61钢筋混凝土 第一章绪论

混凝土结构设计原理第一章绪论™第一节混凝土结构的一般概念™第二节混凝土结构的应用和发展概况™第三节本课程的学习特点第一节混凝土结构的一般概念™工程结构-----由若干构件组成的能承受各种作用的受力体系。---------房屋骨架混凝土结构钢结构结构分类砌体结构木结构钢—混凝土组合结构一.混凝土结构的形式（分类）钢筋混凝土结构预应力混凝土结构™混凝土结构素混凝土结构型钢混凝土结构以混凝土材料为主的结构均可称为混凝土结构。素混凝土基础素混凝土结构（PlainConcrete)钢筋混凝土梁钢筋混凝土结构(ReinforcedConcrete)预应力混凝土空心楼板预应力混凝土结构（PrestressedConcrete)钢骨混凝土柱钢骨混凝土结构（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)钢管混凝土柱钢管混凝土结构（ConcreteFilledTube)钢-混凝土混合结构(CompositeStructure)(HybridStructure)二.钢筋混凝土结构的特点™1.配筋的作用钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土这两种材料组成，如何组成整体呢？混凝土——抗压强度高，抗拉强度低。（1/10左右）钢筋——抗压，抗拉强度均高。下面举例，说明配筋的作用：例1：简支梁1503002500fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2素混凝土梁Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2ftσc=ft2500素混凝土梁跨中受拉边缘应力达到混凝土抗拉强度时，梁底将开裂，梁随即破坏，表现为脆性断裂，无明显预兆。Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2ftσc=ft2500素混凝土梁Pu≈Pcrσc=ftft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。混凝土抗压强度高的特点未得到充分利用。fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm21503002500钢筋混凝土梁2φ16在前面素混凝土梁底部配置2根钢筋Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftσc=ft1503002500钢筋混凝土梁2φ16开裂前，与素混凝土梁受力类似。当梁底应力达到ft时，梁受拉区将开裂。Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftσc=ft1503002500钢筋混凝土梁2φ16受拉区开裂后，拉力由钢筋承担，荷载可以继续增加。σsσcPcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftσc=ft1503002500钢筋混凝土梁2φ16当钢筋应力达到屈服后，钢筋所能承受的拉力不能再继续增加。梁的承载力比开裂前有很大增加。Py≈50.0kNfyσcPcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftσc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu≈52.5kNσc=ftftσsσc2φ16fyPy≈50.0kN钢筋屈服后，梁的变形持续发展一段后，受压区混凝土压碎而达到极限承载力。fcPcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftσc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu≈52.5kNσc=ftftσsσc2φ16fyPy≈50.0kN因此，钢筋混凝土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。fcPcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftσc=ft1503002500钢筋混凝土梁Pu≈52.5kNσc=ftftσsσc2φ16fyPy≈50.0kNfc★★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？除在构件的受拉区配筋外，还可：◆◆在构件受压区配置钢筋，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）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，其抗拉强度可以提高★★因此，两种(或两种以上)材料的有机组合，充分发挥各自的长处，可以创造出多种形式的复合材料或组合结构，适应各种不同的受力要求，取得很好的综合经济效益。　特性：™素混凝土梁：脆性破坏，无预兆，承载力低，材料未充分发挥。™钢筋混凝土梁：延性破坏，有预兆，承载力高，材料充分利用。（只要钢筋混凝土梁配筋合适，破坏时钢筋屈服，混凝土压区达屈服强度。）™从这一例子可以看出，钢筋混凝土梁比素混凝土梁具有很大的优越性，承载力和变形能力有大大提高。例2：受压柱™在受压柱中配置适量钢筋，协助混凝土承受压力，有两个好处：增加柱延性、减小柱断面™小结：两种材料结合起来，在钢筋混凝土结构中发挥各自的优点。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图1-3常见配筋方式常见的配筋方式2.钢筋和混凝土共同工作的原因钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，二者可以结合在一起共同工作，是因为：◆◆钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；◆◆钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×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。粘结力——Bond3.钢筋混凝土结构的优缺点™优点：（1）就地取材，节约钢材。（2）耐久性。（3）耐火性。（4）可模性。（5）整体性。（抗震，抗冲击性能好）™缺点：（1）自重大。（2）抗裂性差。（3）耗费模板，工期长，受气候影响大。应用范围™工业与民用建筑™特种结构：水池、水塔、烟耸……等™公路、桥梁、码头等™机场™国防工程™高层、大跨度建筑第二节混凝土结构的应用和发展概况™1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。™1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船。™1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。™混凝土结构的开始应用于土木工程距今150多年。™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，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。混凝土结构的发展第一阶段：从钢筋混凝土的发明至二十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。混凝土结构的发展混凝土结构的发展第二阶段：从二十世纪20年代到第二次世界大战前后混凝土和钢筋强度的不断提高1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（Α.Α.Гвоздев）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。第三阶段：二战以后到现在随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，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，成为现代土木工程的标志。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，基础理论问题大都得到解决，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。混凝土结构的发展第三节本课程的学习特点（1）综合性强（力学、材料等知识）（2）材料非均匀、非弹性、非均质（3）解答的不唯一性（4）依据一定工程经验性（公式多、符号多、构造多）（5）依据规范：《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）Codefordesignofconcretestructures(规范通常每10年变化一次)注意：不一定死记，重点在于理解本课程的内容混凝土结构理论：梁、板、柱（基本构件的设计）™混凝土结构混凝土结构设计：（结构整体设计）梁板结构单层厂房结构多、高层房屋结构钢筋混凝土结构基本构件和基本理论混凝土结构设计受压构件受扭构件受弯构件受拉构件受弯构件受压构件截面的基本受力形态有：正截面受力斜截面受剪扭曲截面受扭基本构件的受力往往是基本受力形态的复合基本构件受力形态受弯构件—板梁受弯、受剪受压构件—受压弦杆柱、墙受压弯受压剪双向受压弯受扭构件—雨蓬梁柱受扭受弯、剪、扭受压、弯、剪、扭受拉构件—受拉弦杆受拉弯梁柱节点受剪基本理论工程应用问题的复杂性问题的综合性)问题不是单一的)解答是不唯一的受力性能理论分析构件设计结构设计)材料的力学性能)两种材料的配比)两种材料的共同工作第一章思考题(1)在素混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋后，结构的性能将发生什么变化？(2)钢筋和混凝土是两种力学性能很不相同的材料，它们为什么能结合在一起共同工作？(3)钢筋混凝土结构有哪些主要的优缺点？人们正在采取哪些措施来克服钢筋混凝土结构的主要缺点？(4)学习本课程要注意哪些特点？(5)谈谈混凝土结构的应用和发展概况。