同济大学混凝土课件第1章

混凝土结构混凝土结构•上册混凝土结构设计原理•（第五版）第1章绪论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以混凝土为主制成的结构称为混凝土结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构称为素混凝土结构。由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构称为钢筋混凝土结构。由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构称为预应力混凝土结构。1.1.2配筋的作用与要求在混凝土中配置适量的受力钢筋，并使得混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，就能起到充分利用材料，提高结构承载能力和变形能力的作用。图1-1简支梁和轴心受压柱受力示意图(a)素混凝土梁；(b)钢筋混凝土梁；(c)钢筋混凝土轴心受压柱在混凝土中设置受力钢筋构成钢筋混凝土，这就要求受力钢筋与混凝土之间必须可靠地粘结在一起，以保证两者共同变形，共同受力。由于钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近(钢1.2×10-5/℃；混凝土(1.0×10-5～1.5×10-5)/℃)，当温度变化时钢筋与混凝土之间不会产生较大的相对变形而破坏粘结，为满足两种材料共同受力的要求创造了前提条件。同时，在钢筋混凝土结构和构件中，受力钢筋的布置和数量都应由计算和构造要求确定，施工也要正确。1.1.3钢筋混凝土结构的优缺点针对这些缺点，可采用轻质高强混凝土及预应力混凝土以减轻自重，改善钢筋混凝土结构的抗裂性能。1.2混凝土结构的发展概况混凝土结构约有的历史，与钢、木和砌体结构相比，由于它在物理力学性能、材料来源以及工程造价等方面有许多优点，所以发展速度很快，应用也最广泛。我国是采用混凝土结构最多的国家，在高层建筑和多层框架中大多采用混凝土结构。150年目前，世界上最高的混凝土建筑是高450m的位于马来西亚吉隆坡的型钢混凝土结构的。我国最高的建筑是高382m(88层)的上海，主体为钢筋混凝土结构，其中部分柱是型钢混凝土柱。高322m(80层)的广州是我国最高的钢筋混凝土建筑。的预应力混凝土电视塔高达549m，是有代表性的预应力混凝土构筑物。我国最高的电视塔为上海电视塔(东方明珠)，高415.2m，主体为混凝土结构。双塔大厦金茂大厦中天广场加拿大多伦多世界上最高的混凝土重力坝是瑞士狄克桑斯大坝，坝高285m，坝顶宽15m，坝底宽225m，坝长695m。我国长江三峡水利枢纽工程，是世界上最大的水利工程，混凝土大坝高186m，坝体混凝土用量达1527万m3。现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)积累了半个世纪以来丰富的工程实践经验和科研成果，把我国混凝土结构设计方法提高到了当前的国际水平，在工程设计中发挥指导作用。随着高强度钢筋、高强高性能混凝土(强度达到100N/mm2)以及高性能外加剂和混合材料的研制使用，高强高性能混凝土的应用范围不断扩大，钢纤维混凝土和聚合物混凝土的研究和应用有了很大发展。还有，轻质混凝土、加气混凝土、陶粒混凝土以及利用工业废渣的“绿色混凝土”，不但改善了混凝土的性能，而且对节能和保护环境具有重要的意义。此外，防射线、耐磨、耐腐蚀、防渗透、保温等特殊需要的混凝土以及智能型混凝土及其结构也正在研究中。1.3结构的功能和极限状态简述建筑结构的功能包括三个方面，简称“三性”。是指建筑结构承载能力的可靠性，即建筑结构应能承受正常施工和使用时的各种荷载和变形，在地震、爆炸等发生时和发生后能保持结构的整体稳定性要求结构在正常使用过程中不产生影响使用的过大变形以及不发生过宽的裂缝和振动等要求在正常维护条件下结构不发生严重风化、腐蚀、脱落、碳化，钢筋不发生锈蚀等，达到设计预期的使用年限1.3.1结构的功能安全性、适用性和耐久性1.3.2结构的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此状态称为该功能的极限状态。1承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力或者变形达到不适于继续承载的状态，称为。当结构或构件由于材料强度不足而破坏，或因疲劳而破坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，或丧失稳定，或结构转变为机动体系时，就认为结构或构件超过了承载能力极限状态。超过承载能力极限状态后，结构或构件就不能满足安全性的要求。2正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态。例如，当结构或构件出现影响正常使用的过大变形、过宽裂缝、局部损坏和振动时，可认为结构或构件超过了正常使用极限状态。超过了正常使用极限状态，结构或构件就不能保证适用性和耐久性的功能要求。进行结构设计时，结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还应该按正常使用极限状态进行验算。也就是说，设计的结构或构件在满足承载能力极限状态的同时也要满足正常使用极限状态。1.3.3荷载和材料强度荷载值基本上不随时间而变化的荷载，称为永久荷载或恒荷载(用G或g表示)，例如结构的自重。荷载值随时间而变化的荷载，称为可变荷载或活荷载(用Q或q表示)，例如楼面活荷载。荷载的标准值是荷载的基本代表值，用下标k表示，在验算变形和裂缝宽度时要用荷载的标准值。在计算截面承载力时，为了满足可靠度的要求，应采用比其标准值大的荷载设计值。荷载设计值等于荷载标准值乘以荷载分项系数。恒荷载的荷载分项系数一般取为1.2；活荷载的荷载分项系数一般取为1.4。按荷载标准值计算得到的内力，称为内力的标准值，例如弯矩标准值Mk、轴向力标准值Nk等。按荷载设计值计算得到的内力，称为内力的设计值，例如弯矩设计值M、轴向力设计值N等。验算变形、裂缝宽度时，应采用材料强度的标准值；计算截面承载力时，要用比材料强度标准值小的材料强度设计值。材料强度设计值等于材料强度标准值除以材料强度的分项系数。例如，混凝土轴心抗拉强度设计值ft=ftk/γc。这里，t表示抗拉强度(tensilestrength)，k表示标准值，c表示混凝土，γc表示混凝土强度的分项系数，γc=1.4。1.4混凝土结构的环境类别环境类别是指混凝土结构暴露表面所处的环境条件，设计时可根据实际情况确定适当的环境类别。1.5学习本课程需要注意的问题混凝土结构课程通常按内容的性质可分为“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分。前者主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面计算和构造等基本理论，属于专业基础课内容。后者主要讲述梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋、公路桥梁等的结构设计，属于专业课内容。通过本课程的学习，并通过课程设计和毕业设计等实践性教学环节，使学生初步具有运用这些理论知识正确进行混凝土结构设计和解决实际技术问题的能力。