0绪论混凝土结构

1、最新资料推荐0 绪论 混凝土结构本课程主要介绍 本课程主要介绍混凝土结构用材料的力学性能 以及钢筋混凝土各种基本构件的截面承载力和变形、 裂缝计算方法 , 在最后一章中， 还介绍了预应力混凝土轴心受拉和受弯构 件的设计 方法。它的先修课程是数学、 力学、 建筑材料、 荷载与结构设计 方法， 后续课是混凝土结构设计等。绪 论 本章的主要内容：混凝土和钢筋的最基本力学性能。钢筋混凝土梁与素混凝土梁的差别。 钢筋与混凝土共同工作的条件。钢筋混凝土结构的优、 缺点。 混凝土和钢筋的最基本力学性能。本课程学习需注意的问题。0.1 混凝土结构的基本概念 结 构： 广义上指房屋建筑和土木工程的建筑物、 构筑

2、物及其相关组 成部分的实体。狭义上指各种工程实体的承重骨架。混凝土结构：以混凝土为主要材料制作的结构。如：1 / 10素混凝土结构( plain concrete structure ) 钢筋混凝 土结构( reinforced concrete structure ) 劲性混凝土结构 ( steel-reinforced concrete structure) 预应力混凝土结构( pre-stressed concrete structure )钢 管 混 凝 土 结 构( concrete-filled tube structure ) 混凝土结构的概念 : 以混 凝土作为主要承重材料 根

3、据需要配置一定量钢筋、 预应力筋 常见 的混凝土结构构件形式如图 0-1 所示(P02 页)梁、板、框架、 柱、 墙等 混凝土的基本特性：抗压强度高， 而抗拉强度却很低 一般抗拉强度 只有抗压强度的 1/81/20 破坏时具有明显的脆性性质 因 此， 素混凝土构件在实际工程的应用很有限， 主要用于以受压为主 的基础、 柱墩和一些非承重结构。素混凝土梁 P4 页:( 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。破坏荷载只有 8KN 左右 (P4 页) 钢材的基本特点 抗拉 和抗压强度都很高 具有屈服现象， 破坏时表现出较好的延性 但细长的钢筋

4、受压时极易压曲， 仅能作为受拉构件 : 将混凝土和 钢材这两种材料有机地结合在一起， 可以取长补短， 充分利用材料 的性能 钢筋混凝土梁 P4 页: 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。受拉区开裂后， 拉力由钢筋承担， 荷载可以继续增加最新资料推荐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。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。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。 但从开裂荷载到屈

5、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

6、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3 / 10 好的综合经济效益。钢筋与混凝土共同工作的条件：钢筋(材) 和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同， 他 们可以结合在一起共同工作， 是因为：1. 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力 (Bond) ， 在荷载作 用下， 可以保证两种材料协调变形， 共同受力； 2. 钢材与混凝 土具有基本相同的温度线膨胀系数(钢材为 1.210-5 ， 混凝土为 (1.01.5)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。混凝土结构的优点： 材料利用合理：钢筋和混凝土

7、的材料强度可以得到充分发挥， 结构承载力与刚 度比例合适， 基本无局部稳定问题， 单位应力价格低， 对于一般 工程结构， 经济指标优于钢结构。 可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸， 适用于各种形状复 杂的结构， 如空间薄壳、 箱形结构等。 耐久性和耐火性较好， 维护费用低：钢筋有混凝土的保护层， 不易产生锈蚀， 而混凝土的强度随 时间而增长； 混凝土是不良热导体， 30mm 厚混凝土保护层可耐火 2 小时， 使钢筋不致因升温过快而丧失强度。 现浇混凝土结构的整体性好， 且通过合适的配筋， 可获 最新资料推荐 得较好的延性， 适用于抗震、 抗爆结构； 同时防振性和防辐射性 能较好，

8、适用于防护结构。 刚度大、 阻尼大， 有利于结构的变形控制。 易于就地取材：混凝土所用的大量砂、 石， 易于就地取材。近年来， 已有利用工业废料来制造人工骨料， 或作为水泥的 外加成分， 改善混凝土的性能。混凝土结构的缺点： 自重大：不适用于大跨、 高层结构。轻质、 高强和预应力。 抗裂性差：普通 RC 结构， 在正常使用阶段往往带裂缝工作， 环境较差 （露天、 沿海、化学侵蚀 ）时会影响耐久性； 也限制了普通 RC 用于 大跨结构， 高强钢筋无法应用。预应力混凝土。 承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构， 构件尺寸太大， 减小使用 空间。高强、钢骨、 钢管混凝土。 施工复杂， 工序多（支

9、模、 绑钢筋、 浇筑、 养护） ，5 / 10 工期长， 施工受季节、 天气的影响较大。钢模、 飞模、 滑模等， 泵送、 早强、 商品、 高性能、 免 振自密实混凝土等。 混凝土结构一旦破坏， 其修复、 加固、 补强比较困难。 混凝土结构加固技术不断得到发展， 如最近研究开发的采用 碳纤维布加固混凝土结构技术， 快速简便。0. 2 混凝土结构的发展简况及其应用 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仅 150 多

10、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， 目前混凝土结构已成为大量土木工程结构中最主 要的结构， 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本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。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。第二阶段：从本世纪 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：

11、最新资料推荐前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫 （ . ） 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。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

12、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。0.3 混凝土结构设计原理的课程特点与学习方法 钢筋混凝土 结构基本构件和基本理论（上册） 包括: 混凝土结构材料性能、 混 凝土结构设计方法、 轴心受压构件正截面承载力计算、 受弯构件正 截面承载力计算、 受扭构件承载力计算、 偏心受力构件承载力计算、 混凝土构件裂缝、 变形、 耐久性； 预应力混凝土构件设计。混凝土结构设计（下册） 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7 / 10往是基本受力形态的复合学习过程 学习中应注意的问题：1 、 构件和结构设计是一个综合性问题

13、。设计过程包括结构方案、 构件选型、 材料选择、配筋构造、 施 工方案等， 同时还需要考虑安全适用和经济合理。设计中许多数据可能有多种选择方案， 因此设计结果不是唯一 的。最终设计结果应经过各种方案的比较， 综合考虑使用、 材料、 造价、 施工等各项指标的可行性， 才能确定较为合适的一个设计结 果。2 、 工程项目 的建设是国家的重要工作， 必须依照国家颁布 的法规进行。设计人员必须遵照各种结构类型的设计规范或规程进行设计。各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件， 其目 的 是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下， 保证设计的质 量和工程项目 的安全可靠。注意在学习中， 有关基本理

14、论的应用最终都要落实到规范的具 体规定。由于工程结构类型很多， 不同的结构类型有不同的设计规范或 规程， 但混凝土结构的基本理论是一致的， 应重点学好基本理论。本书上册以基本理论为主， 并结合主要用于建筑结构的混凝 土结构设计规范 GB500010 学习最新资料推荐本书下册将结合各种结构类型， 介绍有关的设计方法和设计规 范。3 、 设计工作是一项创造性工作。 一方面在设计工作中必须按照规范进行， 另一方面只有深刻理 解规范的理论依据， 才能更好地应用规范， 充分发挥设计者的主动 性和创造性。本学科还在不断的发展和更新， 因此设计工作也不应被规范束 缚， 在经过各方面的可靠性论证后， 应积极采

15、用先进的理论和技术。规范一般十年左右修订一次， 就是为了 反映学科最新发展的 成果。本章小结 混凝土的最基本力学性能： 抗压强度高， 但抗拉强度却很低。 一般混凝土的抗拉强度只有抗压强度的 1/201/8 。另一方面， 混凝土破坏时具有明显的脆性性质。 钢材的最基本力学性能：抗拉和抗压强度都很高， 且钢材一般均具有屈服现象， 破坏 时表现出较好的延性。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。钢筋和混凝土两种的物理力学性能很不相同材料之所以可结合在一起共同工作， 是由于钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，9 / 10 保证两种材料协调变形、 共同受力， 且由于钢筋和混凝土基本相同 的温度膨胀系数， 这种粘结力不会因温度变化丧失。混凝土结构的优点：材料利用合理、 易于就地取材、 耐久性好、 造价和维护费用 低、 可模性好、 耐火性好、 整体性好、 刚度大。混凝土结构的缺点：自 重大、 抗裂性差、 承载力有限、 施工复杂。 克服和解决混凝土结构的缺点是混凝土结构的发展方向。钢筋混凝土基本构件有：