《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》 第2版 課件 第1章 緒論

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理

Fundamentalsof

ConcreteStructure主講：王海軍教授沈陽工業(yè)大學教材：王海軍主編，混凝土結(jié)構(gòu)基本原理第2版，機械工業(yè)出版社，2024參考書：東南大學等四校合編，混凝土結(jié)構(gòu)（上冊）中國建筑工業(yè)出版社,2019沈蒲生，混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第5版,高等教育出版社,2020教材及參考書TextBookandReferences我們每天生活在混凝土結(jié)構(gòu)的海洋中，如教室、宿舍、食堂、圖書館、橋梁等，這都是土木工程師們設計施工完成的杰作。《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》就是培養(yǎng)混凝土結(jié)構(gòu)設計素養(yǎng)的核心課程，讓我們一起走進混凝土結(jié)構(gòu)的世界，探索其中的奧秘！課程地位：《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》是土建類專業(yè)必修的專業(yè)基礎課程，它建立在材料力學、結(jié)構(gòu)力學、建筑材料等前設課程的基礎上，為后續(xù)專業(yè)課混凝土結(jié)構(gòu)設計、高層建筑結(jié)構(gòu)設計、建筑結(jié)構(gòu)抗震設計等提供理論準備。在課程體系中占有十分重要的地位。課程任務：學習混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能、基本計算原理、工程設計方法和配筋構(gòu)造，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和綜合能力，訓練提高學生的工程設計能力，為今后從事混凝土結(jié)構(gòu)設計與創(chuàng)新奠定基礎。

學習形式：《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課內(nèi)學時64學時，主要教學環(huán)節(jié)包括：理論教學、實驗教學、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)講座等。該課程內(nèi)容豐富，具有理論性、實踐性、實用性強的特點。第1章緒論Introduction1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點本課程的研究對象§1.1混凝土結(jié)構(gòu)的基本特點§1.2混凝土結(jié)構(gòu)學科的發(fā)展概況§1.3本課程的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)§1.4課程學習中應注意的問題學習目標：1、熟悉混凝土結(jié)構(gòu)的概念2、了解混凝土結(jié)構(gòu)的主要特點3、了解課程的主要內(nèi)容及其在結(jié)構(gòu)設計中的地位與作用4、了解課程的學習方法及應注意的主要問題

主要以混凝土材料，并根據(jù)需要配置鋼筋、預應力筋、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)一般概念和特點本課程的研究對象——混凝土結(jié)構(gòu)1.混凝土結(jié)構(gòu)的概念1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點2.混凝土結(jié)構(gòu)的分類①素混凝土結(jié)構(gòu)②鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)③預應力混凝土結(jié)構(gòu)④鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)⑤鋼管混凝土結(jié)構(gòu)⑦FRP筋混凝土⑥鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)⑧纖維混凝土混凝土結(jié)構(gòu)請回答！1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點①素混凝土結(jié)構(gòu)（PlainConcrete)1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點②鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

（ReinforcedConcrete)1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

（ReinforcedConcrete)1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點③預應力混凝土結(jié)構(gòu)

（PrestressedConcrete)1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點④鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)

（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)

1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點⑤鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（ConcreteFilledTube)

1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點⑥鋼-混凝土組合（混合）結(jié)構(gòu)(CompositeStructureorHybridStructure)返回1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點⑦FRP混凝土（FiberReinforcedPolymer(Plastic)Concrete)1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡況及其應用

上海金貿(mào)大廈（88層、420.5m），鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)東方明珠廣播電視塔1994，468m

長江三峽水利樞紐工程，大壩高186m，壩體混凝土用量達1527萬m3，是世界上最大的水利工程

上海楊浦大橋是目前世界上跨度最大的斜拉橋，全長1172m臺灣101大廈2003，（101+5層，449.2m）廣州塔2009，600m，鋼筋混凝土內(nèi)核心筒及鋼結(jié)構(gòu)外框筒3.混凝土結(jié)構(gòu)的應用國內(nèi)

上海中心大廈（118層、632m），鋼筋混凝土+鋼1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡況及其應用國外阿拉伯的哈利法塔2010，162層，828m麥加鐘樓飯店2010，601m，120層

朝鮮平壤的柳京飯店（105層、319.8m）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

馬來西亞的雙塔（457m）鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)加拿大多倫多電視塔，1976，（553.3m）第三，預應力砼◆混凝土的基本材料性能：

◎抗壓強度高，而抗拉強度卻很低◎抗拉強度只有抗壓強度的1/8~1/20

◎破壞時具有明顯的脆性性質(zhì)(Brittle)

1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點因此，素混凝土構(gòu)件在實際工程的應用很有限，主要用于以受壓為主的基礎、柱墩和一些非承重結(jié)構(gòu)。①素混凝土梁受力性能1.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的組成原理像粉筆？混凝土結(jié)構(gòu)的基本特點§1.11）素混凝土梁的抗彎能力很低2）解決該問題有三個途徑F鋼筋混凝土纖維混凝土與抗拉強度高的材料復合②素混凝土梁脆性破壞的解決途徑同學回答！◆鋼材的材料性能：◎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Ductile◎但細長的鋼筋受壓時極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件Advantage:

將混凝土和鋼材這兩種材料有機地結(jié)合在一起，可以取長補短，充分利用材料的性能。1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點工程實踐表明，在混凝土截面受拉區(qū)設置增強的受拉筋是最經(jīng)濟、最有效的方法。三個解決途徑，哪個最好？◆?鋼筋混凝土構(gòu)件中，除在受拉區(qū)配筋外，凡是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中可能出現(xiàn)拉應力的位置都應配置鋼筋，以防止構(gòu)件開裂，提高構(gòu)件的承載能力、適用性和耐久性?！?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1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點③混凝土結(jié)構(gòu)的常見配筋方式請回答！◆?在復雜應力區(qū)域（如梁在受剪區(qū)段、受扭構(gòu)件、節(jié)點區(qū)、剪力墻等），可以配置箍筋或縱橫交錯的鋼筋◆?還可以利用箍筋或鋼管約束混凝土來提高混凝土的抗壓強度1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點③混凝土結(jié)構(gòu)的常見配筋方式請回答！1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點鋼筋（材）和混凝土兩種材料的物理力學性能很不相同，它們可以結(jié)合在一起共同工作，是因為：⑴鋼筋與混凝土之間存在良好的粘結(jié)力(Bond)，在荷載作用下，保證兩種材料變形協(xié)調(diào)(SameDeformationunderload)，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），因此當溫度變化時，兩種材料不會產(chǎn)生過大的變形差而導致兩者間的粘結(jié)力破壞。(3)鋼筋外邊有一定厚度的混凝土保護層，可以防止鋼筋銹蝕，從而保證了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。1.1.2

共同工作原理6個優(yōu)點：⑴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(jié)構(gòu)承載力與剛度比例合適，基本無局部穩(wěn)定問題，單位應力價格低，對于一般工程結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟指標優(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，維護費用低：鋼筋有混凝土的保護層，不易產(chǎn)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，30mm厚混凝土保護層可耐火2小時，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強度。1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點1.1.3

混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點返回請回答！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)；同時防振性和防輻射性能較好，適用于防護結(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。1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點⑴自重大：不適用于大跨、高層結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)、高強和預應力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、化學侵蝕)時會影響耐久性；也限制了普通RC用于大跨結(jié)構(gòu)，高強鋼筋無法應用。預應力混凝土(3)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。(4)混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞，其修復、加固、補強比較困難。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混凝土結(jié)構(gòu)加固技術不斷得到發(fā)展，如采用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術，快速簡便。4個缺點請回答！通過以上學習，我們了解了混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念與基本特點。遼寧省大學資源共享課

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理

FundamentalsofConcreteStructure主講：王海軍教授沈陽工業(yè)大學☆

混凝土結(jié)構(gòu)起源于歐洲、至今已160年歷史；☆1824年英國的阿斯匹丁JosephAspdin調(diào)配石灰?guī)r和粘土，燒制成了硅酸鹽水泥，并取得專利，成為水泥工業(yè)的開端。但混凝土的抗拉強度很低，限制了混凝土的應用?！?865年法國花匠Joseph.Monier用鐵絲配筋制成花盆并于1867年取得專利權(quán)，后又申請了梁、橋面板、管、拱橋的專利。被認為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者?；炷两Y(jié)構(gòu)學科的發(fā)展簡況§1.2一個花匠怎么會成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者呢？約瑟夫·莫尼埃(1823-1906)是一位普通花匠。他為花盆的脆弱所困擾。那時的花盆都是由一些普通的泥土和陶土燒制而成的瓦盆，不堅固，一碰就破。莫尼埃去咨詢其他花匠朋友，可他們也都面臨著同樣的困擾；去找專門制作盆罐的工人，也沒什么好辦法。莫尼埃決定自己想辦法改進花盆。恰好那時，水泥開始作為建筑材料使用，用水泥加沙子制成混凝土。混凝土有良好的黏結(jié)性，變硬固化后又具有很高的強度。這引起了莫尼埃的注意，于是他便用水泥加上沙子制造了混凝土花盆?；炷粱ㄅ韫环浅怨?，尤其是不怕壓。但混凝土花盆和瓦盆一樣也有缺點，就是經(jīng)不起拉伸和沖擊，有時，對花木進行松土和施肥都會導致花盆破碎。☆門外漢發(fā)明鋼筋混凝土——靈感源自植物根系??！“再想辦法改進！”莫尼埃勉勵自己。在一個花盆摔碎時發(fā)現(xiàn)：花盆被摔的七零八落，可花盆的泥土卻抱成一團，仍然保持著原狀，好像比水泥還要結(jié)實。莫尼埃仔細觀察，原來是植物的根系在泥土中互相交叉、形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使松散的泥土抱成了堅實的一團。莫尼埃得到了啟示，他打算仿照植物的根系，制作新的花盆。他先用細小的鋼筋編成花盆的形狀，然后在鋼筋里外兩面都涂抹上水泥砂漿，干燥后，花盆果然既不怕拉伸也能經(jīng)受沖擊。莫尼埃發(fā)明的鋼筋混凝土花盆，在巴黎的園藝界很快得到推廣。莫尼埃在1867年獲得專利權(quán)。有一天，巴黎一位著名的建筑師到莫尼埃的花圃里看花。他看到了莫尼埃用鋼筋混凝土制作的花盆，大為驚訝。他鼓勵莫尼埃把這項技術運用到工程上，并為他牽線搭橋。莫尼埃開始應用這項技術制作臺階、鐵路的枕木、預制板，并逐漸得到一些設計師的支持和社會的承認。鋼筋混凝土花盆的設計圖紙

1867年，在巴黎的世博會上，莫尼埃展出了鋼筋混凝土制作的花盆、枕木。同時展出的還有法國人蘭特姆用鋼筋混凝土制造的小瓶、小船。一些建筑商在世博會上親眼目睹了鋼筋混凝土的優(yōu)點：既能承受壓力，又能承受張力，造價還便宜。鋼筋混凝土引起了他們廣泛的興趣。

1875年，在設計師的幫助下，莫尼埃主持建造了世界上第一座鋼筋混凝土大橋。這座橋長16米、寬4米，是座人行的拱式體系橋。當時，人們還不明白鋼筋在混凝土中的作用和鋼筋混凝土受力后的物理力學性能，因此，橋梁的鋼筋配置全是按照體型構(gòu)造進行，在拱式構(gòu)件的截面中和軸上也配置了鋼筋。1884年，德國一家建筑公司購買了莫尼埃的專利，并對鋼筋混凝土進行了一系列科學試驗。一位叫懷特的土木建筑工程師研究了它的耐火性能、強度，混凝土和鋼筋之間的黏結(jié)力等等，并在此基礎上研究出了制造鋼筋混凝土的最佳方法。從此，鋼筋混凝土這種復合材料成了土木工程建筑中的主角之一。約瑟夫·莫尼埃主持建造的首座鋼筋混凝土橋

【故事啟示】發(fā)現(xiàn)問題、創(chuàng)新思維很重要！鋼筋混凝土的發(fā)展☆1866年，德國學者Wayss,Bauschingger（包辛格）和Koenen（克內(nèi)恩）等發(fā)表了板的計算理論和計算方法?！?872年紐約建造了第一所鋼筋混凝土房屋?！?877年美國的ThaddeusHyatt研究了梁的力學性質(zhì)，1887年德國的Koenen提出了用混凝土承擔壓力和用鋼筋承擔拉力的設計方案，德國的包辛格確認了混凝土中的鋼筋不受銹蝕等問題，于是混凝土結(jié)構(gòu)有了較快的發(fā)展?！?892年法國的Hennebique闡述了箍筋對抗剪的有效作用，并于1898年提出了T形梁的方案。Conigne對混凝土柱進行研究，取得了混凝土柱的專利，Considere根據(jù)實驗于1902年取得了螺旋鋼筋柱的專利。1886年美國工程師PHJackson和德國的CEWDoehring先后把預應力技術應用到混凝土結(jié)構(gòu),但由于鋼筋的應力松弛、混凝土的收縮及徐變很快就將所施加的低預拉應力損失掉?！?928年，法國學者尤金·弗雷賽納特(EugeneFreyssinet)首次將高強度鋼絲成功應用于預應力混凝土,發(fā)明了預應力混凝土結(jié)構(gòu)。1939年尤金發(fā)明了錐型錨具及雙作用千斤頂；1940年比利時的麥尼爾（G.Magnel）研制的麥式鍥型錨具，為后張預應力混凝土提供了切實可行的生產(chǎn)工藝。1954林同炎提出了被稱為預應力混凝土設計三大基礎理論之一的“荷載平衡法”設計理論，被全世界尊為“預應力先生”。☆預應力混凝土的發(fā)明1.2.1材料的發(fā)展☆(1)混凝土強度不斷提高：美國20世紀60年代混凝土的抗壓強度平均約為28MPa；70年代初42MPa；80年代初C60普遍；我國規(guī)范C15~C80；試驗室中已達300MPa?！?2)纖維混凝土的應用(纖維：鋼纖維、合成纖維、玻璃纖維、碳纖維等)改善了混凝土的性能(提高抗裂、抗沖擊、抗疲勞等)。鋼纖維混凝土廣泛應用于公路路面、機場跑道、橋面等?！?3)輕質(zhì)混凝土的應用：加氣混凝土、陶?；炷?、火山巖混凝土、碎磚混凝土等，其容重約為：(14~18)kN/m3(普通混凝土為24kN/m3)。有利于保溫、隔熱、隔音、吸能抗震?！?4)再生骨料混凝土：利用建筑廢料、變廢為寶。將拆除建筑物的廢料如混凝土、磚塊經(jīng)破碎后得到的再生粗骨料，清洗以后可以代替全部或部分石子配制混凝土?！?5)特種混凝土的應用：膨脹混凝土、自密實混凝土、聚合物混凝土、耐腐蝕混凝土和水下不分散混凝土等。第一階段：從鋼筋混凝土的發(fā)明~19201.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡況及其應用1.2.2

混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展分三個階段：材料：鋼筋和混凝土的強度都比較低應用范圍：小型樓板、梁、柱、拱和基礎等構(gòu)件。計算理論：結(jié)構(gòu)內(nèi)力和構(gòu)件截面計算均套用彈性理論，采用容許應力設計方法。192018491955第一階段第二階段第三階段1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡況及其應用材料：混凝土和鋼筋強度的不斷提高1928年法國杰出的土木工程師E.Freyssnet發(fā)明了預應力混凝土，使得混凝土結(jié)構(gòu)可以用來建造大跨度計算理論：1938年前蘇聯(lián)著名的混凝土結(jié)構(gòu)專家格沃茲捷夫采用考慮混凝土塑性性能的破損階段設計法，50年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設計法，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本計算理論。第二階段：1920~19551.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡況及其應用技術：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(jié)構(gòu)、泵送商品混凝土等工業(yè)化生產(chǎn)技術。材料：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、大跨度橋梁、特長跨海隧道、高聳結(jié)構(gòu)等大型工程，成為現(xiàn)代土木工程的標志。設計計算理論：發(fā)展了以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法。三維有限元分析，開始真實模擬混凝土的非線性行為。返回第三階段：1955-現(xiàn)在1.2.3混凝土結(jié)構(gòu)設計理論的發(fā)展生命全過程設計法

20世紀30年代以前對材料的力學性能認識不夠20世紀初，人們就對混凝土的塑性性能進行了研究，直到1938年，前蘇聯(lián)頒布了一本混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范

20世紀50年代允許應力設計法

材料力學法：σ≤[σ]

破壞階段設計法按經(jīng)驗確定安全系數(shù):KP≤[p]

極限狀態(tài)設計方法考慮材料和荷載的變異性應用概率理論，融可靠度于多個系數(shù)中的實用設計表達式:γ0

S≤R半經(jīng)驗、半概率法 近似概率法 全概率法我國混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的發(fā)展照搬前蘇聯(lián)設計規(guī)范采用破壞階段設計法1949年以前我國規(guī)范幾乎一片空白1955年規(guī)范6-55《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計暫行規(guī)范》

GBJ21-1966

TJ10-74 SDJ20-1978 GBJ10-89 DL/T5057-1996GB50010-2002 SL191-2008 DL/T5057-2009

1966年

1974年

1978年

1989