qAAA钢筋混凝土结构

1、混凝土结构混凝土结构concrete structure主讲教师：主讲教师：刘正保刘正保 教授教授 tel熊辉霞熊辉霞 讲师讲师 tel张建文副教授张建文副教授tel：3373451e-mail: 土木工程系工程结构研究室土木工程系工程结构研究室1 1 绪绪 论论 主要以混凝土材料，并根据需要配置主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预钢筋、预应力筋、钢骨、钢管应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，等，作为主要承重材料的结构，均可称为均可称为混凝土结构混凝土结构(concrete structure)。1.1 混凝土结构的一般概念和特

2、点素混凝土结构素混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构钢管混凝土结构钢管混凝土结构frp筋混凝土筋混凝土第一章 绪论钢钢 -混凝土混合结构混凝土混合结构纤维混凝土纤维混凝土第一章 绪论素混凝土结构素混凝土结构（plain concrete)foundationmasonry wall钢筋混凝土梁第一章 绪论钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构（reinforced concrete structure)reinforcementstirrupsupport第一章 绪论预应力混凝土结构预应力混凝土结构（pre-stressed concrete

3、 structure)pre-stress rebarconcretehollowtubepre-stressed concrete hollow floor钢骨混凝土柱第一章 绪论钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构（steel reinforced concrete) (encased concrete)steelreinforcementstirrupsteel reinforced concrete column第一章 绪论钢管混凝土结构钢管混凝土结构（concrete filled tube)steel tubeconcrete concrete filled tube column第一章

4、绪论frp混凝土混凝土（fiber reinforced polymer(plastic) concrete )第一章 绪论钢钢-混凝土组合（混合）结构混凝土组合（混合）结构(composite structure or hybrid structure)混凝土混凝土(concrete)： 抗压强度高，而抗拉强度却很低抗压强度高，而抗拉强度却很低 high compressive strength, but lower tensile strength 一般抗拉强度只有抗压强度的一般抗拉强度只有抗压强度的1/81/20 破坏时具有明显的破坏时具有明显的脆性性质脆性性质( brittle) 第一

5、章 绪论因此，素混凝土构件在实际工程的应用很因此，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、柱墩有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结构。和一些非承重结构。基本材料性能基本材料性能 basic materials properties素混凝土梁试验 test of plain concrete beam第一章 绪论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破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗

6、拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。第一章 绪论钢钢 材材(steel)：抗拉和抗压强度都很高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具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性 ductile但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件而纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲，材料强度而纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲，材料强度一般得不到充分地发挥。一般得不到充分地发挥。advantage: 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

7、利用材料的性能。第一章 绪论pcr = 9.7knfc=13.4n/mm2ft=1.54n/mm2fy=335n/mm2 fts sc= ft1503002500钢筋混凝土梁pu 52.5kns sc= ft ft s ss s sc2f16 fy配置钢筋后，配置钢筋后，rc梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗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。显预兆。py 50.0kn第一章 绪论 fcpcr = 9.7knfc=13.4n/mm2ft=1.54n/mm2fy=335n

8、/mm2 fts sc= ft1503002500钢筋混凝土梁pu 52.5kns sc= ft ft s ss s sc2f16 fypy 50.0kn第一章 绪论 fc但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作；但从开裂荷载到屈服荷载，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。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？于大跨度结构。如何解决？钢筋混凝土reinforced concrete除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式可以在构件的受压

9、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），可以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，其抗拉强度可以达到提高因此，两种因此，两种( (或两种以上或两种以上) )材料的有机组合，可充分发材料的有机组合，可充分发挥各自的长处，创造出多种形式的复合材料，适应挥各自的长处，创造出多种形式的复合材料，适应各种不同受力的要求，取得很好的综合经济效益各种不同受力的要求，取得很好的综合经济效益第一章 绪论受压构件中配置

10、受压钢筋受扭构件配筋螺旋箍筋约束混凝土梁中配置箍筋图 1-3 常见配筋方式第一章 绪论钢筋与混凝土共同工作的条件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钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能(physical mechanics performance)(physical mechanics performance)很不相同，它们很不相同，它们可以结合在一起共同工作，是因为：可以结合在一起共同工作，是因为： 钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力( (bond) )，在，在荷载作用下，保证两种材料变形协调荷载作用下，保证两种材料变形协调(

11、(same deformation under load) )，共同受力；，共同受力；第一章 绪论粘结力粘结力bond钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数数(temperature linear expanding index)(temperature linear expanding index)（钢材为钢材为1.210-5，混凝土为，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。变形差而导致两者间的粘结力破坏。混凝土结构的优点：混凝土结构的优点

12、： 材料利用合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得材料利用合理：钢筋和混凝土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，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。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、箱尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。形结构等。 耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的

13、保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间土的保护层，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，而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护厚混凝土保护层层可耐火可耐火2小时小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。第一章 绪论 现浇混凝土结构的整体性好，且通过现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配合适的配筋筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。 刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。刚度大、阻尼大，有利

14、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，改善混凝土的性工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。能。第一章 绪论混凝土结构的缺点：混凝土结构的缺点： 自重大：不适用于大跨、高层结构。自重大：不适用于大跨、高层结构。第一章 绪论轻质、高强和预应力轻质、高强和预应力 抗裂性差：普通抗裂性差：普通rc结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差环境较差(露天、沿海、化学侵蚀露天、沿海

15、、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了时会影响耐久性；也限制了普通普通rc用于大跨结构，高强钢筋无法应用。用于大跨结构，高强钢筋无法应用。预应力混凝土预应力混凝土 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。大，减小使用空间。高强、钢骨、钢管混凝土高强、钢骨、钢管混凝土 施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。施工受季节、天气的影响较大。 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强

16、比较困难。 钢模、飞模、滑模等钢模、飞模、滑模等，泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等混凝土结构加固技术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。纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。1.21.2 混凝土结构的发展简况及其应用混凝土结构的发展简况及其应用1824年英国人阿斯普丁年英国人阿斯普丁(j.aspdin)发明硅酸盐水泥发明硅酸盐水泥 1849年法国人朗波年法国人朗波(l.lambot)制造了第一只钢筋混制造了第一只钢筋混凝土小船凝土小船 1872年在纽约

17、建造第一所钢筋混凝土房屋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混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。多年。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并与砖石结构、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，而且土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土高性能混凝土和和新型混凝土结构新型混凝土结构形式还在不断发展。形式还在不断发展。第一章 绪论第一阶段第一阶段(the first stage):从钢筋混凝土的发明至本世纪初从钢筋混凝土的发明至本世纪

18、初钢筋和混凝土的强度都比较低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、拱和基础等构主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。件。计算理论：计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理结构内力和构件截面计算均套用弹性理论论(elastic theory)，采用容许应力设计方法，采用容许应力设计方法(allowable stress design method)。第一章 绪论混凝土结构的发展混凝土结构的发展第一章 绪论第二阶段第二阶段(the second stage) ：从本世纪从本世纪2020年代到第二次世界大战前后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混凝土

19、和钢筋强度的不断提高19281928年法国杰出的土木工程师年法国杰出的土木工程师e.freyssnete.freyssnet发明了预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：计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（夫（.）开始考虑混凝土塑性）开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法性能的破损阶段设计法( (failure stage design method) )，5050年代又提出更为合理的极限状态设计法年代又提出更为合理的极限状态设计法( (limit state design met

20、hod) )，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。计算理论。第一章 绪论第三阶段第三阶段(the third stage)：二战以后到现在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。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、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、

21、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，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。成为现代土木工程的标志。设计计算理论：设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状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，而新型混态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的凝土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。课题，并不断促进混凝土结构的发展。混凝土结构的发展第一章 绪论第一章 绪论第一章 绪论第一章 绪论上海莘庄大型立交工程上海莘庄大型立交工程该工程由15条线路，6条主线、20个

22、定向匝道构成；占地面积45.8公顷，整个立交桥梁结构长度11.1公里、面积8.4万m2。第一章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题钢筋混凝土结构基本构件和基本理论（上册）钢筋混凝土结构基本构件和基本理论（上册）混凝土结构设计（下册）混凝土结构设计（下册）受压构件受扭构件受弯构件受拉构件受弯构件受压构件第一章 绪论截面的基本受力形态有：截面的基本受力形态有：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构件的受力往往是基本受力形态的复合基本构件的受力往往是基本受力形态的复合基本构件基本构件受力形态受力形态受弯构件受弯构件板梁受弯、受剪受弯、受剪受压构件受压构件受压

23、弦杆柱、墙受压弯受压弯受压剪受压剪双向受压弯双向受压弯受扭构件受扭构件雨蓬梁柱柱受扭受扭受弯、剪、扭受弯、剪、扭受压、弯、剪、扭受压、弯、剪、扭受拉构件受拉构件受拉弦杆受拉弯受拉弯梁柱节点梁柱节点受剪受剪第一章 绪论基本理论基本理论工程应用工程应用问题的复杂性问题的复杂性问题的综合性问题的综合性问题不是单一的问题不是单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论分析理论分析构件设计构件设计结构设计结构设计材料的力学性能材料的力学性能两种材料的配比两种材料的配比两种材料的共同工作两种材料的共同工作第一章 绪论第一章 绪论科学方法论：科学方法论：分解论分解论各种受力形态各种受力形态整体论整

24、体论构件：各种受力形态的组合构件：各种受力形态的组合系统论系统论工程：各种构件、结构、材料、施工、管理工程：各种构件、结构、材料、施工、管理学习中应注意的问题：学习中应注意的问题：1 1、构件和结构设计是一个综合性问题、构件和结构设计是一个综合性问题设计过程包括设计过程包括结构方案结构方案、构件选型构件选型、材料选择材料选择、配筋构造配筋构造、施工方案施工方案等等还需要考虑还需要考虑安全适用安全适用和和经济合理经济合理。设计中许多数据可能有多种选择方案，因此设计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。结果不是唯一的。最终设计结果应经过各种方案的比较，综合考虑最终设计结果应经过

25、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，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。才能确定较为合适的一个设计结果。第一章 绪论学习中应注意的问题：学习中应注意的问题：第一章 绪论2 2、工程项目的建设是国家的重要工作，必须依照国、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人员必须遵照各种结构类型的设计规范或规程设计规范或规程进行设计。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，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

26、政策的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。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，有关基本理论的应用最终都要落实注意在学习中，有关基本理论的应用最终都要落实到规范的具体规定。到规范的具体规定。学习中应注意的问题：学习中应注意的问题：第一章 绪论由于工程结构类型很多，不同的结构类型有不同的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。的，应重点学好基本理论。本学期以基本理论为主，并结合主要用于建筑结构本学期以基本理论为主，并结合主要用于