混 凝土
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计 原 理 论 文
摘要
混凝土，简称为“砼（tóng）”：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。
目前在世界范围内,混凝土作为用途最广、用量最大的一种的建筑材料,研究混凝土的特点和性能可以更方便的应用混凝土,充分发挥混凝土的优势。 要让混凝土更好地为人类服务与环境协调发展,进一步促进混凝土科技进步, 为不断探索发展途径和技术创新奠定基础,必须掌握混凝土的强度、工作性、耐强度久性等各方面性能。 目前混凝土技术已进入高科技时代, 品种不断增加, 应用领域不断扩大，结构设计方法也在不断完善。然而规范是结构设计的技术文件，在结构设计方面起着重要的指导作用，反映着一个国家和地区技术和经济发展的水平。技术先进、安全适用、经济合理、经久耐用是制定结构设计规范的基本原则，世界各国均是如此。我国与美国和欧洲相比，有着不同的社会历史背景，所以混凝土结构设计方法和规范的发展也经历了不同的过程。
关键词：混凝土结构；设计方法与规范
1.1混凝土结构
1.1影响混凝土质量的主要因素
(1)混凝土配合比设计的正确性。
(2)管理操作人员的人数、培训教育、组织分工、质量意识。 (3)气象情况，包括晴、雨、气温、风速。
(4)各类机械设备，包括机械设备先进性、完好性和匹配。 (5)原材料质量，包括水泥、骨料、外加剂、水、掺合料。 (6)原材料计量，包括计量方式、误差。 (7)搅拌，包括投料、顺序、时间。
(8)拌合物输运布料，包括方式、运距或时间。
(9)浇注振捣，包括方法，时间。养护，包括温度、方法、湿度、时间
1.2混凝土原材料的选用和质量控混凝土原材料选择及配合比设计 制
1．水灰比的确定
高强混凝土水灰比的计算不能采用普通混凝土的强度的公式，应根据试验资料进行统计，提出混凝土强度和水灰比的关系式，然后用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（fcu.0）相对应的水灰比。当采用多个不同的配合比进行混凝土强度试验时，其中一个应为基准配合比，其他配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少0.02～0.03。
2．集料用量
（1）每立方碎石用量G0 高强混凝土每立方的碎石用量VS 为0.9～0.95m3，则每立方中碎石质量为：G0=VS×碎石松散容重
（2）每立方砂用量S0S0=[G0/(1-QS)]QSQS－砂率，应经试验确定，一般控制在28～36%范围内。
3．用水量
计算高强混凝土配合比时，其用水量可用普通混凝土用水量的基础上用减水率法加以修正。在不掺外加剂的混凝土用水量中扣除按外加剂减水率计算得出的减水量即为掺减水剂时混凝土的用水量。此时注意一定要通过试验确定外加剂的减水率。
4．水泥用量
生产高强混凝土时，水泥的用量是至关重要的，它直接影响到水泥胶砂与骨料的粘结力。为了增加砂浆中胶质结料的比例，水泥含量要比较高，但要注意的是，水泥用量又不宜过高，否则会引起水化期间放热速度过快或收缩量过大等问题。高强混凝土水泥用量一般不宜超过550 kg/m3。
5．试拌调整
对计算所得的配合比结果要通过试配、试拌来验证。拌制高强混凝土必须使用强制式搅拌机，振捣时要高频加压振捣，保证拌和物的密实。要注意试拌量应不小于拌和机额定量的1/4，混凝土的搅拌方式及外加剂的掺法，宜与实际生产时使用的方法一致。
6．配合比的确定
当拌和物实测密度与计算值之差的绝对值不超过计算值2%时，可不调整。大于2%时按《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2000 规定进行相应的调整。混凝土配合比确定后，应对配合比进行不少于6 次的重复试验进行验证，其平均值不应低于配制的强度值，确保其稳定性。[1]
2设计方法与规范
《混凝土结构设计规范》(GBJ 10一89)于1989年颁布。修订主要体现在如下几个方面：
2.1 结构可靠度设计体系
美国、加拿大、英国、德国、澳大利亚等国家在这方面做了很多工作，经过大量的荷载调查、材料性能实测和理论研究，我国于1984年颁布了《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68—84)。所以，修订组在《统一标准》规定的分项系数设计表达式的基础上，在荷载分项系数、荷载组合系数已由《建筑结构荷载规范》规定的前提下，根据《统一标准》对各类构件可靠指标的要求，首先对轴心受拉构件进行可靠度分析，确定钢材强度分项系数，然后对轴心受压构件按已知作可靠度分析，再确定混凝土强度分项系数。最后，在钢材强度分项系数和混凝土强度分项系数都确定的情况下，分析计算公式的不定性，确定构件承载力计算公式中的系数，从而建立了GBJ 10一89规范的可靠度设计体系。
2.2正截面承载力计算
TJ 10一74规范的受弯和受压(包括大小偏心受压)承载力计算公式基本是根据对试验结果的分析建立的。对于复杂的情况(如腹部配筋、双向受弯、双向受压及任意截面)，则不能外推。GBJ 10一89规范通过引入平截面假定，并给出理想化的钢筋和混凝土的应力一应变曲线，对常遇的截面形状和配筋形式给出了简化的实用计算公式，给出了按平截面假定确定的受弯构件超筋界限和大、小偏心受压界限条件。引入平截面假定使钢筋混凝土构件正截面承载力的计算建立在科学的体系之上。
此外，GBJ 10一89规范以截面极限曲率为基础修改了TJ 10一74规范中长柱偏心距增大系数的计算方法；增加了考虑配置高强钢丝类的预应力混凝土受弯构件中，钢丝应力进入强化段后对正截面承载力提高作用的计算公式，从而可以节约钢材。
2.3 受剪承载力计算
TJ 10一74规范的受剪承载力计算只适用于无轴向力的情况，对于工程中实际存在的大量偏心受压、偏心受拉构件的受剪承载力则无法计算，而预应力混凝土构件中预应力对受剪承载力的有利作用也不能考虑。GBJ 10一89规范包括了轴向压力、轴向拉力、预应力作用下的受剪承载力计算，填补了这方面的空白。
2.4 受扭及弯剪扭承载力计算
GBJ 10一89规范以变角空间桁架的概念为基础，适当考虑混凝土的抗扭作用，建立了受扭承载力计算公式。TJ 10一74规范的受扭承载力计算只适用于钢筋混凝土矩形截面构件，GBJ 10— 89规范扩展到预应力混凝土构件、I形、T形截面构件，提出了I形、T形截面分块计算的原则和方法。
TJ 10一74规范只有纯扭构件承载力的计算方法，没有复杂受力情况下构件承载力的计算方法。对工程上经常遇到的受弯剪扭共同作用的构件，GBJ 10一89规范给出了考虑剪扭之间相关关系的计算方法。对剪扭构件的受剪承载力及受扭承载力分别引入承载力降低系数，以考虑扭矩使混凝土受剪承载力的降低，以及剪力使混凝土受扭承载力的降低。
2.5冲切和局部受压
TJ 10一74规范冲切承载力的计算过于保守，GBJ 10 —89规范将冲切计算的系数调低约10％。增加了配置箍筋或弯起钢筋板的冲切承载力的计算方法。
对于局部受压，修改了混凝土底面积的计算方法。GBJ 10一89规范采用“同心对称”的原则，要求计算底面积与局压面积具有相同的重心位置且对称，因此，当构件处于边部或角部局部受压时，局部受压处的混凝土强度不再提高。
2.6预应力混凝土
建立了预应力钢筋合力点处混凝土法向应力为零时预应力钢筋应力及相应合力Npo的概念，从而使预应力混凝土和钢筋混凝土结构计算协调起来。将预应力混凝土和钢筋混凝土结构的计算放在同一个公式中，增加了预应力混凝土构件受扭计算和裂缝宽度眼神的内容，改进了受剪计算和刚度验算方法。调整了预应力损失值，提高了高强钢丝的张拉控制应力允许值。在预应力混凝土构件的疲劳计算方面也作了较大修改。
2.7正常使用极限状态
对于严格要求不出现裂缝的构件，给出了在荷载短期效应组合下不出现拉应力的验算公式；对一般要求不出现裂缝的构件，给出了在荷载长期效应组合下不出现拉应力、在短期效应组合下出现拉应力但不超过允许值的验算公式。 对预应力混凝土构件的受拉钢筋建立了“等效应力”的概念，等效应力与计算钢筋混凝土构件裂缝宽度时受拉钢筋的应力等效，即将预应力钢筋的等效应力代人钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算公式，即可计算预应力混凝土构件的裂缝宽度。
2.8 构件
对于柱的计算长度，除单层厂房外，TJ10—74规范实际上仅对无侧移框架作出了规定。GBJ10-89规范分无侧移、有侧移但有较少约束、有侧移且基本上无侧向约束三种情况分别规定了柱的计算长度。
TJ10—74规范对叠合构件的规定过于简单，不能满足设计需要，GBJ 10一89规范作了修订。在受弯承载力方面，根据叠合构件受拉钢筋应力超前现象，规定了控制条件，以防止受拉钢筋在使用阶段达到屈服强度；在受剪承载力方面，给出了叠合面受剪承载力公式，当配箍率低时，斜截面受剪控制箍筋用量，当配箍率高时，叠合面受剪控制箍筋用量；在正常使用极限状态方面，根据叠合构件分两个阶段受力的特点，给出了刚度和裂缝宽度计算公式。
TJ 10一74规范没有深梁设计的条文，而鉴于工业建筑、高层、地下建筑等结构中深梁的应用越来越广泛，GBJ 10一89规范根据大量的试验研究，提出了承载力的计算公式和构造措施。
GBJ 10—89规范从预埋件纯剪、纯弯、纯拉时的承载力出发，认为剪拉线性相关，弯拉线性相关，剪弯半线性相关，给出剪弯拉复合作用下的计算公式，考虑到压力的有利作用，相应给出剪弯压的计算公式。
2.9结构分析
增加了“结构分析”基本原则的内容，包括对荷载效应最不利组合的要求；结构整体效应分析及特殊受力部位局部分析的要求；计算简图的确定原则；结构分析基本条件(力学平衡、变形协调及材料本构关系)的要求等。提出了线弹性分析方法、考虑塑性内力重分布的分析方法、塑性极限分析方法、非线性分析方法及试验分析方法等混凝土结构的结构分析方法，并对各种方法的应用条件及计算原则作出了规定。同时，对结构分析的电算程序提出了要求。给出了混凝土在多轴(二轴、三轴)应力状态下的强度破坏准则及混凝土在受拉、受压状态下的本构(应力一应变)关系。
结语：通过学习混凝土结构这门课程让我知道了混凝土结构设计的复杂性，考虑的方面很多，如梁的荷载除结构自重还要考虑楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载等。课程的重点是学习受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件如何配筋，画 配筋图。设计的前提条件是安全，只有在设计安全的条件下才能进行。
