棱柱體測得的抗壓強度作為軸心抗壓強度。
標準值測定：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28天，依照標準試驗方法測得具有95％保證率的抗壓強度作為砼的強度等級。
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度。
砼在復合應力下的強度：
砼結構和構件通常受到軸力、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、砼雙向受力強度
2、砼在法向應力和切向應力作用下的復合強度
3、砼的三向受壓強度
應力狀態(tài)結果：
壓～壓＠強度提高
拉～拉＠強度不變
拉～壓＠強度比壓壓和拉拉兩狀態(tài)下強度都低
多向受壓強度＞單向受壓強度
多向受拉強度＝單向受拉強度
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力～應變曲線
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；徐變對于結構的變形和強度、預應力砼中的鋼筋應力都將產(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，鋼筋砼構件的砼等級不應低于C15；當采用HRB335級鋼筋時，砼強度等級不宜低于C20；當采用HRB400和RRB400級鋼筋及承受重復荷載的構件，砼強度等級不得低于C20；預應力砼結構的砼強度等級不應低于C30；當采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，砼強度等級不宜低于C40。
三、鋼筋與砼的粘結
粘結力：當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力。
[粘結力產(chǎn)生的原因：砼與鋼筋有應變差]
思考：粘結破壞、錨固破壞及撕裂破壞之間的區(qū)別與聯(lián)系。
粘結力的組成：
1、化學膠結力
2、摩擦力
3、機械咬合力
4、鋼筋端部錨固力
影響粘結強度的因素：
1、鋼筋的粘結強度均隨砼的強度提高而提高；
2、砼保護層厚度和鋼筋之間的凈矩越大，劈裂抗力越大，因而粘結強度越高；
3、橫向鋼筋限制了縱向裂縫的發(fā)展，使粘結強度提高；
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）可以提高錨固粘結能力。
保證可靠粘結的構造措施：
1、鋼筋之間的距離和砼保護層不能太��；
2、為增加局部粘結作用和減小裂縫度，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力，應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，使砼的粘結強度提高，故大直徑鋼筋的搭接和在錨固區(qū)域設置橫向加密箍筋，可增大該區(qū)段的粘結能力。
砼結構設計方法
一、結構上的作用、作用效應及結構抗力
結構上的作用是指施加在結構上的集中力或分布力，以及引起結構外加變形或約束變形的各種因素（如地震、基礎差異沉降、溫度變化、砼收縮等）。前者以力的形式作用于結構上，稱為直接作用；后者以變形的形式作用于結構上，稱為間接作用。
直接作用或間接作用作用于結構構件上，由此在結構上產(chǎn)生內(nèi)力和變形（如軸力、剪力、彎矩、扭矩及撓度、轉角和裂縫等）稱為作用效應。當為直接作用，即荷載作用時，其效應也稱為荷載效應。
結構抗力是指整個結構或結構構件承受作用效應（即內(nèi)力和變形）的能力，如構件的承載能力、剛度等。
結構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。
砼結構構件的截面尺寸、砼強度等級以及鋼筋種類、賠筋的數(shù)量及方式等確定后，構件便具有一定的抗力。影響抗力的主要因素有材料性能（強度、變形模量等）幾何參數(shù)（構件尺寸）和計算模式的精確性（抗力計算所采取的基本假設和計算公式等）。這些因素都是隨機變量，因此由這些因素綜合確定的結構抗力也是一個隨機變量。
結構上的作用與時間有關，結構抗力也隨時間變化。為確定可變作用及與時間有關的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)，稱為設計基準期。
注意：結構設計的幾個周期的區(qū)別和聯(lián)系。
二、結構可靠度
安全性、適用性和耐久性稱為結構的可靠性，也就是結構在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、完成預定功能的能力。
結構可靠度則是指結構在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、完成預定功能的概率，即可靠度是可靠性的概率度量。
荷載和材料強度
結構物在使用期內(nèi)所承受的荷載不是一個定值，而是在一定范圍內(nèi)變動。結構設計時所取用的材料強度，可能比實際強度或大或小，即材料的實際強度也在一定范圍內(nèi)波動。因此，結構設計時所取用的荷載值和材料強度值應采用概率統(tǒng)計方法確定。
三、極限狀態(tài)設計法：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)是指結構或構件達到允許的最大承載能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形。
其中，結構構件由于塑性變形而使其幾何形狀發(fā)生顯著改變，雖未達到最大承載能力，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)主要考慮有關結構安全的功能，出現(xiàn)的概率應該很低；對于任何承載的結構或構件，都需要按承載能力極限狀態(tài)進行設計。）
正常使用極限狀態(tài)是指結構或構件達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)主要考慮有關結構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構的正常使用和耐久性能，也會造成人們的不安全感。故，通常對結構構件先按承載能力極限狀態(tài)進行承載能力計算，然后根據(jù)使用要求按正常使用極限狀態(tài)進行變形、裂縫寬度或抗裂等驗算。
可變荷載的四個代表值：標準值、組合值、頻遇值和準永久值。
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