混凝土结构设计原理第一章绪论

1、河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院混凝土结构设计基本原理 Basic Principle of Concrete Structure Design河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 秦本东秦本东河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院武汉长江大桥武汉长江大桥1957年建成通车年建成通车已使用已使用57年年河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院南京长江大桥南京长江大桥1968年建成通车年建成通车已使用已使用46年年河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院郑州黄河二桥郑州黄河二桥2004年年10月月1日建成通车日建成通车已使用已使用10年年河南

2、理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院哈利法塔，阿拉伯联哈利法塔，阿拉伯联合酋长国，迪拜，合酋长国，迪拜，160层，层，828m。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院中国第一高楼：中国第一高楼：上海环球金融中心，上海环球金融中心，101层，层，492m。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院武汉国际证券大厦，武汉国际证券大厦，331m， 68层层深圳赛格广场，深圳赛格广场，292m， 70层层河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院2013年年5月月25日长春市某正在改建的小学倒塌日长春市某正在改建的小学倒塌河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院广

3、西百色德保县广西百色德保县“楼歪歪楼歪歪”工程历经数月缓慢倾斜最终倒塌工程历经数月缓慢倾斜最终倒塌河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院2013年暴雨致使四川西部某桥垮塌年暴雨致使四川西部某桥垮塌河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院2013.10.8 广东惠州旱坑大桥垮塌广东惠州旱坑大桥垮塌60m3场超强台风带来的特大洪灾导致桥梁基础及场超强台风带来的特大洪灾导致桥梁基础及桥墩失稳，超载车过多是主因桥墩失稳，超载车过多是主因河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南连霍高速三门峡渑池段义昌大桥发生桥面垮塌事故河南连

4、霍高速三门峡渑池段义昌大桥发生桥面垮塌事故 2013年年2月月1日（农历正月十一），上午日（农历正月十一），上午8：52分分河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院义昌大桥坍塌到底原因为何义昌大桥坍塌到底原因为何 ？工程简况：工程简况：160多多m的义昌河大桥桥面有的义昌河大桥桥面有80多多m坍塌，桥离地面高坍塌，桥离地面高30m左右。左右。事故原因事故原因：一个满载烟花爆竹的车辆爆炸引发的一个满载烟花爆竹的车辆爆炸引发的桥面坍塌，导致车辆坠落引发伤亡。桥面坍塌，导致车辆坠落引发伤亡。 河南

5、理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院客观原因：客观原因： 烟花爆竹车上装有烟花爆竹车上装有350多袋开天雷和多袋开天雷和200多箱内筒式烟花，相当于多箱内筒式烟花，相当于1吨吨多炸药。烟花爆竹车在节点位置上爆炸，引起了大桥跨塌。多炸药。烟花爆竹车在节点位置上爆炸，引起了大桥跨塌。 义昌大桥是简支义昌大桥是简支T梁桥，梁体在简支处断开。简支梁的特点是一端为梁桥，梁体在简支处断开。简支梁的特点是一端为固定铰支座，一端为滑动铰支座，滑动支座可以沿着梁体的走向自由滑固定铰支座，一端为滑动铰支座，滑动支座可以沿着梁体的走向自由滑动一定距离，但超过这个距离梁体就会从支座上掉下来。因此，很有可动一定

6、距离，但超过这个距离梁体就会从支座上掉下来。因此，很有可能是，爆竹货车爆炸的冲击波引起梁体滑动，导致梁体滑落而跨塌。而能是，爆竹货车爆炸的冲击波引起梁体滑动，导致梁体滑落而跨塌。而且，可能是两跨桥梁体的固定铰支座都设置在了中间桥墩上，一个梁体且，可能是两跨桥梁体的固定铰支座都设置在了中间桥墩上，一个梁体滑落后拉倒了中间桥墩，从而导致了另一个梁体落梁，大桥也就跨塌了。滑落后拉倒了中间桥墩，从而导致了另一个梁体落梁，大桥也就跨塌了。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院“1937“1937年，茅以升找了年，茅以升找了100100多关键点，才炸断钱塘江大桥。多关键点，才炸断钱塘江大桥。20

7、132013年，一年，一车爆竹让连霍高速大桥倒塌。车爆竹让连霍高速大桥倒塌。”有人质问，有人质问，“爆竹车响了能把桥震塌了，爆竹车响了能把桥震塌了，你说是爆竹质量好还是桥质量差？你说是爆竹质量好还是桥质量差？” 其他分析：其他分析：著名爆破专家王百姓：著名爆破专家王百姓：北半幅的桥面和南北隔开的部分被炸开了，假如北半幅的桥面和南北隔开的部分被炸开了，假如是桥先坠落烟花爆竹后爆炸的话，就不会影响到北半部分，大桥的北半是桥先坠落烟花爆竹后爆炸的话，就不会影响到北半部分，大桥的北半部也受到影响说明当时是先爆炸，强烈的冲击波波及到北半幅桥面。部也受到影响说明当时是先爆炸，强烈的冲击波波及到北半幅桥面。

8、河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院上海闵行区上海闵行区“莲花景苑莲花景苑”住宅楼整体倒塌住宅楼整体倒塌2009年年6月月27日，凌晨日，凌晨5：30分分河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院上海上海“莲花景苑莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析住宅楼整体倾倒分析工程简况：工程简况：13层住宅楼，高层住宅楼，高30多多m，大开孔剪，大开孔剪 力墙结构，无地下室，高强预应力离心管桩力墙结构，无地下室，高强预应力离心管桩事故特征：事故特征：大楼整体坍塌，上部结构无明显损大楼整体坍塌，上部结构无明显损伤，下部支座无明显下沉，高强伤，下部支座无明显下沉，高强预应力管桩预应力管桩断裂断裂河

9、南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院上海上海“莲花景苑莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析住宅楼整体倾倒分析客观原因：客观原因：大楼左侧挖土、右侧推土，引起水平推力和水平大楼左侧挖土、右侧推土，引起水平推力和水平位移位移主观原因（建筑结构内在的隐患）：主观原因（建筑结构内在的隐患）：v 桩长度大（约桩长度大（约33m），桩数量少；），桩数量少；v 桩型为桩型为PHC高强预应力离心管桩，壁薄，脆性，桩截面强高强预应力离心管桩，壁薄，脆性，桩截面强度小，

10、与普通方桩相比约差一半；度小，与普通方桩相比约差一半；v 建筑物宽度小，南北两侧沉降差引起转角大，相互作用下建筑物宽度小，南北两侧沉降差引起转角大，相互作用下倾覆力矩增长迅速；倾覆力矩增长迅速；v 无地下室，水平力仅有桩承受，无墙相助。无地下室，水平力仅有桩承受，无墙相助。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院上海上海“莲花景苑莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析住宅楼整体倾倒分析专家结论：专家结论：1、经复核原勘察报告、结构设计、管桩强度符合要求；、经复核原勘察报告、结构设计、管桩强度符合要求；2、紧贴、紧贴7号楼北侧，在短期内堆土太高，大楼南侧的地下车号楼北侧，在短期内堆土太高，大楼南侧

11、的地下车库开挖，深度库开挖，深度4.6m，大楼两侧的压力差致使土体产生水平位，大楼两侧的压力差致使土体产生水平位移，过大的水平力超过了大楼桩基的抗侧能力，导致房屋倾移，过大的水平力超过了大楼桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。倒。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院建筑结构内在的隐患建筑结构内在的隐患桩长度大桩长度大 ， 桩数量少桩数量少桩壁薄，脆性，桩截面强度小桩壁薄，脆性，桩截面强度小结构竖向强，侧向弱结构竖向强，侧向弱偶然因素作用下可能发生灾难性后果偶然因素作用下可能发生灾难性后果河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院混凝土结构设计基本原理第一章第一章 绪论绪论Chapt

12、er 1 Introduction河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1.结构的定义与分类结构的定义与分类2.钢筋混凝土结构的定义与分类钢筋混凝土结构的定义与分类3.钢筋混凝土结构的受力特点钢筋混凝土结构的受力特点4.钢筋混凝土结构的优缺点钢筋混凝土结构的优缺点一、混凝土结构的概念和特点一、混凝土结构的概念和特点 1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段钢筋混凝土结构发展的几个阶段2.材料方面的发展材料方面的发展3.结构方面的发展结构方面的发展4.施工技术方面的发展施工技术方面的发展5.钢筋混凝土结构计算理论的发展钢筋混凝土结构计算理论的发展二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展 本章内

13、容本章内容 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、混凝土结构的工程应用三、混凝土结构的工程应用 1.房屋工程房屋工程2.交通工程交通工程3.水利工程水利工程4.特种结构特种结构四、本课程的特点和学习方法四、本课程的特点和学习方法河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院了解（钢筋）混凝土结构的定义、特点；了解（钢筋）混凝土结构的定义、特点； 理解钢筋和混凝土共同工作的基础；理解钢筋和混凝土共同工作的基础；本章重点本章重点 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、混凝土结构的概念和特点一、混凝土结构的概念和特点 1. 结构结构(structure)的定义与分类的定

14、义与分类结构按组成的材料可分为：结构按组成的材料可分为：木木结构结构wood structure 、砌砌体体结构结构masonry structure 、钢钢结构结构steel structure 、混凝土混凝土结结构构concrete structure等。等。建筑物建筑物(building)和工程设施和工程设施(engineering services )中中能够承受、传递荷载能够承受、传递荷载(load)起骨架作用的部分称为起骨架作用的部分称为结构结构。结构按结构形式可分为：结构按结构形式可分为：砖混砖混结构结构masonrymeisnri and concrete structure

15、、框架框架结构结构frame structure、剪力墙剪力墙shear wall structure结构、结构、筒体筒体tube structure结构、结构、筒中筒筒中筒结构结构tube in tube structure等。等。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、混凝土结构的概念和特点一、混凝土结构的概念和特点 2. 混凝土结构（混凝土结构（ concrete structure ）的定义与分类）的定义与分类以以混凝土混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。为主要材料制作的结构称为混凝士结构。混凝土结构又分为：混凝土结构又分为：素素混凝土结构、混凝土结构、钢筋钢筋混凝土

16、结混凝土结构、构、型钢型钢混凝土结构、混凝土结构、钢管钢管混凝土结构和混凝土结构和预应力预应力混凝土混凝土结构等。结构等。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁beam和板和板slab的受力特点：的受力特点：reinforced concrete slab reinforced concrete beam 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1）受力特点：）受力特点：（1）素混凝土简支梁的破坏试验：）素混凝土简支梁的破坏试验： 素混凝土简支梁，跨度素混凝土简支梁，跨度4 m，截面尺寸，截面尺寸200mm300mm、C20, 跨中集中跨中集中荷载荷载

17、F。 3. 钢筋混凝土结构的受力特点钢筋混凝土结构的受力特点开裂前、后开裂前、后脆性破坏脆性破坏破坏荷载：破坏荷载：8 kN（一头成年象）（一头成年象）河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 （2）钢筋混凝土梁的破坏试验：）钢筋混凝土梁的破坏试验： 开裂前、后开裂前、后塑性破坏塑性破坏破坏荷载：破坏荷载：36 kN河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院PPPP素混凝土梁承载素混凝土梁承载力小，破坏突然力小，破坏突然钢筋混凝土梁承载力大，钢筋混凝土梁承载力大，变形性能好，破坏有预告变形性能好，破坏有预告 在混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋，可以在混凝土结构中配置一定型式和

18、数量的钢筋，可以收到下列的效果：收到下列的效果： 结构的承载能力有很大的提高；结构的承载能力有很大的提高； 结构的受力性能得到显著的改善（破坏前带有明显结构的受力性能得到显著的改善（破坏前带有明显的预兆即：变形和裂缝都较明显）。的预兆即：变形和裂缝都较明显）。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院PP钢筋钢筋+混凝土混凝土钢筋混凝土结构（构件）钢筋混凝土结构（构件）拉压性能均好拉压性能均好抗压性能好抗压性能好利用混凝土抗压，钢筋利用混凝土抗压，钢筋受拉（亦可受压）受拉（亦可受压）-各尽其能，相得益彰各尽其能，相得益彰重点讲述钢筋混凝土结构的材料性能、设计原则、计重点讲述钢筋混凝土结构

19、的材料性能、设计原则、计算方法和构造措施。简单介绍预应力混凝土结构。算方法和构造措施。简单介绍预应力混凝土结构。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院* 混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者之间通过界面混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者之间通过界面粘结力粘结力可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形 。* 两者的温度两者的温度线膨胀系数线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢，钢筋：筋： 1.2 10-5 PP2） 混凝土和钢筋

20、共同工作的原因混凝土和钢筋共同工作的原因*混凝土作为钢筋的保护层，可以防止钢筋锈蚀。混凝土作为钢筋的保护层，可以防止钢筋锈蚀。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院受弯构件受弯构件：梁、板梁、板受压构件受压构件：柱子柱子、剪力墙、屋架的压杆、剪力墙、屋架的压杆受拉构件：屋架的拉杆、水池的池壁受拉构件：屋架的拉杆、水池的池壁受扭构件：框架的边梁、带有悬挑雨篷的挑梁受扭构件：框架的边梁、带有悬挑雨篷的挑梁压弯构件：偏压柱压弯构件：偏压柱拉弯构件拉弯构件弯扭构件弯扭构件拉弯扭构件拉弯扭构件钢筋混凝土构件按钢筋混凝土构件按受力特点受力特点分类：分类：河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工

21、程学院优点：优点： 就地取材就地取材 用材合理用材合理 耐久性好耐久性好 耐火性好耐火性好 整体性好整体性好 可模性好可模性好 阻止射线的穿透阻止射线的穿透缺点：缺点： 自重大自重大 易开裂易开裂 耗模板耗模板 施工工序多、周期长施工工序多、周期长 且易受天气、季节影响且易受天气、季节影响 拆除、改造难度大拆除、改造难度大4.混凝土结构的优缺点混凝土结构的优缺点随着科学技术的不断发随着科学技术的不断发展，缺点正逐渐被克服展，缺点正逐渐被克服河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展容许应力法（容许应力法（allowable stress metho

22、d）：是建立在弹性理论基础上：是建立在弹性理论基础上的设计方法。在使用荷载作用下，它规定在使用阶段截面上的最大的设计方法。在使用荷载作用下，它规定在使用阶段截面上的最大应力不超过材料的容许应力。应力不超过材料的容许应力。1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段钢筋混凝土结构发展的几个阶段1)第一阶段第一阶段：从：从钢筋混凝土发明至钢筋混凝土发明至20世纪初世纪初钢筋和混凝土的强度比较低钢筋和混凝土的强度比较低计算理论：弹性理论计算理论：弹性理论设计方法：容许应力法设计方法：容许应力法容许应力法容许应力法缺点缺点：没有考虑材料的非线性性能，忽视了结构实际承：没有考虑材料的非线性性能，忽视了结构实际承载能

23、力与按弹性方法计算结果的差异，对荷载和材料容许应力的取载能力与按弹性方法计算结果的差异，对荷载和材料容许应力的取值凭经验确定，缺乏科学依据。值凭经验确定，缺乏科学依据。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展* 1824年，英国人年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；发明了波特兰水泥，有了混凝土； * 1849年，法国人年，法国人L. Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船面做成小船-最早的钢筋混凝土结构；最早的钢筋混凝土结构； * 1861年，法国花匠年，法国花匠J. Monier 发明了

24、花盆专利，钢筋混发明了花盆专利，钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利凝土板、管道、拱桥等专利-他被认为是钢筋混凝土他被认为是钢筋混凝土结构的发明者；结构的发明者； 1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段钢筋混凝土结构发展的几个阶段1)第一阶段第一阶段：河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1890年在旧金山建造了一幢两层高、年在旧金山建造了一幢两层高、321英尺（英尺（95m）长的钢筋混凝土美术馆。从此以后，钢筋混凝土在美长的钢筋混凝土美术馆。从此以后，钢筋混凝土在美国获得了迅速的发展。国获得了迅速的发展。1866年，德国学者发表了计算理论和计算方法，年，德国学者发表了计算理论和计算方法，188

25、7年又公开发表了试验结果，并提出了年又公开发表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受钢筋应配置在受拉区的概念拉区的概念及钢筋混凝土板的计算方法。此后，钢筋及钢筋混凝土板的计算方法。此后，钢筋混凝土的推广应用有了较快的发展。混凝土的推广应用有了较快的发展。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展2)第二阶段第二阶段：从：从20世纪初到第二次大战前后世纪初到第二次大战前后钢筋和混凝土的强度有所提高，预应力混凝土开始研究并钢筋和混凝土的强度有所提高，预应力混凝土开始研究并应用，混凝土试验研究开始进行应用，混凝土试验研究开始进行计算理论：弹塑性理论计算理论：

26、弹塑性理论设计方法：按破损阶段计算结构的承载力设计方法：按破损阶段计算结构的承载力破损阶段设计法破损阶段设计法(plastic page design method):考虑在使用阶段塑性应考虑在使用阶段塑性应力分布后结构构件截面承载力不小于外荷载产生的内力并乘以安全系力分布后结构构件截面承载力不小于外荷载产生的内力并乘以安全系数。破损阶段设计法以构件破坏时的受力状况为依据，考虑了材料的数。破损阶段设计法以构件破坏时的受力状况为依据，考虑了材料的塑性性能，在表达式中引入了安全系数，使构件有了安全度的概念。塑性性能，在表达式中引入了安全系数，使构件有了安全度的概念。与容许应力法相比有了进步。与容许

27、应力法相比有了进步。缺点缺点：破损阶段设计法中安全系数仍凭经验确定，只是单纯的考虑了：破损阶段设计法中安全系数仍凭经验确定，只是单纯的考虑了承载力的问题，没有考虑构件在正常使用情况下的变形和裂缝问题。承载力的问题，没有考虑构件在正常使用情况下的变形和裂缝问题。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展极限状态设计法极限状态设计法(limited state design method):明确将结构的极限明确将结构的极限状态分为承载能力状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。在安全度的表达上极限状态和正常使用极限状态。在安全度的表达上有单一系数和

28、多系数形式，考虑了荷载的变异、材料性能的变异和工有单一系数和多系数形式，考虑了荷载的变异、材料性能的变异和工作条件的不同。在部分荷载和材料的性能取值上，引入了概率统计方作条件的不同。在部分荷载和材料的性能取值上，引入了概率统计方法加以确定。比容许应力法和破损阶段法考虑问题更全面，安全系数法加以确定。比容许应力法和破损阶段法考虑问题更全面，安全系数取值更合理。取值更合理。3)第三阶段第三阶段：从：从第二次大战后到现在第二次大战后到现在高强钢筋和高强混凝土出现，预制装配式混凝土结构、高高强钢筋和高强混凝土出现，预制装配式混凝土结构、高效预应力混凝土结构、泵送混凝土、新施工技术开始广泛效预应力混凝土

29、结构、泵送混凝土、新施工技术开始广泛应用，混凝土试验研究开始进行，应用，混凝土试验研究开始进行，计算理论：概率论计算理论：概率论设计方法：极限状态设计理论设计方法：极限状态设计理论河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展概率极限状态设计法以概率论为基础，把概率极限状态设计法以概率论为基础，把作用效应作用效应(action effect)和和结构抗力结构抗力(Structural Resistance)视作随机变量，根据统视作随机变量，根据统计分析确定可靠概率来度量结构可靠性的设计方法。计分析确定可靠概率来度量结构可靠性的设计方法。特点特点：有明确

30、的、用概率尺度表达的结构可靠度的定义，：有明确的、用概率尺度表达的结构可靠度的定义，通过预先规定的可靠指标，使结构各构件间以及不同材料通过预先规定的可靠指标，使结构各构件间以及不同材料组成的结构有较为一致的可靠度标准。组成的结构有较为一致的可靠度标准。第三阶段后期第三阶段后期：概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法(probabilisatic limit state design method )河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院混凝土发展方向混凝土发展方向 轻质、高强、高抗裂性、易于成型轻质、高强、高抗裂性、易于成型2.材料方面的发展材料方面的发展钢筋和混凝土钢筋和混凝土-

31、主要的工程材料主要的工程材料 水泥年产量：水泥年产量：4亿吨亿吨 混凝土年用量：约混凝土年用量：约5亿吨亿吨 钢筋年用量：约钢筋年用量：约2000万吨万吨混凝土强度不断提高混凝土强度不断提高 美国美国20世纪世纪60年代混凝土抗压强度平均值：年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代年代 ：42N/mm2，现在试验室中：，现在试验室中： 200N/mm2以上。以上。 我国常用混凝土的强度等级为我国常用混凝土的强度等级为20-40N/mm2，实验室已制成，实验室已制成100N/mm2以上的混凝土，在特殊结构中可配制出以上的混凝土，在特殊结构中可配制出400N/mm2以上的混凝土。以上的混

32、凝土。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 轻质混凝土的应用：轻质混凝土的应用：容重一般为：容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等，轻质混凝土制成的结构自重比普通混凝土减少轻质混凝土制成的结构自重比普通混凝土减少20%-30%。 提高混凝土的抗裂性、耐久性提高混凝土的抗裂性、耐久性：纤维混凝土、聚合物混凝土、树脂：纤维混凝土、聚合物混凝土、树脂混凝土的应用。混凝土的应用。 外加剂的使用外加剂的使用：改善混凝土的流动性（减水剂、增塑剂）；

33、调节混：改善混凝土的流动性（减水剂、增塑剂）；调节混凝土的凝结时间（缓凝剂、早强剂、速凝剂）；改善耐久性（引气剂、凝土的凝结时间（缓凝剂、早强剂、速凝剂）；改善耐久性（引气剂、防水剂、阻锈剂）；改善其他性能的加气剂、防冻剂、膨胀剂等。防水剂、阻锈剂）；改善其他性能的加气剂、防冻剂、膨胀剂等。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院纤维增强混凝土结构（纤维增强混凝土结构（FRC）:fibrefaib reinforced concrete 在普通混凝土中掺入适当的纤维材料而形成的纤维增强混凝土。在普通混凝土中掺入适当的纤维材料而形成的纤维增强混凝土。 钢纤维、合成纤维（尼龙基纤维、聚丙烯

34、纤维等）、玻璃纤维、碳钢纤维、合成纤维（尼龙基纤维、聚丙烯纤维等）、玻璃纤维、碳纤维、混杂纤维等。纤维、混杂纤维等。 抗拉、抗剪、抗折强度高；抗裂、抗冲击、抗震、抗暴性能好。抗拉、抗剪、抗折强度高；抗裂、抗冲击、抗震、抗暴性能好。 钢纤维混凝土应用于：飞机场跑道、地下人防工程、地下泵房、水钢纤维混凝土应用于：飞机场跑道、地下人防工程、地下泵房、水工结构、桥隧工程等。工结构、桥隧工程等。新型混凝土结构形式新型混凝土结构形式高性能混凝土结构：高性能混凝土结构：C50以上的混凝土以上的混凝土 高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性 适用于大跨、重载、高耸结构和恶劣环

35、境中的结构适用于大跨、重载、高耸结构和恶劣环境中的结构 塑性小、脆性大，有抗震设防要求的结构中混凝土强度等级不易塑性小、脆性大，有抗震设防要求的结构中混凝土强度等级不易C60河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院工程纤维增强水泥基复合材料（工程纤维增强水泥基复合材料（ECC）:Engineered Cementitious si:mentis(胶结的；似水泥的）胶结的；似水泥的） Compositeskmpzitiz （复合材料）（复合材料） 与纤维混凝土生产工艺类似，但不使用粗骨料，采用高性能纤维增强与纤维混凝土生产工艺类似，但不使用粗骨料，采用高性能纤维增强水泥砂浆研制，纤维体积

36、分数不超过水泥砂浆研制，纤维体积分数不超过2%。 有类似于金属材料的拉伸强化现象，极限拉伸应变可达有类似于金属材料的拉伸强化现象，极限拉伸应变可达5%-6%；与；与钢材的塑性能力相近，是具有像金属一样的变形能力的混凝土材料；抗压钢材的塑性能力相近，是具有像金属一样的变形能力的混凝土材料；抗压强度类似于混凝土，强度比较高；抗压弹性模量较低，但受压变形能力远强度类似于混凝土，强度比较高；抗压弹性模量较低，但受压变形能力远高于普通混凝土；耐火性和耐久性高于普通混凝土。高于普通混凝土；耐火性和耐久性高于普通混凝土。 活性粉末混凝土（活性粉末混凝土（RPC）：）：Reactive Powder Conc

37、rete 由骨料（由骨料（级配好的石英砂级配好的石英砂）、水泥、硅粉、高效减水剂以及一定量的纤）、水泥、硅粉、高效减水剂以及一定量的纤维（如钢纤维）等组成的超高性能混凝土。维（如钢纤维）等组成的超高性能混凝土。 超高强度、超高韧性、高耐久性超高强度、超高韧性、高耐久性 密度大、空隙率低、抗渗能力强、耐久性高、流动性好、变形小。密度大、空隙率低、抗渗能力强、耐久性高、流动性好、变形小。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院钢与混凝土组合结构钢与混凝土组合结构 （SRC）:Steel Reinforced Concrete 由型钢或焊（或冷压）成钢截面，再将其埋入混凝土中，使混凝土与由型

38、钢或焊（或冷压）成钢截面，再将其埋入混凝土中，使混凝土与型钢形成整体，共同受力，称为钢与混凝土组合结构。型钢形成整体，共同受力，称为钢与混凝土组合结构。 压型钢板与混凝土组合楼板压型钢板与混凝土组合楼板 钢与混凝土组合楼梁钢与混凝土组合楼梁 型钢混凝土结构型钢混凝土结构 钢管混凝土结构钢管混凝土结构 外包钢混凝土结构外包钢混凝土结构 优点：优点：抗震性能好、施工方便抗震性能好、施工方便 应用：应用：美国太平洋第一中心大厦（美国太平洋第一中心大厦（44层）、双联广场大厦（层）、双联广场大厦（58层）核层）核心筒大直径柱子心筒大直径柱子-钢管混凝土结构钢管混凝土结构 北京地铁车站柱、上海金茂大厦外

39、围柱、上海浦东环球金融中心大厦北京地铁车站柱、上海金茂大厦外围柱、上海浦东环球金融中心大厦外框筒柱外框筒柱-型钢混凝土柱。型钢混凝土柱。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院钢筋的发展方向钢筋的发展方向 高强、延性好、粘结锚固性好高强、延性好、粘结锚固性好 普通混凝土中的钢筋强度已达普通混凝土中的钢筋强度已达：435N/mm2 中等跨度的预应力构件中螺旋肋钢丝强度已达：中等跨度的预应力构件中螺旋肋钢丝强度已达：800-1370N/mm2 大跨度预应力构件中高强钢丝和钢绞线强度已达：大跨度预应力构件中高强钢丝和钢绞线强度已达：1570-1860N/mm2FRP筋的应用筋的应用 用用FR

40、P（Fiberglass-Rainforced Plastics玻璃钢或者玻玻璃钢或者玻璃纤维增强塑料璃纤维增强塑料 ）筋代替钢筋）筋代替钢筋2.材料方面的发展材料方面的发展河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展PPPP预应力混凝土结构的应用预应力混凝土结构的应用3.结构方面的发展结构方面的发展 在混凝土的受拉区施加预应力，在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重。件的自重。 先张法、后张法、无粘结预应力、先张法、后张法、无粘结预应力、体外张拉等技术应用。体外张拉等技术应用。结构体系的

41、丰富结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、钢与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等。混凝土及预应力混凝土结构等。1888年，德国工程师年，德国工程师道伦道伦提出；提出；1928年法国工程师弗耐西涅在工程实践中成功实现。年法国工程师弗耐西涅在工程实践中成功实现。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展预应力混凝土预应力混凝土的发明大大增加了混凝土结构的跨度的发明大大增加了混凝土结构的跨度滑模施工法滑模施工法加快了特种结构的施工进

42、度加快了特种结构的施工进度泵送混凝土泵送混凝土是高层建筑、大跨桥梁得以整体浇注是高层建筑、大跨桥梁得以整体浇注蒸汽养护法蒸汽养护法加快了预制构件的出厂时间加快了预制构件的出厂时间喷射混凝土、碾压混凝土喷射混凝土、碾压混凝土应用于公路、水利工程中应用于公路、水利工程中4.施工技术的发展施工技术的发展河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、混凝土结构的发展二、混凝土结构的发展容许应力法容许应力法按破损阶段的设计方法按破损阶段的设计方法半经验、半概率的极限状态设计方法半经验、半概率的极限状态设计方法以概率论为基础的极限状态设计方法以概率论为基础的极限状态设计方法5.混凝土结构计算理论的发

43、展混凝土结构计算理论的发展解放初期：解放初期：建筑物结构设计暂行标准建筑物结构设计暂行标准1955年：年： 钢筋混凝土结构设计暂行规范钢筋混凝土结构设计暂行规范（结规（结规6-55）1966年：年： 钢筋混凝土结构设计规范钢筋混凝土结构设计规范（GBJ21-66）1974年：年： 钢筋混凝土结构设计规范钢筋混凝土结构设计规范 （TJ10-74）1984年：年： 建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准 （GBJ68-84）1990年：年： 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 （GBJ10-89）1997年：年： 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 （GB50010-2002），增加了耐久）

44、，增加了耐久 性、环境分级、材料性能、混凝土内力及应力分析等。性、环境分级、材料性能、混凝土内力及应力分析等。2010年：年： 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 （GB50010-2010）混凝土结构设计规范的发展混凝土结构设计规范的发展河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、混凝土结构的工程应用三、混凝土结构的工程应用高楼大厦已成了中国城市现代化的代高楼大厦已成了中国城市现代化的代名词名词，我国超过，我国超过100m100m高的高层建筑中高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或混凝土和钢绝大多数是混凝土结构或混凝土和钢的组合结构。的组合结构。1.房屋工程房屋工程混凝土组合柱组合楼

45、板钢柱组合梁组合桁架钢筋混凝土筒体上海金茂大厦（420m，88层）上海环球金融中心（492m，地上101层）河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院芝加哥西尔斯大厦（443m）吉隆坡双子塔（452m）河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、混凝土结构的工程应用三、混凝土结构的工程应用世界高楼排名：世界高楼排名：排名排名楼名楼名楼高（楼高（m）楼层数楼层数所在城市所在城市建成时间建成时间用途用途1哈利法塔哈利法塔828.00163迪拜迪拜(阿联酋阿联酋)2010写字楼写字楼 酒店酒店 住宅住宅2皇家中塔酒店皇家中塔酒店601.0095麦加麦加(沙特阿拉伯沙特阿拉伯)2011酒

46、店酒店3台北台北101大厦大厦509.00101台北台北(中国中国)2004写字楼写字楼 酒店酒店 商业商业4环球金融中心环球金融中心492.00101上海上海(中国中国)2008写字楼写字楼 酒店酒店 商业商业5环球贸易广场环球贸易广场484.00108香港香港(中国中国)2010写字楼写字楼 酒店酒店6双子塔双子塔1座座451.9088吉隆坡吉隆坡(马来西亚马来西亚)1998写字楼写字楼7双子塔双子塔2座座451.9088吉隆坡吉隆坡(马来西亚马来西亚)1998写字楼写字楼8绿地广场紫峰大厦绿地广场紫峰大厦450.0088南京南京(中国中国)2009写字楼写字楼 酒店酒店 商业商业9威利斯

47、大楼威利斯大楼442.14108芝加哥芝加哥(美国美国)1974写字楼写字楼10京基金融中心京基金融中心441.80100深圳深圳(中国中国)2011写字楼写字楼 酒店酒店 商业商业河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院11国际金融中心国际金融中心441.75103广州广州(中国中国)2010写字楼写字楼 酒店酒店12特朗普国际酒店特朗普国际酒店大厦大厦423.2298芝加哥芝加哥(美国美国)2009酒店酒店 住宅住宅13金茂大厦金茂大厦420.5388上海上海(中国中国)1999写字楼写字楼 酒店酒店 商商业业14国际金融中心二国际金融中心二期期412.0088香港香港(中国中国)

48、2003写字楼写字楼15中信广场中信广场391.1080广州广州(中国中国)1997写字楼写字楼16地王大厦地王大厦383.9569深圳深圳(中国中国)1996写字楼写字楼17帝国大厦帝国大厦381.00102纽约纽约(美国美国)1931写字楼写字楼18高雄高雄85大楼大楼378.0085高雄高雄(中国中国)1997写字楼写字楼 酒店酒店 商商业业19中环广场中环广场373.9078香港香港(中国中国)1992写字楼写字楼20中国银行大厦中国银行大厦367.4070香港香港(中国中国)1989写字楼写字楼河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、混凝土结构的应用三、混凝土结构的应用2

49、.交通工程交通工程: 隧道、桥梁、公路立交等隧道、桥梁、公路立交等卢家大山卢家大山1号隧道号隧道胶州湾跨海大桥胶州湾跨海大桥城市公路立交城市公路立交河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院厦门集美跨海大桥，主跨厦门集美跨海大桥，主跨46m河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院重庆朝天门大桥，主跨重庆朝天门大桥，主跨552m552m，世界，世界“第一拱桥第一拱桥” 钢桁架拱钢桁架拱河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院克罗地亚克尔克克罗地亚克尔克1号桥，跨度达号桥，跨度达390m，拱桥，拱桥河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院世界上最长的世界上最长的跨海大

50、桥：杭跨海大桥：杭州湾大桥州湾大桥双向双向6车道，车道，全长全长36公里公里 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院会喷泉的大桥会喷泉的大桥韩国首尔的半坡大桥在韩国首尔的半坡大桥在桥身两侧安装了桥身两侧安装了10000个个喷泉口，每秒喷出数万喷泉口，每秒喷出数万吨水流。吨水流。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院米卢大桥米卢大桥(法国法国)：世界最高的运输大桥：世界最高的运输大桥,建在法国南部的小湖山谷上空建在法国南部的小湖山谷上空342m(1125英尺英尺)处。这座大桥比埃菲尔铁塔还要高，处。这座大桥比埃菲尔铁塔还要高，2004年正式通车。年正式通车。河南理工大学土木工

51、程学院河南理工大学土木工程学院哈德森波纹哈德森波纹(新加坡新加坡)：最动感人行天桥，高：最动感人行天桥，高36m，长，长300m，波纹状的设计给人一种视觉上的冲击。波纹状的设计给人一种视觉上的冲击。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院奥利维尔大桥奥利维尔大桥(巴西巴西)：世界首座：世界首座X型双道索桥，横跨巴西圣保型双道索桥，横跨巴西圣保罗皮涅鲁斯河，罗皮涅鲁斯河，2008年年5月通车。桥高月通车。桥高138m，它的独特之处，它的独特之处在于两条交差在于两条交差(呈现为呈现为X型型)桥身和一座桥身和一座X型的支撑吊塔。型的支撑吊塔。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院千

52、年桥千年桥(英国英国)：世界最有名塔桥：世界最有名塔桥河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院风雨桥风雨桥(中国中国)：侗族特有的建筑：侗族特有的建筑 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院马格德堡桥马格德堡桥(德国德国)：可以行船的水桥，德国马德堡附近的易北河上，：可以行船的水桥，德国马德堡附近的易北河上，于于2003年年10月完工的一座月完工的一座918m长的大水桥，船只在桥上可以自由的航长的大水桥，船只在桥上可以自由的航行。它是欧洲目前最长的水道桥工程，将东部的行。它是欧洲目前最长的水道桥工程，将东部的“米特兰德运河米特兰德运河”与与西部的西部的“易北易北-哈威尔运河哈

53、威尔运河”跨越易北河连接了起来。跨越易北河连接了起来。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院上海莘庄大型立交工程上海莘庄大型立交工程河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一桥飞架南北，天堑变通途一桥飞架南北，天堑变通途河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院3.水利工程水利工程瑞士大狄克桑坝，高瑞士大狄克桑坝，高285m世界最高的混凝土重力坝世界最高的混凝土重力坝我国湖北宜昌的三峡大坝我国湖北宜昌的三峡大坝高高186m河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、混凝土结构的应用三、混凝土结构的应用核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等4.特种工程特种工程河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、本课程的特点和学习方法四、本课程的特点和学习方法课程性质课程性质：1.钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是土木工程专业最重要的一门专业课；是土木工程专业最重要的一门专业课；2.是一门关键的学位课程；是一门关键的学位课程；3.是报考结构工程硕士研究生的考试课程或复试课程；是报考结构工程硕士研究生的考试课程或复试课程；4.该课程的实践性强（后续包含该课程的实践性强（后续包含14学时试验和学时试验和1周课程设计），周课程设计），实用性强，与该专业的毕业设