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结构设计新手需读
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结构设计基本概念,看看你都知道吗?

1. 桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成

若桩身全部埋于土中、承台底面与土体接触则称为低承台桩基

若桩身上部露出地面、承台底位于地面以上则称为高承台桩基

2.多遇地震、罕遇地震 多遇地震一般指小震,50年可能遭遇的超越概率为63%的地震烈度值。
罕遇地震一般指大震,50年超越概率2%~3%的地震烈度。

3. 柱剪跨比

框架柱端一般同时存在着弯矩M和剪力V,根据柱的剪跨比λ=M/Vho来确定柱为长柱、短柱和极短柱,ho为与弯矩M平行方向柱截面有效高度。λ>2(当柱反弯点在柱高度Ho中部时即Ho/ho>4)称为长柱;1.5<λ≤2称为短柱;λ≤1.5称为极短柱。试验表明:长柱一般发生弯曲破坏;短柱多数发生剪切破坏;极短柱发生剪切斜拉破坏,这种破坏属于脆性破坏。抗震设计的框架结构柱,柱端剪力一般较大,从而剪跨比λ较小,易形成短柱或极短柱,产生斜裂缝导致剪切破坏。柱的剪切受拉和剪切斜拉破坏属于脆性破坏,在设计中应特别注意避免发生这类破坏。

剪跨比与剪压比是判别梁、柱和墙肢等抗侧力构件抗震性能的重要指标。剪跨比用于区分变形特征和变形能力,剪压比用于限制内力,保证延性。

4. hysteretic curve) 滞回曲线

在反复作用下结构的荷载-变形曲线。它反映结构在反复受力过程中的变形特征、刚度退化及能量消耗,是确定恢复力模型和进行非线性地震反应分析的依据。又称恢复力曲线(restoring force curve)。

5. 纤维混凝土

为了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点,在混凝土中掺加纤维以改善混凝土性能的研究,发展得相当迅速。目前研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等。
在承重结构中,发展较快、应用较广的是钢纤维混凝土。而钢纤维主要有用于土木建筑工程的碳素钢纤维和用于耐火材料工业中的不锈钢纤维。用于土木建筑工程的钢纤维主要有以下几种生产方法:

(1)钢丝切断法;

(2)薄板剪切法;

(3)钢锭(厚板)铣削法;

(4)熔钢抽丝法。
当纤维长度及长径比在常用范围,纤维掺量在1%到2%(体积分数,本文中的掺量均指体积分数)的范围内,与基体混凝土相比,钢纤维混凝土的抗拉强度可提高40%~80%,抗弯强度提高50%~120%,抗剪强度提高50%~100%,抗压强度提高较小,在0~25%之间,弹性阶段的变形与基体混凝土性能相比没有显著差别,但可大幅度提高衡量钢纤维混凝土塑性变形性能的韧性。
中国工程建设标准化协会于1992年批准颁布了由大连理工大学等单位编制的《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》(CECS 38:92),对推广钢纤维混凝土的应用起到了重要作用。
钢纤维混凝土采用常规的施工技术,其钢纤维掺量一般为0.6%~2.0%。再高的掺量,将容易使钢纤维在施工搅拌过程中结团成球,影响钢纤维混凝土的质量。但是国内外正在研究一种钢纤维掺量达5%~27%的简称为SIFCON的砂浆渗浇钢纤维混凝土,其施工技术不同于一般的搅拌浇筑成型的钢纤维混凝土,它是先将钢纤维松散填放在模具内,然后灌注水泥浆或砂浆,使其硬化成型。SIFCON与普通钢纤维混凝土相比,其特点是抗压强度比基体材料有大幅度提高,可达100~200MPa,其抗拉、抗弯、抗剪强度以及延性、韧性等也比普通掺量的钢纤维混凝土有更大的提高[7]。
另一种名为砂浆渗浇钢纤维网混凝土(SIMCON)的施工方法与SIFCON的基本相同,只是预先填置在模具内的不是乱向分布的钢纤维,而是钢纤维网,制成的产品中,其纤维掺量一般为4%~6%,试验表明,SIMCON可用较低的钢纤维掺量而获得与SIFCON相同的强度和韧性,从而取得比SIFCON节约材料和造价的效果。
虽然SIFCON或SIMCON力学性能优良,但由于其钢纤维用量大、一次性投资高,施工工艺特殊,因此它们只是在必要时用于某些特殊的结构或构件的局部,如火箭发射台和高速公路的抢修等。
在砂浆中铺设钢丝网及网与网之间的骨架钢筋(简称钢丝网水泥)所做成的薄壁结构,具有良好的抗裂能力和变形能力,在国内外造船、水利、建筑工程中应用较为广泛。近年来,在钢丝网水泥中又掺人钢纤维来建造公路路面、渔船、农船等,取得了更好的双重增韧、增强效果。

6. 代表值、组合值、频遇值、准永久值

荷载代表值:设计中用以验算极限状态所用的荷载量值,例如标准值、组合值、频遇值、准永久值。

组合值:对可变荷载,使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率,能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值。

频遇值:对可变荷载,在设计基准期内,其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。

准永久值:对可变荷载,在设计基准期内,其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。

设计值:荷载代表值与荷载分项系数的乘积。

标准值:荷载的基本代表值,为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值、或某个分位值)。此概念在建筑地基规范、桩基规范、砼设计规范中经常出现,且以前的国家和地方规范使用中有点混乱,好多人都分不清设计值和标准值的具体使用方法,往往根据自己的意愿取用。我们知道任何荷载都有不同程度的变异性,但在设计中,不可能直接引用反映荷载变异性的各种统计参数,通过复杂的概率运算进行具体的设计,因此在设计时除了采用能便于设计者使用的设计表达式外,对荷载仍应赋予一个规定的量值,即荷载代表值,荷载可根据不同的设计要求规定不同的代表值,以使之能更确切地反映它在设计中的特点。荷载规范中给出4种代表值:标准值、组合值、频遇值、准永久值。对永久荷载应该用标准值作为代表值,对可变荷载应根据设计要求用标准值、组合值、频遇值、准永久值作为代表值。荷载标准值是荷载的基本代表值,其他代表值都可以在标准值的基础上乘以相应的系数后得出。

由于荷载本身的随机性,因而使用期间的最大荷载亦是随机变量,可以用其统计分布来描述,按照《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)的规定,标准值由设计基准期内最大荷载概率分布的某个分位值来确定(但未具体规定分位值,此为数理统计概念,可以简单理解为符合正态分布),设计基准期统一为50年。当对荷载有足够的资料而有可能对其统计分布作出合理的估计时,取分位值作为荷载的代表值,原则上可取分布的特征值。目前并非所有的荷载都能取得充分的的资料,根据工程实践协议一个公称值(Nominal value)作为代表值,以上两种方式确定的代表值统称为荷载标准值。

砼结构设计规范中主要谈谈材料方面的问题。首先,砼强度等级的确定原则为:砼强度总体分布的平均值减去1.645倍标准差(保证率为95%,实际就是符合正态分布)。

 
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