混凝土结构设计原理讲义.ppt

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1、混凝土结构混凝土结构设计原理（钢筋）混凝土结构(Reinforced)Concrete Structure 简称RC Structure第一章 绪 论 以混凝土材料为主的结构均可称为混凝土结构。包括:1.1 混凝土结构的一般概念1.1.1混凝土结构的定义与分类第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点素混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢骨混凝土结构钢管混凝土结构FRP筋混凝土钢-混凝土混合结构纤维混凝土第一章 绪 论 以混凝土材料为主的结构均可称为混凝土结构。包括:1.1 混凝土结构的一般概念1.1.1混凝土结构的定义与分类第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点素混凝土结构钢筋

2、混凝土结构预应力混凝土结构钢骨混凝土结构钢管混凝土结构FRP筋混凝土钢-混凝土混合结构纤维混凝土第一章 绪论素混凝土结构（Plain Concrete)FoundationMasonry wall1.1 混凝土结构一般概念和特点钢筋混凝土梁第一章 绪论钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete Structure)ReinforcementStirrupSupport1.1 混凝土结构一般概念和特点第一章 绪论预应力混凝土结构（Pre-stressed Concrete Structure)Pre-stress rebarConcreteHollowtubePre-stressed

3、 concrete hollow floor1.1 混凝土结构一般概念和特点钢骨混凝土柱第一章 绪论钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete)(Encased Concrete)用型钢或钢板焊成的钢骨架作为配筋的混凝土结构SteelReinforcementStirrupSteel reinforced Concrete column1.1 混凝土结构一般概念和特点第一章 绪论钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube)在钢管内浇捣混凝土作成的结构Steel tubeConcrete Concrete filled tube column1.1 混凝土结

4、构一般概念和特点第一章 绪论FRP(纤维增强塑料)混凝土（Fiber Reinforced Polymer(Plastic)Concrete)1.1 混凝土结构一般概念和特点纤维增强塑料（FRP）可用于制造非金属及预应力绞线，其生产工艺是将多股连续纤维以环氧树脂等作为基底材料进行胶合，此后经过特制的模具挤压、拉拔成形。常见截面形状：棒材、绞线、编织、格状、矩形种类：玻璃纤维增强塑料（GFRP）碳纤维增强塑料（CFRP）芳纶纤维增强塑料（AFRP）特点（与钢筋比）：强度质量密度比高，约为钢材的5倍。抗腐蚀性能极好是非导电材料和非磁性材料弹性模量约为钢材的2/31/4碳纤维和芳纶纤维筋具有良好的抗

5、疲劳性能1.1 混凝土结构一般概念和特点第一章 绪论钢-混凝土组合（混合）结构(Composite Structure or Hybrid Structure)1.1 混凝土结构一般概念和特点1.1.2 配筋的作用和要求：第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点混凝土(Concrete)：抗压强度高，而抗拉强度却很低 High compressive strength,but lower tensile strength 一般抗拉强度只有抗压强度的1/81/20 破坏时具有明显的脆性性质(Brittle)因此，素混凝土构件在实际工程的应用很有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结

6、构。基本材料性能 Basic Materials PropertiesPcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2 ftsc=ft2500素混凝土梁受力性能Pu Pcrsc=ft ft破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点钢 材(Steel)：抗拉和抗压强度都很高具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性 Ductile但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件而纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲，材料强度一般得不到充分地发挥。Advantage:将混

7、凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点钢筋（加筋）+混凝土钢筋混凝土结构（构件）拉压性能均好抗压性能好利用混凝土抗压，钢筋受拉（亦可受压）-各尽其能，相得益彰第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu 52.5kNsc=ft ft ss sc2f16 fy配置钢筋后，RC梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明显预兆。Py

8、50.0kN第一章 绪论 fc1.1 混凝土结构一般概念和特点Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu 52.5kNsc=ft ft ss sc2f16 fyPy 50.0kN第一章 绪论 fc但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作；通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。但裂缝导致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不能应用于大跨度结构。如何解决？1.1 混凝土结构一般概念和特点钢筋混凝土Reinforced Concrete除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式可以在构件的受压区配置

9、钢筋协助混凝土承受压力在复杂应力区域（如梁在受剪区段、受扭构件、节点区、剪力墙等），可以配置箍筋或纵横交错的钢筋当构件受力很大时，可以直接配置钢骨还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，甚至直接采用钢管采用纤维（钢纤维、玻璃纤维等）与混凝土一起搅拌形成的纤维混凝土，其抗拉强度可以达到提高因此，两种(或两种以上)材料的有机组合，可充分发挥各自的长处，创造出多种形式的复合材料，适应各种不同受力的要求，取得很好的综合经济效益第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点受压构件中配置受压钢筋受扭构件配筋螺旋箍筋约束混凝土梁中配置箍筋钢筋与混凝土共同工

10、作的条件：钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力(Bond)，在荷载作用下，保证两种材料变形协调(Same Deformation under load)，共同受力；钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数(Temperature linear expanding index)（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.5)10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。(3)在混凝土结构中，钢筋表面必须留有一定的混凝土保护层厚度。第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点1.1.3 混凝土结构的优缺点：第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点优 点取材容易

11、：可就地取材，有效利用废料；节约钢材：发挥混凝土抗压，钢筋抗拉的特点。耐久性好：混凝土包裹钢筋，不易锈蚀；耐火性好：混凝土包裹钢筋，延缓升温；可模性好：根据需要，浇筑成各种形状；整体性好：有利于抗震、抵抗冲击和爆炸冲击波。缺点：自重大：不适用于大跨、高层结构。第一章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点 抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影

12、响较大。混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。1.2 混凝土结构的发展与应用概况a 1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。a 1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船。a 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。a1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土。a 混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。a 与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量土木工程结构中最主要的结构，而且高强钢筋、高强高性能混凝土和高性能外加剂和混合材料的研制使用使其应用范围不断

13、扩大，从工业与民用建筑、交通设施、水利水电建筑、基础工程扩大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核安全壳等领域。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用上海金茂大厦，88层，382m广东国际大厦，63层，建筑高度200.18米，20世纪90年代初国内最高的钢筋砼结构，也是世界上最高的无粘结预应力砼平板楼盖的超高层建筑。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发

14、展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用三峡大坝第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用奚落度拱坝黄河小浪底工程第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第一阶段：从钢筋混凝土的发明至上世纪初。钢筋和混凝土的强度都比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。混凝土结构的发展第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第二阶段：从上世

15、纪20年代到第二次世界大战前后。混凝土和钢筋强度不断提高。1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，可以使用混凝土结构建造大跨度结构计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（.）开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第三阶段：二战以后到现在出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程。

16、设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。第一章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用1.3 学习本课程要注意的问题课程性质钢筋混凝土基本构件专业基础课混凝土结构设计专业课混凝土构件的受力性能、设计计算方法、构造等基本理论。梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋、水工建筑物。第一章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题1、加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面。混凝土结构的基本理论相当于钢筋混凝土及预应力混凝土的材料力学，它是以实验为基础的，因此除了课堂学习以外，还要加强实验的教学环节，以进一步理解学习内容和训练实验的基本技能。第一章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题混凝土结构课程学习中应注意的问题第一章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题2、突出重点并注意难点的学习。本课程的内容多、符号多、计算公式多、构造规定也多，学习时要遵循教学大纲的要求，贯彻“少而精”的原则，突出重点内容的学习。3、深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切记死记硬背。要求熟练