砼結構基本知識歸納分享
發布時間：2013-03-15 新聞來源：一覽混凝土英才網
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，相互傳遞內力。（粘結力是這兩種不同性質的材料能夠共同工作的基礎）
2、鋼筋和砼的線膨脹系數數值相近，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、優點
1、可就地取材
2、節約鋼材
3、耐久與耐火
4、可模性好
5、現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，而更多的是處于雙向或三向受力狀態，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在因素；
2、養護及使用條件下的溫度和濕度是影響徐變的環境因素；
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別與聯系。
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小；
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截斷；
5、橫向鋼筋的存在約束了徑向裂縫的發展，使砼的粘結強度提高，故大直徑鋼筋的搭接和在錨固區域設置橫向加密箍筋，可增大該區段的粘結能力。
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，由此在結構上產生內力和變形（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（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，稱為設計基準期。
注意：結構設計的幾個周期的區別和聯系。
二、結構可靠度
安全性、適用性和耐久性稱為結構的可靠性，也就是結構在規定的時間內、在規定的條件下、完成預定功能的能力。
結構可靠度則是指結構在規定的時間內、在規定的條件下、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
結構物在使用期內所承受的荷載不是一個定值，而是在一定范圍內變動。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計方法確定。
三、極限狀態設計法：承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。
承載能力極限狀態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。
（注：承載能力極限狀態主要考慮有關結構安全的功能，出現的概率應該很低；對于任何承載的結構或構件，都需要按承載能力極限狀態進行設計。）
正常使用極限狀態是指結構或構件達到正常使用或耐久性能規定的某項限值。
正常使用極限狀態主要考慮有關結構適用性和耐久性的功能，對財產和生命的危害相對較小，出現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進行承載能力計算，然后根據使用要求按正常使用極限狀態進行變形、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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