混凝土结构计算

本书结合当前高等职业教育高端复合型技术/技能人才培养目标，深化三教改革探索，以钢筋混凝土常 用结构及临时工程结构的计算为载体，以《混凝土结构设计规范》《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范》《建筑结构可靠度设计统一标准》和《建筑结构荷载规范》等规范条文为依据，按照工程结构/构件 的设计要求编写而成。本书共十二个项目，内容主要涵盖了三个知识模块：构造措施、设计计算方法、混 凝土构件的受力性能，可作为高职院校建筑类专业相关课程的教学用书。

项目一 绪论 1
任务1.1 混凝土结构的一般概念及特点 1
1.1.1 混凝土结构（Concrete Structure）的一般概念 1
1.1.2 钢筋混凝土结构的特点 4
任务1.2 混凝土结构的发展概况与应用 4
1.2.1 混凝土结构的发展概况 4
1.2.2 混凝土结构的应用 5
任务1.3 本课程的主要内容、特点和学习方法 8
1.3.1 本课程的主要内容 8
1.3.2 本课程的特点和学习方法 8
【小结】 9
【操作与练习】 9
【课程信息化教学资源】 9
项目二 混凝土结构材料的物理力学性能 10
任务2.1 钢筋 11
2.1.1 钢筋的品种与级别 11
2.1.2 钢筋的强度与变形 12
2.1.3 钢筋的冷加工性能 13
2.1.4 混凝土结构对钢筋性能的要求 14
任务2.2 混凝土 15
2.2.1 单轴向应力状态下的混凝土的强度 15
2.2.2 混凝土的变形 20
任务2.3 钢筋与混凝土的黏结 25
2.3.1 黏结力的概念 25
2.3.2 黏结的作用 26
2.3.3 黏结力的组成 26
2.3.4 黏结强度 27
2.3.5 影响黏结强度的因素 28
2.3.6 钢筋的锚固 29
2.3.7 钢筋的连接 30
2.3.8 混凝土保护层 32
任务2.4 高强度混凝土物理力学性能简介 33
2.4.1 单轴抗压性能 33
2.4.2 极限应变与泊桑比 34
2.4.3 持久荷载作用下的性能与徐变 34
任务2.5 公路桥涵工程混凝土结构材料 34
2.5.1 相关材料要求 34
2.5.2 公路桥涵工程钢筋锚固长度 35
2.5.3 钢筋锚固的其他要求 35
【小结】 36
【操作与练习】 37
【课程信息化教学资源】 37
项目三 混凝土结构设计的基本原则 38
任务3.1 结构的功能要求和极限状态 38
3.1.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力 38
3.1.2 结构的功能要求 39
3.1.3 结构的极限状态 40
任务3.2 概率极限状态设计方法 42
3.2.1 结构可靠度 42
3.2.2 失效概率与可靠指标 42
3.2.3 目标可靠指标 43
任务3.3 荷载的代表值 44
3.3.1 荷载标准值 44
3.3.2 荷载组合值 45
3.3.3 荷载频遇值 45
3.3.4 荷载准较为值 45
任务3.4 材料强度的标准值和设计值 46
3.4.1 钢筋强度的标准值和设计值 46
3.4.2 混凝土强度的标准值和设计值 46
任务3.5 实用设计表达式 47
3.5.1 承载力极限状态设计表达式 47
3.5.2 正常使用极限状态设计表达式 50
任务3.6 公路桥涵混凝土结构设计的基本原则 51
3.6.1 两种结构的区别及其原因 51
3.6.2 极限状态设计表达式 52
【小结】 53
【操作与练习】 54
【课程信息化教学资源】 55
项目四 受弯构件正截面承载力的计算 56
任务4.1 梁和板的构造 57
4.1.1 截面形状及尺寸 57
4.1.2 钢筋的布置 58
任务4.2 试验结果分析 60
4.2.1 正截面工作的三个阶段 60
4.2.2 梁（正截面）破坏的三种形态 62
任务4.3 受弯构件正截面承载力的计算原则 64
4.3.1 基本假定 64
4.3.2 基本方程 65
4.3.3 适筋梁破坏和超筋梁破坏的界限条件 66
4.3.4 适筋梁破坏和少筋梁破坏的界限条件 68
任务4.4 计算单筋矩形截面的承载力 68
4.4.1 基本公式及适用条件 68
4.4.2 截面设计 69
4.4.3 截面复核 71
任务4.5 计算双筋矩形截面的承载力 72
4.5.1 基本公式及适用条件 72
4.5.2 截面设计 73
4.5.3 截面复核 76
任务4.6 计算T形截面的承载力 77
4.6.1 概述 77
4.6.2 计算公式及适用条件 78
4.6.3 截面设计 80
4.6.4 截面复核 81
任务4.7 计算公路桥涵结构中受弯构件截面承载力 82
4.7.1 截面承载力计算的基本假设 82
4.7.2 单筋矩形截面承载力的计算 83
4.7.3 双筋矩形截面承载力的计算 85
4.7.4 翼缘位于受压区的T形截面承载力的计算 85
任务4.8 分析影响受弯构件截面承载力的因素 87
4.8.1 混凝土强度等级 87
4.8.2 钢筋强度等级 87
4.8.3 截面尺寸 87
【小结】 88
【操作与练习】 88
【课程信息化教学资源】 90
项目五 受弯构件斜截面承载力的计算 92
任务5.1 斜截面开裂前的受力分析 93
任务5.2 无腹筋梁受剪性能 94
5.2.1 斜截面开裂后梁的应力状态 94
5.2.2 无腹筋梁剪切破坏形态 96
5.2.3 影响无腹筋梁受剪承载力的因素 97
5.2.4 无腹筋梁受剪承载力的计算公式 98
任务5.3 有腹筋梁的受剪性能 99
5.3.1 箍筋的作用 99
5.3.2 有腹筋梁的受剪破坏形态 99
5.3.3 仅配箍筋的梁的斜截面承载力计算公式 100
5.3.4 弯起钢筋 103
任务5.4 计算斜截面承载力的方法和步骤 104
5.4.1 计算截面的位置 104
5.4.2 截面的设计计算 105
5.4.3 截面复核 107
任务5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施 108
5.5.1 抵抗弯矩图及其绘制方法 108
5.5.2 保证斜截面受弯承载力的构造措施 110
任务5.6 梁内钢筋的构造要求 112
5.6.1 纵筋的弯起、截断、锚固的构造要求 112
5.6.2 箍筋的构造要求 114
5.6.3 架立钢筋及纵向构造钢筋 115
任务5.7 连续梁受剪性能及其承载力计算 116
任务5.8 《公路桥规》受剪性能及其承载力计算 120
5.8.1 计算位置的规定 120
5.8.2 斜截面抗剪承载力计算的规定 120
5.8.3 斜截面水平投影长度的计算 121
5.8.4 抗剪截面应的要求 122
【小结】 122
【操作与练习】 123
【课程信息化教学资源】 124
项目六 混凝土构件受压性能 125
任务6.1 概述 126
6.1.1 受压构件的定义 126
6.1.2 受压构件的分类 126
任务6.2 受压构件的一般构造 127
6.2.1 截面形式和尺寸 127
6.2.2 材料强度等级 127
6.2.3 纵向钢筋 127
6.2.4 箍筋 128
任务6.3 轴心受压构件正截面的受力性能与承载力计算 128
6.3.1 配普通箍筋轴心受压构件正截面的受力性能与承载力计算 129
6.3.2 配螺旋箍筋轴心受压构件正截面的受力性能与承载力计算 132
任务6.4 偏心受压构件正截面的受力性能 135
6.4.1 偏心受压构件的破坏形态 136
6.4.2 附加偏心距ea与初始偏心距ei 138
6.4.3 偏心受压长柱的受力性能 139
6.4.4 偏心距增大系数η 140
任务6.5 不对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面 承载力的计算 140
6.5.1 基本计算公式及其适用条件 140
6.5.2 大、小偏心受压的判别条件 143
6.5.3 大、小偏心受压构件的截面设计 144
6.5.4 大、小偏心受压构件的截面复核 149
任务6.6 对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面 承载力的计算 154
6.6.1 设计计算 154
6.6.2 设计方案的复核 156
【小结】 159
【操作与练习】 159
【课程信息化教学资源】 160
项目七 钢筋混凝土构件的变形和裂缝验算 162
任务7.1 受弯构件挠度和裂缝宽度的验算 163
7.1.1 受弯构件挠度的验算 163
7.1.2 裂缝宽度计算 171
任务7.2 公路桥涵中受弯构件挠度和裂缝宽度的验算 176
7.2.1 公路桥涵工程受弯构件变形验算 176
7.2.2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算 178
【小结】 181
【操作与练习】 182
【课程信息化教学资源】 183
项目八 预应力混凝土结构 185
任务8.1 预应力混凝土总论 186
8.1.1 预应力混凝土的基本原理 186
8.1.2 钢筋混凝土的特点 187
8.1.3 预应力混凝土的特点 188
任务8.2 预应力混凝土材料与施工 189
8.2.1 对预应力钢筋性能的要求 189
8.2.2 预应力钢筋的种类 189
8.2.3 预应力钢筋的检验 190
8.2.4 预应力混凝土构件中常用混凝土强度等级要求 190
8.2.5 混凝土的收缩与徐变 191
8.2.6 预应力锚具 191
8.2.7 其他预应力设备 194
任务8.3 预应力混凝土构件的施工方法 196
8.3.1 施工概述 196
8.3.2 先张法施工工艺 198
8.3.3 后张法施工工艺 202
任务8.4 预应力混凝土受弯构件的设计计算 204
8.4.1 概述 204
8.4.2 各受力阶段的特点 204
8.4.3 预应力与预应力损失 205
8.4.4 预应力钢筋有效预应力的计算 211
任务8.5 预应力混凝土受弯构件的应力计算 212
8.5.1 正应力的计算 212
8.5.2 施工阶段的正应力的计算 212
8.5.3 运输吊装阶段 213
8.5.4 施工阶段混凝土应力控制 214
8.5.5 使用阶段应力的计算 214
8.5.6 后张法构件锚下局部承载力的计算 216
任务8.6 预应力混凝土施工应用实例 216
8.6.1 采用先张法制作预应力混凝土空心板 216
8.6.2 采用后张法制作预应力混凝土T形截面梁 224
任务8.7 其他预应力混凝土结构简介 227
8.7.1 部分预应力混凝土 227
8.7.2 无黏结预应力混凝土 229
8.7.3 体外预应力混凝土构件 230
【小结】 231
【操作与练习】 232
【课程信息化教学资源】 232
项目九 钢结构的设计 233
任务9.1 钢结构的特点和材料 234
9.1.1 钢结构的特点 234
9.1.2 钢结构的材料 234
任务9.2 钢结构的焊接连接 237
9.2.1 焊缝的形式 237
9.2.2 直角角焊缝的构造与计算 239
9.2.3 斜角角焊缝的强度计算 246
9.2.4 对接焊缝的构造和计算 246
任务9.3 钢结构的螺栓连接 248
9.3.1 螺栓连接排列的构造要求 248
9.3.2 普通螺栓连接的工作性能和相关计算 248
9.3.3 高强度螺栓连接的工作性能和计算 254
任务9.4 轴心受力构件 257
9.4.1 轴心受力构件的强度和刚度 257
9.4.2 轴心受压构件的整体稳定 258
9.4.3 轴心受压构件的局部稳定 260
9.4.4 实腹式轴心受压构件的截面设计 261
9.4.5 格构式轴心受压构件的设计 262
9.4.6 轴心受压柱的柱头和柱脚 266
【小结】 268
【操作与练习】 268
【课程信息化教学资源】 269
项目十 桥梁常用支架设计 270
任务10.1 支架概述 270
10.1.1 支架的作用 270
10.1.2 支架的分类及特点 271
任务10.2 碗扣式支架的设计计算 272
10.2.1 碗扣式支架相关知识 272
10.2.2 碗扣式支架的设计计算 274
任务10.3 工程检算案例 283
10.3.1 工程概况 283
10.3.2 相关计算 284
【小结】 288
【操作与练习】 288
【课程信息化教学资源】 289
项目十一 钢便桥的设计与验算 290
任务11.1 钢便桥概述 290
11.1.1 钢便桥的特点 290
11.1.2 钢便桥的作用与安装要求 291
11.1.3 钢便桥的组成与构造 291
任务11.2 钢便桥的设计及计算 294
11.2.1 钢便桥的设计 294
11.2.2 钢便桥的计算 294
11.2.3 计算实例 296
11.2.4 钢便桥的结构计算 296
【小结】 302
【操作与练习】 302
【课程信息化教学资源】 302
项目十二 钢板桩设计 303
任务12.1 钢板桩概述 303
12.1.1 钢板桩的概念 303
12.1.2 钢板桩的分类 305
12.1.3 钢板桩支护结构 305
任务12.2 钢板桩支护结构设计 307
12.2.1 钢板桩支护结构设计参考资料 307
12.2.2 钢板桩支护结构的荷载作用 308
12.2.3 钢板桩支护结构计算 310
任务12.3 钢板桩结构计算 313
12.3.1 钢板桩设计资料 313
12.3.2 相关计算 314
【小结】 317
【操作与练习】 318
【课程信息化教学资源】 319
附表 320
参考文献 325