《混凝土结构基本原理》 第2版 课件 第1章 绪论

混凝土结构基本原理

Fundamentalsof

ConcreteStructure主讲：王海军教授沈阳工业大学教材：王海军主编，混凝土结构基本原理第2版，机械工业出版社，2024参考书：东南大学等四校合编，混凝土结构（上册）中国建筑工业出版社,2019沈蒲生，混凝土结构设计原理第5版,高等教育出版社,2020教材及参考书TextBookandReferences我们每天生活在混凝土结构的海洋中，如教室、宿舍、食堂、图书馆、桥梁等，这都是土木工程师们设计施工完成的杰作。《混凝土结构基本原理》就是培养混凝土结构设计素养的核心课程，让我们一起走进混凝土结构的世界，探索其中的奥秘！课程地位：《混凝土结构基本原理》是土建类专业必修的专业基础课程，它建立在材料力学、结构力学、建筑材料等前设课程的基础上，为后续专业课混凝土结构设计、高层建筑结构设计、建筑结构抗震设计等提供理论准备。在课程体系中占有十分重要的地位。课程任务：学习混凝土结构的受力性能、基本计算原理、工程设计方法和配筋构造，培养创新思维和综合能力，训练提高学生的工程设计能力，为今后从事混凝土结构设计与创新奠定基础。

学习形式：《混凝土结构基本原理》课内学时64学时，主要教学环节包括：理论教学、实验教学、创新创业讲座等。该课程内容丰富，具有理论性、实践性、实用性强的特点。第1章绪论Introduction1.1混凝土结构一般概念和特点本课程的研究对象§1.1混凝土结构的基本特点§1.2混凝土结构学科的发展概况§1.3本课程的主要内容与结构§1.4课程学习中应注意的问题学习目标：1、熟悉混凝土结构的概念2、了解混凝土结构的主要特点3、了解课程的主要内容及其在结构设计中的地位与作用4、了解课程的学习方法及应注意的主要问题

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(ConcreteStructure)。1.1混凝土结构一般概念和特点本课程的研究对象——混凝土结构1.混凝土结构的概念1.1混凝土结构一般概念和特点2.混凝土结构的分类①素混凝土结构②钢筋混凝土结构③预应力混凝土结构④钢骨混凝土结构⑤钢管混凝土结构⑦FRP筋混凝土⑥钢-混凝土混合结构⑧纤维混凝土混凝土结构请回答！1.1混凝土结构一般概念和特点①素混凝土结构（PlainConcrete)1.1混凝土结构一般概念和特点②钢筋混凝土结构

（ReinforcedConcrete)1.1混凝土结构一般概念和特点钢筋混凝土结构

（ReinforcedConcrete)1.1混凝土结构一般概念和特点③预应力混凝土结构

（PrestressedConcrete)1.1混凝土结构一般概念和特点④钢骨混凝土结构

（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)

1.1混凝土结构一般概念和特点⑤钢管混凝土结构（ConcreteFilledTube)

1.1混凝土结构一般概念和特点⑥钢-混凝土组合（混合）结构(CompositeStructureorHybridStructure)返回1.1混凝土结构一般概念和特点⑦FRP混凝土（FiberReinforcedPolymer(Plastic)Concrete)1.2混凝土结构的发展简况及其应用

上海金贸大厦（88层、420.5m），钢筋混凝土结构东方明珠广播电视塔1994，468m

长江三峡水利枢纽工程，大坝高186m，坝体混凝土用量达1527万m3，是世界上最大的水利工程

上海杨浦大桥是目前世界上跨度最大的斜拉桥，全长1172m台湾101大厦2003，（101+5层，449.2m）广州塔2009，600m，钢筋混凝土内核心筒及钢结构外框筒3.混凝土结构的应用国内

上海中心大厦（118层、632m），钢筋混凝土+钢1.2混凝土结构的发展简况及其应用国外阿拉伯的哈利法塔2010，162层，828m麦加钟楼饭店2010，601m，120层

朝鲜平壤的柳京饭店（105层、319.8m）钢筋混凝土结构

马来西亚的双塔（457m）钢骨混凝土结构加拿大多伦多电视塔，1976，（553.3m）第三，预应力砼◆混凝土的基本材料性能：

◎抗压强度高，而抗拉强度却很低◎抗拉强度只有抗压强度的1/8~1/20

◎破坏时具有明显的脆性性质(Brittle)

1.1混凝土结构一般概念和特点因此，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。①素混凝土梁受力性能1.1.1混凝土结构的组成原理像粉笔？混凝土结构的基本特点§1.11）素混凝土梁的抗弯能力很低2）解决该问题有三个途径F钢筋混凝土纤维混凝土与抗拉强度高的材料复合②素混凝土梁脆性破坏的解决途径同学回答！◆钢材的材料性能：◎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Ductile◎但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件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，充分利用材料的性能。1.1混凝土结构一般概念和特点工程实践表明，在混凝土截面受拉区设置增强的受拉筋是最经济、最有效的方法。三个解决途径，哪个最好？◆❶钢筋混凝土构件中，除在受拉区配筋外，凡是在结构构件中可能出现拉应力的位置都应配置钢筋，以防止构件开裂，提高构件的承载能力、适用性和耐久性。◆❷可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力1.1混凝土结构一般概念和特点③混凝土结构的常见配筋方式请回答！◆❸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◆❹还可以利用箍筋或钢管约束混凝土来提高混凝土的抗压强度1.1混凝土结构一般概念和特点③混凝土结构的常见配筋方式请回答！1.1混凝土结构一般概念和特点钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，它们可以结合在一起共同工作，是因为：⑴钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力(Bond)，在荷载作用下，保证两种材料变形协调(SameDeformationunderload)，共同受力；⑵钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×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。(3)钢筋外边有一定厚度的混凝土保护层，可以防止钢筋锈蚀，从而保证了钢筋混凝土结构的耐久性。1.1.2

共同工作原理6个优点：⑴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。⑵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。⑶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。1.1混凝土结构一般概念和特点1.1.3

混凝土结构的优缺点返回请回答！⑷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。⑸刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。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。1.1混凝土结构一般概念和特点⑴自重大：不适用于大跨、高层结构。轻质、高强和预应力⑵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(3)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。(4)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，如采用碳纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。4个缺点请回答！通过以上学习，我们了解了混凝土结构的基本概念与基本特点。辽宁省大学资源共享课

混凝土结构基本原理

FundamentalsofConcreteStructure主讲：王海军教授沈阳工业大学☆

混凝土结构起源于欧洲、至今已160年历史；☆1824年英国的阿斯匹丁JosephAspdin调配石灰岩和粘土，烧制成了硅酸盐水泥，并取得专利，成为水泥工业的开端。但混凝土的抗拉强度很低，限制了混凝土的应用。☆1865年法国花匠Joseph.Monier用铁丝配筋制成花盆并于1867年取得专利权，后又申请了梁、桥面板、管、拱桥的专利。被认为是钢筋混凝土结构的发明者。混凝土结构学科的发展简况§1.2一个花匠怎么会成为钢筋混凝土结构的发明者呢？约瑟夫·莫尼埃(1823-1906)是一位普通花匠。他为花盆的脆弱所困扰。那时的花盆都是由一些普通的泥土和陶土烧制而成的瓦盆，不坚固，一碰就破。莫尼埃去咨询其他花匠朋友，可他们也都面临着同样的困扰；去找专门制作盆罐的工人，也没什么好办法。莫尼埃决定自己想办法改进花盆。恰好那时，水泥开始作为建筑材料使用，用水泥加沙子制成混凝土。混凝土有良好的黏结性，变硬固化后又具有很高的强度。这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。混凝土花盆果然非常坚固，尤其是不怕压。但混凝土花盆和瓦盆一样也有缺点，就是经不起拉伸和冲击，有时，对花木进行松土和施肥都会导致花盆破碎。☆门外汉发明钢筋混凝土——灵感源自植物根系！！“再想办法改进！”莫尼埃勉励自己。在一个花盆摔碎时发现：花盆被摔的七零八落，可花盆的泥土却抱成一团，仍然保持着原状，好像比水泥还要结实。莫尼埃仔细观察，原来是植物的根系在泥土中互相交叉、形成一种网状结构，使松散的泥土抱成了坚实的一团。莫尼埃得到了启示，他打算仿照植物的根系，制作新的花盆。他先用细小的钢筋编成花盆的形状，然后在钢筋里外两面都涂抹上水泥砂浆，干燥后，花盆果然既不怕拉伸也能经受冲击。莫尼埃发明的钢筋混凝土花盆，在巴黎的园艺界很快得到推广。莫尼埃在1867年获得专利权。有一天，巴黎一位著名的建筑师到莫尼埃的花圃里看花。他看到了莫尼埃用钢筋混凝土制作的花盆，大为惊讶。他鼓励莫尼埃把这项技术运用到工程上，并为他牵线搭桥。莫尼埃开始应用这项技术制作台阶、铁路的枕木、预制板，并逐渐得到一些设计师的支持和社会的承认。钢筋混凝土花盆的设计图纸

1867年，在巴黎的世博会上，莫尼埃展出了钢筋混凝土制作的花盆、枕木。同时展出的还有法国人兰特姆用钢筋混凝土制造的小瓶、小船。一些建筑商在世博会上亲眼目睹了钢筋混凝土的优点：既能承受压力，又能承受张力，造价还便宜。钢筋混凝土引起了他们广泛的兴趣。

1875年，在设计师的帮助下，莫尼埃主持建造了世界上第一座钢筋混凝土大桥。这座桥长16米、宽4米，是座人行的拱式体系桥。当时，人们还不明白钢筋在混凝土中的作用和钢筋混凝土受力后的物理力学性能，因此，桥梁的钢筋配置全是按照体型构造进行，在拱式构件的截面中和轴上也配置了钢筋。1884年，德国一家建筑公司购买了莫尼埃的专利，并对钢筋混凝土进行了一系列科学试验。一位叫怀特的土木建筑工程师研究了它的耐火性能、强度，混凝土和钢筋之间的黏结力等等，并在此基础上研究出了制造钢筋混凝土的最佳方法。从此，钢筋混凝土这种复合材料成了土木工程建筑中的主角之一。约瑟夫·莫尼埃主持建造的首座钢筋混凝土桥

【故事启示】发现问题、创新思维很重要！钢筋混凝土的发展☆1866年，德国学者Wayss,Bauschingger（包辛格）和Koenen（克内恩）等发表了板的计算理论和计算方法。☆1872年纽约建造了第一所钢筋混凝土房屋。☆1877年美国的ThaddeusHyatt研究了梁的力学性质，1887年德国的Koenen提出了用混凝土承担压力和用钢筋承担拉力的设计方案，德国的包辛格确认了混凝土中的钢筋不受锈蚀等问题，于是混凝土结构有了较快的发展。☆1892年法国的Hennebique阐述了箍筋对抗剪的有效作用，并于1898年提出了T形梁的方案。Conigne对混凝土柱进行研究，取得了混凝土柱的专利，Considere根据实验于1902年取得了螺旋钢筋柱的专利。1886年美国工程师PHJackson和德国的CEWDoehring先后把预应力技术应用到混凝土结构,但由于钢筋的应力松弛、混凝土的收缩及徐变很快就将所施加的低预拉应力损失掉。☆1928年，法国学者尤金·弗雷赛纳特(EugeneFreyssinet)首次将高强度钢丝成功应用于预应力混凝土,发明了预应力混凝土结构。1939年尤金发明了锥型锚具及双作用千斤顶；1940年比利时的麦尼尔（G.Magnel）研制的麦式锲型锚具，为后张预应力混凝土提供了切实可行的生产工艺。1954林同炎提出了被称为预应力混凝土设计三大基础理论之一的“荷载平衡法”设计理论，被全世界尊为“预应力先生”。☆预应力混凝土的发明1.2.1材料的发展☆(1)混凝土强度不断提高：美国20世纪60年代混凝土的抗压强度平均约为28MPa；70年代初42MPa；80年代初C60普遍；我国规范C15~C80；试验室中已达300MPa。☆(2)纤维混凝土的应用(纤维：钢纤维、合成纤维、玻璃纤维、碳纤维等)改善了混凝土的性能(提高抗裂、抗冲击、抗疲劳等)。钢纤维混凝土广泛应用于公路路面、机场跑道、桥面等。☆(3)轻质混凝土的应用：加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等，其容重约为：(14~18)kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)。有利于保温、隔热、隔音、吸能抗震。☆(4)再生骨料混凝土：利用建筑废料、变废为宝。将拆除建筑物的废料如混凝土、砖块经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)特种混凝土的应用：膨胀混凝土、自密实混凝土、聚合物混凝土、耐腐蚀混凝土和水下不分散混凝土等。第一阶段：从钢筋混凝土的发明~19201.2混凝土结构的发展简况及其应用1.2.2

混凝土结构的发展分三个阶段：材料：钢筋和混凝土的强度都比较低应用范围：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。192018491955第一阶段第二阶段第三阶段1.2混凝土结构的发展简况及其应用材料：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：1938年前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫采用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。第二阶段：1920~19551.2混凝土结构的发展简况及其应用技术：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。材料：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。设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法。三维有限元分析，开始真实模拟混凝土的非线性行为。返回第三阶段：1955-现在1.2.3混凝土结构设计理论的发展生命全过程设计法

20世纪30年代以前对材料的力学性能认识不够20世纪初，人们就对混凝土的塑性性能进行了研究，直到1938年，前苏联颁布了一本混凝土结构设计规范

20世纪50年代允许应力设计法

材料力学法：σ≤[σ]

破坏阶段设计法按经验确定安全系数:KP≤[p]

极限状态设计方法考虑材料和荷载的变异性应用概率理论，融可靠度于多个系数中的实用设计表达式:γ0

S≤R半经验、半概率法 近似概率法 全概率法我国混凝土结构设计规范的发展照搬前苏联设计规范采用破坏阶段设计法1949年以前我国规范几乎一片空白1955年规范6-55《钢筋混凝土结构设计暂行规范》

GBJ21-1966

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

1966年

1974年

1978年

1989