混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 緒論

1緒論Introduction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)(ConcreteStructure)。1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念和特點(diǎn)素混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)纖維增強(qiáng)塑料混凝土第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)素混凝土結(jié)構(gòu)（PlainConcrete)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（ReinforcedConcrete)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PrestressedConcrete)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（ConcreteFilledTube)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)纖維增強(qiáng)塑料混凝土（FiberReinforcedPlastic)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)(CompositeStructure)(HybridStructure)◆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)。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)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)。Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2ftsc=ft2500素混凝土梁Pu≈Pcrsc=ftft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，無明顯預(yù)兆。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)素混凝土梁試驗(yàn)◆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?！虻?xì)長(zhǎng)的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲，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)地結(jié)合在一起，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分利用材料的性能。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fy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，且破壞過程有明顯預(yù)兆。Py≈

50.0kN第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)

fcPcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fyPy≈

50.0kN第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)

fc★但從開裂荷載到屈服荷載，很長(zhǎng)的過程帶裂縫工作?！锿ǔＡ芽p寬度很小，不致影響正常使用?！锏芽p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？鋼筋混凝土梁試驗(yàn)◆鋼筋混凝土——ReinforcedConcrete?！舫跇?gòu)件的受拉區(qū)配筋外，還有許多其他配筋方式?？梢栽跇?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)域可以配置箍筋或縱橫交錯(cuò)的鋼筋?！舢?dāng)構(gòu)件受力很大時(shí)，可以直接配置鋼骨?！暨€可以利用箍筋約束混凝土來提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，甚至直接采用鋼管?！舨捎美w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(qiáng)度可以達(dá)到提高?！镆虼耍瑑煞N（或兩種以上）材料的有機(jī)組合，充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，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。

第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)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(xué)性能很不相同，他們可以結(jié)合在一起共同工作，是因?yàn)椋孩配摻詈突炷林g存在有良好的粘結(jié)力，在荷載作用下，可以保證兩種材料協(xié)調(diào)變形，共同受力；⑵鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5），因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞。粘結(jié)力——Bond第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：⑴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)。⑵可模性好：混凝土可根據(jù)需要澆筑成各種性質(zhì)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。⑶耐久性和耐火性較好，維護(hù)費(fèi)用低：鋼筋有混凝土的保護(hù)層，不易產(chǎn)生銹蝕，而混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng)；混凝土是不良熱導(dǎo)體，30mm厚混凝土保護(hù)層可耐火2小時(shí)，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強(qiáng)度。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)⑷現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，且通過合適的配筋，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)。⑸剛度大、阻尼大，有利于結(jié)構(gòu)的變形控制。⑹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)廢料來制造人工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性能。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：⑴自重大：不適用于大跨、高層結(jié)構(gòu)。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)輕質(zhì)、高強(qiáng)和預(yù)應(yīng)力。⑵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用于大跨結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)鋼筋無法應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土。⑶承載力有限：在重載結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu)，構(gòu)件尺寸太大，減小使用空間。高強(qiáng)、鋼骨、鋼管混凝土。⑷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。⑸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。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。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。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)的開始應(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。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。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)用混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展第1章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第二階段：從本世紀(jì)20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后?；炷梁弯摻顝?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（Α.Α.Гвоздев）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。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)展了以概率理論為基礎(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?；炷两Y(jié)構(gòu)的發(fā)展第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1.3混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件和基本理論（上冊(cè)）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（下冊(cè)）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)注意的問題基本理論工程應(yīng)用問題的復(fù)雜性問題的綜合性

問題不是單一的

解答是不唯一的受力性能理論分析構(gòu)件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

材料的力學(xué)性能

兩種材料的配比

兩種材料的共同工作第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，同時(shí)還需要考慮安全適用和經(jīng)濟(jì)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。第1章緒論1.3混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題：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2、工程項(xiàng)目的建設(shè)是國(guó)家的重