qAAA鋼筋混凝土結構

1、混凝土結構混凝土結構concrete structure主講教師：主講教師：劉正保劉正保 教授教授 tel熊輝霞熊輝霞 講師講師 tel張建文副教授張建文副教授tel：3373451e-mail: 土木工程系工程結構研究室土木工程系工程結構研究室1 1 緒緒 論論 主要以混凝土材料，并根據(jù)需要配置主要以混凝土材料，并根據(jù)需要配置鋼筋、預鋼筋、預應力筋、鋼骨、鋼管應力筋、鋼骨、鋼管等，作為主要承重材料的結構，等，作為主要承重材料的結構，均可稱為均可稱為混凝土結構混凝土結構(concrete structure)。1.1 混凝土結構的一般概念和特

2、點素混凝土結構素混凝土結構鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構預應力混凝土結構預應力混凝土結構鋼骨混凝土結構鋼骨混凝土結構鋼管混凝土結構鋼管混凝土結構frp筋混凝土筋混凝土第一章 緒論鋼鋼 -混凝土混合結構混凝土混合結構纖維混凝土纖維混凝土第一章 緒論素混凝土結構素混凝土結構（plain concrete)foundationmasonry wall鋼筋混凝土梁第一章 緒論鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構（reinforced concrete structure)reinforcementstirrupsupport第一章 緒論預應力混凝土結構預應力混凝土結構（pre-stressed concrete

3、 structure)pre-stress rebarconcretehollowtubepre-stressed concrete hollow floor鋼骨混凝土柱第一章 緒論鋼骨混凝土結構鋼骨混凝土結構（steel reinforced concrete) (encased concrete)steelreinforcementstirrupsteel reinforced concrete column第一章 緒論鋼管混凝土結構鋼管混凝土結構（concrete filled tube)steel tubeconcrete concrete filled tube column第一章

4、緒論frp混凝土混凝土（fiber reinforced polymer(plastic) concrete )第一章 緒論鋼鋼-混凝土組合（混合）結構混凝土組合（混合）結構(composite structure or hybrid structure)混凝土混凝土(concrete)： 抗壓強度高，而抗拉強度卻很低抗壓強度高，而抗拉強度卻很低 high compressive strength, but lower tensile strength 一般抗拉強度只有抗壓強度的一般抗拉強度只有抗壓強度的1/81/20 破壞時具有明顯的破壞時具有明顯的脆性性質脆性性質( brittle) 第一

5、章 緒論因此，素混凝土構件在實際工程的應用很因此，素混凝土構件在實際工程的應用很有限，主要用于以受壓為主的基礎、柱墩有限，主要用于以受壓為主的基礎、柱墩和一些非承重結構。和一些非承重結構?；静牧闲阅芑静牧闲阅?basic materials properties素混凝土梁試驗 test of plain concrete beam第一章 緒論pcr = 9.7kn150300fc=13.4n/mm2ft=1.54n/mm2 fts sc= ft2500素混凝土梁受力性能pu pcrs sc= ft ft破壞時跨中截面受壓邊緣的壓應力與抗拉強度相近，遠未達到破壞時跨中截面受壓邊緣的壓應力與抗

6、拉強度相近，遠未達到混凝土的抗壓強度，破壞表現(xiàn)為脆性斷裂，無明顯預兆?；炷恋目箟簭姸?，破壞表現(xiàn)為脆性斷裂，無明顯預兆。第一章 緒論鋼鋼 材材(steel)：抗拉和抗壓強度都很高抗拉和抗壓強度都很高具有屈服現(xiàn)象，破壞時表現(xiàn)出較好的延性具有屈服現(xiàn)象，破壞時表現(xiàn)出較好的延性 ductile但細長的鋼筋受壓時極易壓曲，僅能作為受拉構件但細長的鋼筋受壓時極易壓曲，僅能作為受拉構件而純鋼構件的承載力也往往取決于鋼材的壓曲，材料強度而純鋼構件的承載力也往往取決于鋼材的壓曲，材料強度一般得不到充分地發(fā)揮。一般得不到充分地發(fā)揮。advantage: 將混凝土和鋼材這兩種材料有機地結合在一起，可以取長補短，充分

7、利用材料的性能。第一章 緒論pcr = 9.7knfc=13.4n/mm2ft=1.54n/mm2fy=335n/mm2 fts sc= ft1503002500鋼筋混凝土梁pu 52.5kns sc= ft ft s ss s sc2f16 fy配置鋼筋后，配置鋼筋后，rc梁的承載力比素混凝土梁大大提高，鋼筋的抗梁的承載力比素混凝土梁大大提高，鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度均得到充分利用，且破壞過程有明拉強度和混凝土的抗壓強度均得到充分利用，且破壞過程有明顯預兆。顯預兆。py 50.0kn第一章 緒論 fcpcr = 9.7knfc=13.4n/mm2ft=1.54n/mm2fy=335n

8、/mm2 fts sc= ft1503002500鋼筋混凝土梁pu 52.5kns sc= ft ft s ss s sc2f16 fypy 50.0kn第一章 緒論 fc但從開裂荷載到屈服荷載，在很長的過程帶裂縫工作；但從開裂荷載到屈服荷載，在很長的過程帶裂縫工作；通常裂縫寬度很小，不致影響正常使用。通常裂縫寬度很小，不致影響正常使用。但裂縫導致梁的剛度顯著降低，使得鋼筋混凝土梁不能應用但裂縫導致梁的剛度顯著降低，使得鋼筋混凝土梁不能應用于大跨度結構。如何解決？于大跨度結構。如何解決？鋼筋混凝土reinforced concrete除在構件的受拉區(qū)配筋外，還有許多其他配筋方式可以在構件的受壓

9、區(qū)配置鋼筋協(xié)助混凝土承受壓力在復雜應力區(qū)域（如梁在受剪區(qū)段、受扭構件、節(jié)點區(qū)、剪力墻等），可以配置箍筋或縱橫交錯的鋼筋當構件受力很大時，可以直接配置鋼骨還可以利用箍筋約束混凝土來提高混凝土的抗壓強度，甚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的纖維混凝土，其抗拉強度可以達到提高因此，兩種因此，兩種( (或兩種以上或兩種以上) )材料的有機組合，可充分發(fā)材料的有機組合，可充分發(fā)揮各自的長處，創(chuàng)造出多種形式的復合材料，適應揮各自的長處，創(chuàng)造出多種形式的復合材料，適應各種不同受力的要求，取得很好的綜合經(jīng)濟效益各種不同受力的要求，取得很好的綜合經(jīng)濟效益第一章 緒論受壓構件中配置

10、受壓鋼筋受扭構件配筋螺旋箍筋約束混凝土梁中配置箍筋圖 1-3 常見配筋方式第一章 緒論鋼筋與混凝土共同工作的條件鋼筋與混凝土共同工作的條件鋼筋（材）和混凝土兩種材料的物理力學性能鋼筋（材）和混凝土兩種材料的物理力學性能(physical mechanics performance)(physical mechanics performance)很不相同，它們很不相同，它們可以結合在一起共同工作，是因為：可以結合在一起共同工作，是因為： 鋼筋與混凝土之間存在良好的粘結力鋼筋與混凝土之間存在良好的粘結力( (bond) )，在，在荷載作用下，保證兩種材料變形協(xié)調荷載作用下，保證兩種材料變形協(xié)調(

11、(same deformation under load) )，共同受力；，共同受力；第一章 緒論粘結力粘結力bond鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)數(shù)(temperature linear expanding index)(temperature linear expanding index)（鋼材為鋼材為1.210-5，混凝土為，混凝土為(1.01.5)10-5），），因此當溫度變化時，兩種材料不會產生過大的因此當溫度變化時，兩種材料不會產生過大的變形差而導致兩者間的粘結力破壞。變形差而導致兩者間的粘結力破壞?；炷两Y構的優(yōu)點：混凝土結構的優(yōu)點

12、： 材料利用合理：鋼筋和混凝土的材料強度可以得材料利用合理：鋼筋和混凝土的材料強度可以得到充分發(fā)揮，結構承載力與剛度比例合適，基本無局到充分發(fā)揮，結構承載力與剛度比例合適，基本無局部穩(wěn)定問題，單位應力價格低，對于一般工程結構，部穩(wěn)定問題，單位應力價格低，對于一般工程結構，經(jīng)濟指標優(yōu)于鋼結構。經(jīng)濟指標優(yōu)于鋼結構。 可模性好：混凝土可根據(jù)需要澆筑成各種性質和可模性好：混凝土可根據(jù)需要澆筑成各種性質和尺寸，適用于各種形狀復雜的結構，如空間薄殼、箱尺寸，適用于各種形狀復雜的結構，如空間薄殼、箱形結構等。形結構等。 耐久性和耐火性較好，維護費用低：鋼筋有混凝耐久性和耐火性較好，維護費用低：鋼筋有混凝土的

13、保護層，不易產生銹蝕，而混凝土的強度隨時間土的保護層，不易產生銹蝕，而混凝土的強度隨時間而增長；混凝土是不良熱導體，而增長；混凝土是不良熱導體，30mm厚混凝土保護厚混凝土保護層層可耐火可耐火2小時小時，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強度。，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強度。第一章 緒論 現(xiàn)澆混凝土結構的整體性好，且通過現(xiàn)澆混凝土結構的整體性好，且通過合適的配合適的配筋筋，可獲得較好的延性，適用于抗震、抗爆結構；，可獲得較好的延性，適用于抗震、抗爆結構；同時防振性和防輻射性能較好，適用于防護結構。同時防振性和防輻射性能較好，適用于防護結構。 剛度大、阻尼大，有利于結構的變形控制。剛度大、阻尼大，有利

14、于結構的變形控制。 易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年來，已有利用工業(yè)廢料來制造人于就地取材，近年來，已有利用工業(yè)廢料來制造人工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性能。能。第一章 緒論混凝土結構的缺點：混凝土結構的缺點： 自重大：不適用于大跨、高層結構。自重大：不適用于大跨、高層結構。第一章 緒論輕質、高強和預應力輕質、高強和預應力 抗裂性差：普通抗裂性差：普通rc結構，在正常使用階段往往帶裂縫工作，結構，在正常使用階段往往帶裂縫工作，環(huán)境較差環(huán)境較差(露天、沿海、化學侵蝕露天、沿海

15、、化學侵蝕)時會影響耐久性；也限制了時會影響耐久性；也限制了普通普通rc用于大跨結構，高強鋼筋無法應用。用于大跨結構，高強鋼筋無法應用。預應力混凝土預應力混凝土 承載力有限：在重載結構和高層建筑底部結構，構件尺寸太承載力有限：在重載結構和高層建筑底部結構，構件尺寸太大，減小使用空間。大，減小使用空間。高強、鋼骨、鋼管混凝土高強、鋼骨、鋼管混凝土 施工復雜，工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護），工期長，施工復雜，工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護），工期長，施工受季節(jié)、天氣的影響較大。施工受季節(jié)、天氣的影響較大。 混凝土結構一旦破壞，其修復、加固、補強比較困難。混凝土結構一旦破壞，其修復、加固、補強

16、比較困難。 鋼模、飛模、滑模等鋼模、飛模、滑模等，泵送、早強、商品、高性能、免振自密實混凝土等泵送、早強、商品、高性能、免振自密實混凝土等混凝土結構加固技術混凝土結構加固技術不斷得到發(fā)展，如最近研究開發(fā)的采用碳不斷得到發(fā)展，如最近研究開發(fā)的采用碳纖維布加固混凝土結構技術，快速簡便。纖維布加固混凝土結構技術，快速簡便。1.21.2 混凝土結構的發(fā)展簡況及其應用混凝土結構的發(fā)展簡況及其應用1824年英國人阿斯普丁年英國人阿斯普丁(j.aspdin)發(fā)明硅酸鹽水泥發(fā)明硅酸鹽水泥 1849年法國人朗波年法國人朗波(l.lambot)制造了第一只鋼筋混制造了第一只鋼筋混凝土小船凝土小船 1872年在紐約

17、建造第一所鋼筋混凝土房屋年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋混凝土結構的開始應用于土木工程距今僅混凝土結構的開始應用于土木工程距今僅150多年。多年。與磚石結構、鋼木結構相比，混凝土結構的歷史并與磚石結構、鋼木結構相比，混凝土結構的歷史并不長，但發(fā)展非常迅速，目前混凝土結構已成為大量不長，但發(fā)展非常迅速，目前混凝土結構已成為大量土木工程結構中最主要的結構，而且土木工程結構中最主要的結構，而且高性能混凝土高性能混凝土和和新型混凝土結構新型混凝土結構形式還在不斷發(fā)展。形式還在不斷發(fā)展。第一章 緒論第一階段第一階段(the first stage):從鋼筋混凝土的發(fā)明至本世紀初從鋼筋混凝土的發(fā)明至本世紀

18、初鋼筋和混凝土的強度都比較低鋼筋和混凝土的強度都比較低主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱和基礎等構主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱和基礎等構件。件。計算理論：計算理論：結構內力和構件截面計算均套用彈性理結構內力和構件截面計算均套用彈性理論論(elastic theory)，采用容許應力設計方法，采用容許應力設計方法(allowable stress design method)。第一章 緒論混凝土結構的發(fā)展混凝土結構的發(fā)展第一章 緒論第二階段第二階段(the second stage) ：從本世紀從本世紀2020年代到第二次世界大戰(zhàn)前后年代到第二次世界大戰(zhàn)前后混凝土和鋼筋強度的不斷提高混凝土

19、和鋼筋強度的不斷提高19281928年法國杰出的土木工程師年法國杰出的土木工程師e.freyssnete.freyssnet發(fā)明了預發(fā)明了預應力混凝土，使得混凝土結構可以用來建造大跨度應力混凝土，使得混凝土結構可以用來建造大跨度計算理論：計算理論：前蘇聯(lián)著名的混凝土結構專家格沃茲捷前蘇聯(lián)著名的混凝土結構專家格沃茲捷夫（夫（.）開始考慮混凝土塑性）開始考慮混凝土塑性性能的破損階段設計法性能的破損階段設計法( (failure stage design method) )，5050年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設計法年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設計法( (limit state design met

20、hod) )，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結構的基本，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結構的基本計算理論。計算理論。第一章 緒論第三階段第三階段(the third stage)：二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在隨著建設速度加快，對材料性能和施工技術提出更隨著建設速度加快，對材料性能和施工技術提出更高要求，出現(xiàn)裝配式鋼筋混凝土結構、泵送商品混高要求，出現(xiàn)裝配式鋼筋混凝土結構、泵送商品混凝土等工業(yè)化生產技術。凝土等工業(yè)化生產技術。高強混凝土和高強鋼筋的發(fā)展、計算機的采用和先高強混凝土和高強鋼筋的發(fā)展、計算機的采用和先進施工機械設備的發(fā)明，建造了一大批超高層建筑、進施工機械設備的發(fā)明，建造了一大批超高層建筑、大跨度橋梁、

21、特長跨海隧道、高聳結構等大型工程，大跨度橋梁、特長跨海隧道、高聳結構等大型工程，成為現(xiàn)代土木工程的標志。成為現(xiàn)代土木工程的標志。設計計算理論：設計計算理論：發(fā)展了以概率理論為基礎的極限狀發(fā)展了以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法，基礎理論問題大都得到解決，而新型混態(tài)設計法，基礎理論問題大都得到解決，而新型混凝土材料及其復合結構形式的出現(xiàn)又不斷提出新的凝土材料及其復合結構形式的出現(xiàn)又不斷提出新的課題，并不斷促進混凝土結構的發(fā)展。課題，并不斷促進混凝土結構的發(fā)展?；炷两Y構的發(fā)展第一章 緒論第一章 緒論第一章 緒論第一章 緒論上海莘莊大型立交工程上海莘莊大型立交工程該工程由15條線路，6條主線、20個

22、定向匝道構成；占地面積45.8公頃，整個立交橋梁結構長度11.1公里、面積8.4萬m2。第一章 緒論1.3 混凝土結構課程學習中應注意的問題鋼筋混凝土結構基本構件和基本理論（上冊）鋼筋混凝土結構基本構件和基本理論（上冊）混凝土結構設計（下冊）混凝土結構設計（下冊）受壓構件受扭構件受彎構件受拉構件受彎構件受壓構件第一章 緒論截面的基本受力形態(tài)有：截面的基本受力形態(tài)有：正截面受力正截面受力斜截面受剪斜截面受剪扭曲截面受扭扭曲截面受扭基本構件的受力往往是基本受力形態(tài)的復合基本構件的受力往往是基本受力形態(tài)的復合基本構件基本構件受力形態(tài)受力形態(tài)受彎構件受彎構件板梁受彎、受剪受彎、受剪受壓構件受壓構件受壓

23、弦桿柱、墻受壓彎受壓彎受壓剪受壓剪雙向受壓彎雙向受壓彎受扭構件受扭構件雨蓬梁柱柱受扭受扭受彎、剪、扭受彎、剪、扭受壓、彎、剪、扭受壓、彎、剪、扭受拉構件受拉構件受拉弦桿受拉彎受拉彎梁柱節(jié)點梁柱節(jié)點受剪受剪第一章 緒論基本理論基本理論工程應用工程應用問題的復雜性問題的復雜性問題的綜合性問題的綜合性問題不是單一的問題不是單一的解答是不唯一的解答是不唯一的受力性能受力性能理論分析理論分析構件設計構件設計結構設計結構設計材料的力學性能材料的力學性能兩種材料的配比兩種材料的配比兩種材料的共同工作兩種材料的共同工作第一章 緒論第一章 緒論科學方法論：科學方法論：分解論分解論各種受力形態(tài)各種受力形態(tài)整體論整

24、體論構件：各種受力形態(tài)的組合構件：各種受力形態(tài)的組合系統(tǒng)論系統(tǒng)論工程：各種構件、結構、材料、施工、管理工程：各種構件、結構、材料、施工、管理學習中應注意的問題：學習中應注意的問題：1 1、構件和結構設計是一個綜合性問題、構件和結構設計是一個綜合性問題設計過程包括設計過程包括結構方案結構方案、構件選型構件選型、材料選擇材料選擇、配筋構造配筋構造、施工方案施工方案等等還需要考慮還需要考慮安全適用安全適用和和經(jīng)濟合理經(jīng)濟合理。設計中許多數(shù)據(jù)可能有多種選擇方案，因此設計設計中許多數(shù)據(jù)可能有多種選擇方案，因此設計結果不是唯一的。結果不是唯一的。最終設計結果應經(jīng)過各種方案的比較，綜合考慮最終設計結果應經(jīng)過

25、各種方案的比較，綜合考慮使用、材料、造價、施工等各項指標的可行性，使用、材料、造價、施工等各項指標的可行性，才能確定較為合適的一個設計結果。才能確定較為合適的一個設計結果。第一章 緒論學習中應注意的問題：學習中應注意的問題：第一章 緒論2 2、工程項目的建設是國家的重要工作，必須依照國、工程項目的建設是國家的重要工作，必須依照國家頒布的法規(guī)進行家頒布的法規(guī)進行設計人員必須遵照各種結構類型的設計人員必須遵照各種結構類型的設計規(guī)范或規(guī)程設計規(guī)范或規(guī)程進行設計。進行設計。各種設計規(guī)范或規(guī)程是具有約束性和立法性的文件，各種設計規(guī)范或規(guī)程是具有約束性和立法性的文件，其目的是使工程結構的設計在符合國家經(jīng)濟

26、政策的其目的是使工程結構的設計在符合國家經(jīng)濟政策的條件下，保證設計的質量和工程項目的安全可靠。條件下，保證設計的質量和工程項目的安全可靠。注意在學習中，有關基本理論的應用最終都要落實注意在學習中，有關基本理論的應用最終都要落實到規(guī)范的具體規(guī)定。到規(guī)范的具體規(guī)定。學習中應注意的問題：學習中應注意的問題：第一章 緒論由于工程結構類型很多，不同的結構類型有不同的由于工程結構類型很多，不同的結構類型有不同的設計規(guī)范或規(guī)程，但混凝土結構的基本理論是一致設計規(guī)范或規(guī)程，但混凝土結構的基本理論是一致的，應重點學好基本理論。的，應重點學好基本理論。本學期以基本理論為主，并結合主要用于建筑結構本學期以基本理論為主，并結合主要用于