结构工程师考试一级基础（钢筋混凝土结构设计）.doc

2014年结构工程师考试 一级基础 ·1·学习要点　　1.了解工程结构的过去、现在和未来发展趋势，明确结构材料、理论方法、施工技术是决定工程结构发展的关键因素　　2.了解现有常规结构体系及在各工程领域的具体应用，明确钢结构、钢筋混凝土结构、砌体结构的主要特点　　3.了解结构与构件的关系，明确结构设计就是从整体结构到局部构件，再从局部构件到整体结构的设计过程　　4.了解结构计算简图的工程意义，学会建立实际结构合理的可计算的力学模型的方法　　5.熟悉结构荷载的种类和划分依据，掌握“永久荷载”、“可变荷载”、“偶然荷载”、“荷载代表值”、“荷载标准值”、“可变荷载准永久值”及“可变荷载组合值”等基本术语的定义，为第二章结构设计方法及后述各章的学习作好准备　　思考题　　1.什么叫工程结构?何为结构设计原理?　　2.古代、近代、现代土木工程有哪些重要区别?　　3.结构工程的发展与哪些因素直接相关?　　4.试述框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构的特点　　5.桥梁结构有哪些可选类型?其通常适宜的跨度为多少?　　6.一般将哪些结构称为特种结构?　　7.钢结构、混凝土结构、砌体结构各有哪些优缺点?　　8.组成结构的“基本元素”有哪些?　　9.何为刚域?它与刚节点有何不同?　　10.永久作用，可变作用和偶然作用各有什么特征?　　11.何为荷载代表值、荷载标准值、可变荷载准永久值、可变荷载频遇值及可变荷载组合值?　　12.为什么把荷载标准值作为荷载基本代表值看待·2·学习要点　　本章讨论受弯构件(许多场合，受弯构件又称为梁)的承载能力计算，是全书的重点之一，应足够重视。

在弯矩M作用下，构件的变形引进“平截面”假定，以中和轴为界，一侧受拉、另一侧受压，线应变呈线性分布弹性应力在截面上亦呈线性分布，弹塑性应力分布比较复杂正截面承载力计算，在极限状态(塑性阶段)截面应力图式按矩形考虑剪力V的参与，导致主拉应力和主压应力的作用面为斜截面，故破坏沿斜截面发生构件弯曲抗剪的问题，即是斜截面承载力计算的问题构件承载能力除满足相应的公式以外，还需要满足构造要求　　1.钢筋混凝土梁正截面从加载到破坏，可分为三个阶段每个受力阶段截面上应力、应变图形都有自己的特点和变化规律，分别作为抗裂、变形、承载力计算的依据根据钢筋数量 的不同，受弯构件正截面破坏时有三种破坏形态，注意它们之间质的区别以及相互之间的界限规范以适筋破坏作为设计计算的依据　　2适筋梁正截面承载力极限状态可简单表述为：钢筋屈服的同时，压区混凝土达到极限应变即钢筋达到强度设计值，压区混凝土应力取矩形图式要求了解计算简图，掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形截面这三种最常用的受弯构件正截面承载力计算问题，熟悉构造规定　　3钢筋混凝土梁斜截面必须进行计算了解斜截面的破坏形态，影响抗剪承载力的主要因素：掌握斜截面抗剪承载力计算理论依据和方法;熟悉斜截面抗弯承载力的构造措施——纵筋截断、弯起和锚固;了解材料图的概念和绘制方法;熟悉抗剪构造要求。

　　4砌体结构受弯构件之抗弯、抗剪承载力均可按材料力学理论计算最大应力，使其不超过设计值，并用内力表示受剪构件需考虑法向应力对抗剪承载力的有利影响　　5.钢材是典型的各向同性材料，应力分布与初等力学理论符合良好弹性应力在构件的上、下边缘最大，考虑全截面屈服时，应力呈矩形分布设计计算时用截面的弹性抵抗矩，同时引进塑性发展系数强度计算包括正应力、剪应力、局部承压应力和腹翼交界处的折算应力计算钢梁一般是薄壁截面，稳定至关重要，整体稳定和局部稳定均需要考虑整体失稳，又称弯扭失稳;整体稳定验算，由稳定系数来考虑局部稳定，如果不满足验算要求，可设加劲肋来保证组合钢梁还需验算焊缝或连接螺栓6.了解钢梁的类型和梁格布置，熟悉钢梁的设计内容和设计步骤，掌握梁的强度计算、稳定验算方法钢筋混凝土结构　　热轧钢筋是由低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成的消除应力钢丝是将光面钢筋拉拔后校直，经中温回火消除应力并进行了稳定化处理螺旋肋钢丝是将热轧圆盘条钢丝经冷轧将其直径减小后在其表面冷轧成月牙肋的钢筋刻痕钢丝是在光面钢丝的表面上进行机械刻痕而成钢绞线是将多根高强钢丝拧在一起，再经过低温回火消除内应力所谓热处理钢筋是将一定强度的热轧钢筋通过再加热、淬火和回火等工艺进行调质处理的钢筋。

　　此外，用冷拉或冷拔的冷加工方法可以提高热轧钢筋的强度，冷拉时钢筋的冷拉应力值必须超过钢筋的屈服强度，经过一段时间后，钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，称为“时效硬化”时效硬化”与温度有关，当温度超过 700 ℃ ，钢材会恢复到冷拉前的力学性能为此，冷拉钢筋应先焊好后再进行冷拉，冷拉后钢筋的塑性有所降低冷拔钢筋是将钢筋用强力使其通过比它自身直径小的硬质合金拔丝模，经过几次冷拔.钢丝的强度比原来有大幅度提高，但其塑性降低很多　　冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，而冷拨则可同时提高钢筋的抗拉和抗压强度　　热轧钢筋属软钢，其应力应变曲线有明显的屈服点和流幅，伸长率较大，在计算承载力时，以屈服点作为钢筋的强度限值其性能的主要指标为：屈服点、抗拉强度、伸长率和冷弯性能　　预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋属硬钢，其应力应变曲线没有明显的屈服点和流幅，在计算承载力时，取其极限抗拉强度σb的 85 %作为条件屈服点其主要性能指标为抗拉强度、伸长率和冷弯性能　　普通钢筋和预应力钢筋的强度标准值及设计值见我国现行国家标准 《 混凝土结构设计规范 》 GB 50010 一 2002 (以下简称 《 规范 》 )有关规定.　　钢筋的强度标准值应具有不小干 95 %的保证率。

　　钢筋的疲劳强度是指在某一规定应力幅度内(指一次循环应力中最大和最小应力的差值)，经受一定次数循环荷载(等幅 200 万次)后发生疲劳破坏的最大应力值试验表明，影响钢筋疲劳强度的主要因素为钢筋疲劳应力幅，即 ， 《 规范 》 中根据钢筋的疲劳强度设计值，给出了考虑应力比的钢筋疲劳应力幅限值　　钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求有熟有足够的强度和适当的屈强比;足够的塑性;可焊性;低温性能;与混凝土要有良好的粘结力 混凝土的变形　　混凝土的变形可分为在荷载下的受力变形和与受力无关的体积变形　　混凝土在单调、短期加荷作用下的变形性能　　图14-1-3所示混凝土受压时应力应变曲线的特征，是研究钢筋混凝土构件的强度、变形、延性和受力全过程分析的依据一般取棱柱体试件来测试混凝土的应力应变曲线，整个曲线呈上升段与下降段两个部分曲线中最大应力值f ck、与f ck 相应的应变值ε0、以及破坏时的极限应变值εu 是曲线的三个特征值应变ε0的平均值一般取为 2 .0×10-3 对于非均匀受压的情况，εu值约为 0.002 一 0.006 .甚至达到 0.008 或更高　　( 2 )混凝土受压时横向应变与纵向应变的关系，即混凝土的泊松比vc(=εh /εl)，可采用 0.2 .　　( 3 )混凝土处于三向受压时的变形特点　　因混凝土横向处于约束状态，其强度和延性均有较大程度的增长。

在工程实际中，可用间距较小的螺旋式钢筋或箍筋来约束混凝土，形成螺旋钢筋柱，或用于构件的节点区来提高承载力、延性和抗震性能　　混凝土抗拉性能弱，其峰值的应力应变要比受压时小很多通常遂把试件承受200万次(或更多次数)重复荷载时发生破坏的压应力值，称为混凝土的疲劳强度来源粘结　　1 粘结力的组成　　粘结力是指钢筋和混凝+接触界面上沿钢筋纵向的抗剪能力，也就是分布在界面上的纵向剪应力而锚固则是通过在钢筋一定长度上粘结应力的积累、或黔构造措施，将钢筋锚固”在混凝土中，保证钢筋和棍凝士的共同工作，使两种材料正常、充分地发挥作用钢筋与混授土的枯结锚固作用所包含的内容有川馄凝土凝结时.水泥胶的化学作用，使钢筋和混凝土在接触面上产生的胶结办;(助由于混凝土凝结时收缩，握裹住钢筋，在发生相互滑动时产生的摩阻力; ( 3 )钢筋表面粗糙不平或变形钢筋凸起的肋纹与棍凝土的咬合力：以及( 4 )当采用锚固措施后所造成的机械锚固力等光圆钢筋与混凝土之间的粘结力主要由胶结力形成　　2 )变形钢筋的粘结破坏由于表面轧有肋纹能与混既土犬牙相错紧密结合，其粘结力和摩阻力的作用自是有析增加，但主要还是机械咬合发挥的作用较大.往往占粘结力一半以上的份额。

根据试验.变形钢筋的粘结强度能高出光圆钢筋 2 一 3 倍.我国螺纹钢筋的粘结强度为 2.5 一 6.0N / mm2 剪力墙和楼、屋盖应符合下列构造要求：　　1 剪力墙骨架构件和楼、屋盖构件的宽度不得小于40mm，最大间距为600mm;　　2 剪力墙相邻面板的接缝应位于骨架构件上，面板可水平或竖向铺设，面板之间应留有不小于3mm的缝隙;　　3 木基结构板材的尺寸不得小于1.2m×2.4m，在剪力墙边界或开孔处，允许使用宽度不小于300mm的窄板，但不得多于两块;当结构板的宽度小于300mm时，应加设填块固定;　　4 经常处于潮湿环境条件下的钉应有防护涂层;　　5 钉距每块面板边缘不得小于10mm，中间支座上钉的间距不得大于300mm，钉应牢固的打入骨架构件中，钉面应与板面齐平　　6 当墙体两侧均有面板，且每侧面板边缘钉问距小于150mm时，墙体两侧面板的接缝应互相错开，避免在同一根骨架构件上当骨架构件的宽度大于65mm时，墙体两侧面板拼缝可在同一根构件上，但钉应交错布置　　当木屋盖和楼盖用作混凝土或砌体墙体的侧向支承时，楼、屋盖应有足够的承载力和刚度，以保证水平力的可靠传递木屋盖和楼盖与墙体之间应有可靠的锚固;锚固连接沿墙体方向的抵抗力应不小于3.0kN/m。

　　 轻型木结构构件的开孔或缺口应符合下列规定：　　1 屋盖、楼盖和顶棚等的搁栅的开孔尺寸不得大于搁栅截面高度的1/4，且距搁栅边缘不得小于50mm;　　2 允许在屋盖、楼盖和顶棚等的搁栅上开缺口，但缺口必须位于搁栅顶面，缺口距支座边缘不得大于搁栅截面高度的1/2，缺口高度不得大于搁栅截面高度的1/3;　　3 承重墙墙骨柱截面开孔或开凿缺口后的剩余高度不应小于截面高度的2/3，非承重墙不应小于40mm;　　4 墙体顶梁板的开孔或开凿缺口后的剩余高度不应小亍50mm;　　5 除在设计中已作考虑，否则不得随意在屋架构件上开孔或留缺口木材的主要特性　　1 槐木 干燥困难，耐腐性强，易受虫蛀　　2 乌墨(密脉蒲桃) 干燥较慢，耐腐性强　　3 木麻黄 木材硬而重，干燥易，易受虫蛀，不耐腐　　4 隆缘桉、柠檬桉和云南蓝桉 干燥困难，易翘裂，云南蓝桉能耐腐，隆缘桉和柠蒙桉不耐腐　　5 檫木 干燥较易，干燥后不易变色，耐腐性较强　　6 榆木 干燥困难，易翘裂，收缩颇大，耐腐性中等，易受虫蛀　　7 臭椿 干燥易，不耐腐，易呈蓝变色，木材轻软　　8 桤木 干燥颇易，不耐腐　　9 杨木 干燥易，不耐腐，易受虫蛀。

　　10 拟赤杨 木材轻、质软、收缩小、强度低、易干燥，不耐腐　　注：木材的干燥难易系指板材而言，耐腐性系指心材部分在室外条件下而言，边材一般均不耐腐在正常的温湿度条件下，用作室内不接触地面的构件，耐腐性并非是最重要的考虑条件　　应用范围　　1 宜先在木柱、搁栅、檩条和较小跨度的钢木桁架中使用，在取得成熟经验后，再逐步扩大其应用范围　　2 不耐腐朽和易受虫蛀的树种木材，若无可靠的防腐防虫处理措施，不得用作露天结构   操作工艺　　1.放样、号料　　1)熟悉施工图，发现有疑问之处，应与有关手艺部门联系解决　　2)筹备好做样板、样杆的材料，一般可采用薄铁皮和。