混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第一章緒論ppt課件

2020 4 24 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 2020 4 24 第1章緒論 2020 4 24 混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)形式 從其出現(xiàn)150多年來(lái)已發(fā)展成為土木工程結(jié)構(gòu)中最重要的專門學(xué)科 各國(guó)的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中 均以混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范作為其水平的標(biāo)志 隨著工程建設(shè)需求和形式的發(fā)展 其內(nèi)容和知識(shí)也在不斷更新 更重要的是 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中方法包含了土木工程結(jié)構(gòu)中解決問題的基本哲學(xué)思想 可以說(shuō) 不掌握 混凝土結(jié)構(gòu) 就不能成為一名合格的土木工程師 2020 4 24 本課程的教學(xué)目的 學(xué)會(huì)解決工程中的問題 尤其是工程綜合問題學(xué)會(huì)分析工程中的問題 學(xué)會(huì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 鋼筋混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)工程中的問題 創(chuàng)新和發(fā)展學(xué)會(huì)研究工程中的問題 理論研究 2020 4 24 本課程指導(dǎo)思想 注重建立工程概念注重培養(yǎng)綜合能力注重提煉科學(xué)問題注重激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)從理論轉(zhuǎn)向?qū)嶋H 從簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)向綜合理論分析與工程概念相結(jié)合科學(xué)方法與工程創(chuàng)新相結(jié)合培養(yǎng)土木工程師的基本素質(zhì) 2020 4 24 建造一個(gè)簡(jiǎn)支橋梁 還缺哪些知識(shí) 設(shè)想你是一個(gè)古代工匠 能否建造改橋梁 2020 4 24 7 第1章緒論 1 1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念特點(diǎn)主要以混凝土材料 并根據(jù)需要配置鋼筋 預(yù)應(yīng)力筋 鋼骨 鋼管等 作為主要承重材料的結(jié)構(gòu) 均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)素混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)FRP筋混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼 混凝土混合結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)纖維混凝土 2020 4 24 8 第1章緒論 素混凝土結(jié)構(gòu) 2020 4 24 9 第1章緒論 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 2020 4 24 10 第1章緒論 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 2020 4 24 11 第1章緒論 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 2020 4 24 12 第1章緒論 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 2020 4 24 13 第1章緒論 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu) 2020 4 24 14 第1章緒論 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu) 2020 4 24 15 第1章緒論 FRP混凝土 2020 4 24 16 第1章緒論 FRP筋混凝土 2020 4 24 17 第1章緒論 鋼 混凝土組合 混合 結(jié)構(gòu) 2020 4 24 18 第1章緒論 鋼 混凝土組合 混合 結(jié)構(gòu) 2020 4 24 19 第1章緒論 討論思考題 討論鋼材與混凝土結(jié)構(gòu)的組合形式和作用 為什么要加各種不同形式的鋼材 不同形式的鋼材 作用有什么不同 2020 4 24 20 第1章緒論 基本材料性能混凝土 抗壓強(qiáng)度高 而抗拉強(qiáng)度卻很低一般抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1 8 1 20破壞時(shí)具有明顯的脆性性質(zhì) 因此 素混凝土構(gòu)件在實(shí)際工程的應(yīng)用很有限 主要用于以受壓為主的基礎(chǔ) 柱墩和一些非承重結(jié)構(gòu) 2020 4 24 21 第1章緒論 破壞時(shí)跨中截面受壓邊緣的壓應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度相近 遠(yuǎn)未達(dá)到混凝土的抗壓強(qiáng)度 破壞表現(xiàn)為脆性斷裂 無(wú)明顯預(yù)兆 2020 4 24 22 第1章緒論 鋼材抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高具有屈服現(xiàn)象 破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性細(xì)長(zhǎng)的鋼筋受壓時(shí)極易壓屈 僅能作為受拉構(gòu)件而純鋼構(gòu)件的承載力也往往取決于鋼材的壓曲 材料強(qiáng)度一般得不到充分地發(fā)揮 將混凝土和鋼材這兩種材料有機(jī)地 創(chuàng)造性地結(jié)合在一起 可以取長(zhǎng)補(bǔ)短 充分利用材料的性能 2020 4 24 23 第1章緒論 鋼筋混凝土梁 配置鋼筋后 RC梁的承載力比素混凝土梁大大提高 鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度均得到充分利用 且破壞過(guò)程有明顯預(yù)兆 2020 4 24 24 第1章緒論 鋼筋混凝土梁 但從開裂荷載到屈服荷載 在很長(zhǎng)的過(guò)程帶裂縫工作 通常裂縫寬度很小 不致影響正常使用 但裂縫導(dǎo)致梁的剛度顯著降低 使得鋼筋混凝土梁不能應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu) 如何解決 2020 4 24 25 第1章緒論 2020 4 24 26 第1章緒論 除在構(gòu)件的受拉區(qū)配筋外 還有許多其他配筋方式 可以在構(gòu)件的受壓區(qū)配置鋼筋協(xié)助混凝土承受壓力 在復(fù)雜應(yīng)力區(qū)域 如梁在受剪區(qū)段 受扭構(gòu)件 節(jié)點(diǎn)區(qū) 剪力墻等 可以配置箍筋或縱橫交錯(cuò)的鋼筋 當(dāng)構(gòu)件受力很大時(shí) 可以直接配置鋼骨 還可以利用箍筋約束混凝土來(lái)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度 直至直接采用鋼管 采用纖維 鋼纖維 玻璃纖維等 與混凝土一起攪拌形成纖維混凝土 其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到提高 因此 兩種 或兩種以上 材料的有機(jī)組合 可充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處 創(chuàng)造出多種形式的復(fù)合材料 適應(yīng)各種不同受力的要求 取得很好的綜合經(jīng)濟(jì)效益 2020 4 24 27 第1章緒論 常見配筋方式 2020 4 24 28 第1章緒論 混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 1 材料利用合理 鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度可以得到充分發(fā)揮 結(jié)構(gòu)承載力與剛度比例合適 基本無(wú)局部穩(wěn)定問題 單位應(yīng)力價(jià)格低 對(duì)于一般工程結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu) 2 可模性好 混凝土可根據(jù)需要澆筑成各種形式和尺寸 適用于各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 如空間薄殼 箱形結(jié)構(gòu)等 3 耐久性和耐火性好 維護(hù)費(fèi)用低 鋼筋有混凝土保護(hù) 不易產(chǎn)生銹蝕 而混凝土強(qiáng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng) 混凝土是不良導(dǎo)熱體 30mm厚混凝土保護(hù)層可耐火2h 使鋼筋不致因升溫過(guò)快而喪失強(qiáng)度 2020 4 24 29 第1章緒論 1 2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用1824年英國(guó)人阿斯普丁 J Aspdin 發(fā)明硅酸鹽水泥 1849年法國(guó)人朗波 L Lambot 制造了第一只鋼筋混凝土小船 1872年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋 混凝土結(jié)構(gòu)開始應(yīng)用于土木工程距今僅150多年 與磚石結(jié)構(gòu) 鋼木結(jié)構(gòu)相比 混凝土結(jié)構(gòu)的歷史并不長(zhǎng) 但發(fā)展非常迅速 目前混凝土結(jié)構(gòu)已成為大量土木工程結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu) 而且高性能混凝土和新型混凝土結(jié)構(gòu)形式還在不斷發(fā)展 2020 4 24 30 第1章緒論 第一階段 從鋼筋混凝土的發(fā)明至本世紀(jì)初鋼筋和混凝土的強(qiáng)度都比較低 主要用于建造中小型樓板 梁 柱 拱和基礎(chǔ)等構(gòu)件 計(jì)算理論 結(jié)構(gòu)內(nèi)力和構(gòu)件截面計(jì)算均套用彈性理論 采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 2020 4 24 31 第1章緒論 第二階段 從本世紀(jì)20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后混凝土和鋼筋強(qiáng)度的不斷提高 1928年法國(guó)杰出的土木工程師E Freyssnet發(fā)明了預(yù)應(yīng)力混凝土 使得混凝土結(jié)構(gòu)可以用來(lái)建造大跨度 計(jì)算理論 前蘇聯(lián)著名的混凝土結(jié)構(gòu)專家格沃茲捷夫開始考慮混凝土塑性性能的破損階段設(shè)計(jì)法 50年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算理論 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 2020 4 24 32 第1章緒論 第三階段 二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在隨著建設(shè)速度加快 對(duì)材料性能和施工技術(shù)提出更高要求 出現(xiàn)裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 泵送商品混凝土等工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù) 高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的發(fā)展 計(jì)算機(jī)的采用和先進(jìn)施工機(jī)械設(shè)備的發(fā)明 建造了一大批超高層建筑 大跨度橋梁 特長(zhǎng)跨海隧道 高聳結(jié)構(gòu)等大型工程 成為現(xiàn)代土木工程的標(biāo)志 設(shè)計(jì)計(jì)算理論 發(fā)展了以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 基礎(chǔ)理論問題大都得到解決 而新型混凝土材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)又不斷提出新的課題 并不斷促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 2020 4 24 33 第1章緒論 2020 4 24 34 第1章緒論 2020 4 24 35 第1章緒論 2020 4 24 36 第1章緒論 上海莘莊大型立交橋工程 該工程由15條線路 6條主線 20個(gè)定向匝道構(gòu)成 占地面積45 8公頃 整個(gè)立交橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度11 1公里 面積8 4萬(wàn)平方米 2020 4 24 37 第1章緒論 2020 4 24 38 第1章緒論 1 3混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題 2020 4 24 39 第1章緒論 2020 4 24 40 第1章緒論 截面的基本受力形態(tài)有 正截面受力 斜截面受剪 扭曲截面受扭 基本構(gòu)件的受力往往是基本受力形態(tài)的復(fù)合 受彎構(gòu)件 受壓構(gòu)件 受扭構(gòu)件 雨篷梁 受彎 受剪 2020 4 24 41 第1章緒論 實(shí)驗(yàn)性科學(xué) 不確定性問題 受力性能 理論分析 基本理論 構(gòu)件設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工程應(yīng)用 問題的復(fù)雜性 問題的綜合性 材料的力學(xué)性能兩種材料的配比兩種材料的共同工作 問題不是單一的解答不是唯一的 2020 4 24 42 第1章緒論 科學(xué)方法論分解論 各種受力形態(tài)整體論 構(gòu)件 各種受力形態(tài)組合系統(tǒng)論 工程 各種構(gòu)件 結(jié)構(gòu) 材料 施工 管理 2020 4 24 43 第1章緒論 學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題 1 構(gòu)件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性問題設(shè)計(jì)過(guò)程包括結(jié)構(gòu)方案 構(gòu)件選型 材料選擇 配筋構(gòu)造 施工方案等 還需要考慮安全適用和經(jīng)濟(jì)和合理 設(shè)計(jì)中許多數(shù)據(jù)可能有多種選擇方案 因此設(shè)計(jì)結(jié)果不是唯一的 最終設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)經(jīng)過(guò)各種方案的比較 綜合考慮使用 材料 造價(jià) 施工等各項(xiàng)指標(biāo)的可行性 才能確定較為合適的一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果 2020 4 24 44 第1章緒論 學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題 2 工程項(xiàng)目的建設(shè)是國(guó)家的重要工作 必須依照國(guó)家頒布的法規(guī)進(jìn)行 強(qiáng)制性法規(guī) 具有法律效應(yīng)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 合同行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 不低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 合同企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 不低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 競(jìng)爭(zhēng) 2020 4 24 45 第1章緒論 學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題 設(shè)計(jì)人員必須遵照各種結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì) 各種設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程是具有約束性和立法性的文件 其目的是使工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的條件下 保證設(shè)計(jì)質(zhì)量和工程項(xiàng)目的安全可靠 注意在學(xué)習(xí)中 有關(guān)基本理論的應(yīng)用最終都要落實(shí)到規(guī)范的具體規(guī)定 2020 4 24 46 第1章緒論 學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題 由于工程結(jié)構(gòu)類型很多 不同的結(jié)構(gòu)類型有不同的設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程 混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論是一致的 應(yīng)重點(diǎn)學(xué)好基本理論本學(xué)期以基本理論為主 并結(jié)合主要用于建筑結(jié)構(gòu)的 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010 2010 學(xué)習(xí) 后續(xù)課程將結(jié)合各種結(jié)構(gòu)類型 介紹有關(guān)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)規(guī)范 2020 4 24 47 第1章緒論 學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題 3 設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)創(chuàng)造性工作一方面在設(shè)計(jì)工作中必須按照規(guī)范進(jìn)行 另一方面只有深刻理解規(guī)范的理論依據(jù) 才能更好地應(yīng)用規(guī)范 充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的主動(dòng)性和創(chuàng)造性 規(guī)范是給傻瓜設(shè)計(jì)師編寫的 注意學(xué)習(xí)中體會(huì)工程中的創(chuàng)造性 本學(xué)科還在不斷的發(fā)展和更新 因此設(shè)計(jì)工作不應(yīng)被規(guī)范束縛 在經(jīng)過(guò)各試驗(yàn)和理論等多方面的可靠性論證后 應(yīng)積極采用先進(jìn)的理論和技術(shù) 規(guī)范一般十年左右修訂一次 就是為了反映學(xué)科最新發(fā)展的成果 2020 4 24 48 第1章緒論 美國(guó)ACI混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的第一章第一句話 本規(guī)范提供設(shè)計(jì)與施工 的最低要求 言外之意就是設(shè)計(jì)人員需要從具體出發(fā)采用不同于規(guī)范的要求 美國(guó)公路部門的ASSHTO橋梁設(shè)計(jì)規(guī)程寫的更清楚 在其第一章第一節(jié)寫道 本規(guī)程無(wú)意取代設(shè)計(jì)人所具有的專門教育和工程判斷的訓(xùn)練 盡在規(guī)程中規(guī)定為保證公共安全的最低要求 業(yè)主或設(shè)計(jì)人可能需要在設(shè)計(jì)中采用新的先進(jìn)技術(shù) 需要對(duì)材料及施工質(zhì)量提出更高的要求 2020 4 24 49 第1章緒論 4 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好 切通過(guò)合適的配筋 可獲得較好的延性 適用于抗震 抗爆結(jié)構(gòu) 同時(shí)防振性和防輻射性能較好 適用于防護(hù)結(jié)構(gòu) 5 剛度大 阻尼大有利于結(jié)構(gòu)的變形控制 6 易于就地取材 混凝土所用的大量砂 石 易于就地取材 近年來(lái) 已有利用工業(yè)廢料來(lái)制造人工骨料 或作為水泥的外加成分 改善混凝土的性能 2020 4 24 50 第1章緒論 混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn) 1 自重大 不適用于大跨 高層結(jié)構(gòu) 輕質(zhì) 高強(qiáng)和預(yù)應(yīng)力 2 抗裂性差 普通RC結(jié)構(gòu) 在正常使用階段往往帶裂縫工作 環(huán)境較差 露天 沿海 化學(xué)侵蝕 時(shí)會(huì)影響耐久性 也限制了普通RC用于打垮結(jié)構(gòu) 高強(qiáng)鋼筋無(wú)法應(yīng)用 預(yù)應(yīng)力混凝土 3 承載力有限 在重在結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu) 構(gòu)件尺寸太大 減少使用空間 高強(qiáng) 鋼骨 鋼管混凝土 4 施工復(fù)雜 工序多 支模 綁鋼筋 澆筑 養(yǎng)護(hù) 工期長(zhǎng) 施工受季節(jié) 天氣的影響較大 鋼模 飛模 滑模等 泵送 早強(qiáng) 商品 高性能 免振自密實(shí)混凝土等 5 混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞 其修復(fù) 加固 補(bǔ)強(qiáng)比較困難 混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)不斷得到發(fā)展 如最近研究開發(fā)的采用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù) 快速簡(jiǎn)便 2020 4 24 51 第1章緒論 三峽蓮?fù)哟髽?2020 4 24 52 第1章緒論 2020 4 24 53 第1章緒論 美國(guó)伊利諾斯大學(xué)Urbana分校大禮堂 2020 4 24 54 第1章緒論 2020 4 24 55 第1章緒論 美國(guó)伊利諾斯大學(xué)Urbana分校大禮堂穹形屋面直徑122m 由24片輕質(zhì)混凝土折疊式扇形板段組成 總重量3991噸 通過(guò)底邊高1 83m 直徑1