混凝土结构设计原理 绪论课件

1、1 绪 论 Introduction 主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土结构(Concrete Structure)。1.1 混凝土结构的一般概念和特点素混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构钢骨混凝土结构钢管混凝土结构纤维增强塑料混凝土第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点钢 -混凝土混合结构第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点素混凝土结构（Plain Concrete)第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete)第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特

2、点钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete)第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube)第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点纤维增强塑料混凝土（Fiber Reinforced Plastic)第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点钢-混凝土混合结构(Composite Structure) (Hybrid Structure)Pcr = 9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2 ftsc= ft2500素混凝土梁Pu Pcrsc

3、= ft ft破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点钢 材： 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，材料强度一般得不到充分地发挥。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。第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点Pcr = 9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc= ft15030025

4、00钢筋混凝土梁Pu 52.5kNsc= ft ft ss sc2f16 fyPy 50.0kN第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点 fc但从开裂荷载到屈服荷载，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？钢筋混凝土梁试验钢筋混凝土Reinforced Concrete。除在构件的受拉区配筋外，还有许多其他配筋方式。可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力。在复杂应力区域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

5、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（或两种以上）材料的有机组合，充分发挥各自的长处，适应各种不同受力的要求，取得很好的综合经济效益。第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点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：钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；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

6、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。粘结力Bond第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点 现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，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。 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。第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点混凝土结构的缺点： 自重大：不适用于大跨、高层结构。第1章 绪论1.1 混凝土结构一般概念和特点轻质、高强和预应力。 抗裂性差：普通

7、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（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，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。 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。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

8、较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：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1章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用混凝土结构的发展混凝土结构的发展第1章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用第二阶段：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：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

9、论。第1章 绪论1.2 混凝土结构的发展简况及其应用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）混凝土结构设计（下册）第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题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往是基本受力形态的复合第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题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。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

10、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。第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题学习中应注意的问题：第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题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，其目的是经济,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

11、于建筑结构的混凝土结构设计规范GB500010学习。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。学习中应注意的问题：第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题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。第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题1.3 结构的功能和极限状态简述一、结构

12、的功能三性 安全性 Safety 如（MMu） 结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 适用性 Serviceability 如（f f ） 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽

13、度。 耐久性 Durability 如（wmax wmax） 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”二、极限状态 Limit State第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题二、极限状态 Limit Sta

14、te1. 承载力能力极限状态 Ultimate Limit State超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳） 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） 结构塑性变形过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题2.正常使用极限状态 Serviceability Limit State 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。 过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）； 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）； 过大的振动（不舒适）； 其他正常使用要求。第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题三 、荷载和材料强度1. 荷载分类永久荷载(恒荷载)：大小、方向、作用点不随时间改变 的荷载为永久荷载，如自重、土压 力、预应力等；可变荷载(活荷载) ：大小、方向或作用点随时间改变而 变化的荷载为可变荷载，如楼面 和屋面活载、风荷载、雪荷载、 吊车荷载、车辆荷载等；偶然荷载：结构使用期间可能不出现，一旦出现，其作 用时间短、效应大的荷载为偶然荷载，如爆 炸力，撞击等。 第1章 绪论1.3 混凝土结构课程学习中应注意的问题三 、荷载