混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課件001.緒論

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理袁志華華東交通大學(xué)土建學(xué)院2005年8月1主要以混凝土材料，并根據(jù)需要配置鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨、鋼管等，作為主要承重材料的結(jié)構(gòu)，均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)，主要有：0.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念和特點(diǎn)素混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)緒論2緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)素混凝土結(jié)構(gòu)（PlainConcrete)3緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（ReinforcedConcrete)4緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PrestressedConcrete)5緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)6緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（ConcreteFilledTube)7緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)(CompositeStructure)(HybridStructure)8◆混凝土的基本特性：

◎抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度卻很低

◎一般抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/8~1/20

◎破壞時(shí)具有明顯的脆性性質(zhì)緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)因此，素混凝土構(gòu)件在實(shí)際工程的應(yīng)用很有限，主要用于以受壓為主的基礎(chǔ)、柱墩和一些非承重結(jié)構(gòu)。91503002500素混凝土梁緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm210Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2ftsc=ft2500素混凝土梁緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)跨中受拉邊緣應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，梁底將開裂，梁隨即破壞，表現(xiàn)為脆性斷裂，無明顯預(yù)兆。11Pcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2ftsc=ft2500素混凝土梁Pu≈Pcrsc=ftft破壞時(shí)跨中截面受壓邊緣的壓應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度相近，遠(yuǎn)未達(dá)到混凝土的抗壓強(qiáng)度?；炷量箟簭?qiáng)度高的特點(diǎn)未得到充分利用。緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)12◆鋼材的基本特點(diǎn)

◎抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高

◎具有屈服現(xiàn)象，破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性◎但細(xì)長(zhǎng)的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件★將混凝土和鋼材這兩種材料有機(jī)地結(jié)合在一起，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分利用材料的性能。請(qǐng)看鋼筋混凝土梁的受力過程緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)13fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm21503002500鋼筋混凝土梁2f16緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)在前面素混凝土梁底部配置2根鋼筋14Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁2f16緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)開裂前，與素混凝土梁受力類似。當(dāng)梁底應(yīng)力達(dá)到ft時(shí)，梁受拉區(qū)將開裂。15Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁2f16受拉區(qū)開裂后，拉力由鋼筋承擔(dān)，荷載可以繼續(xù)增加。緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)sssc16Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁2f16當(dāng)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服后，鋼筋所能承受的拉力不能再繼續(xù)增加。梁的承載力比開裂前有很大增加。Py≈

50.0kN緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)

fysc17Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fy鋼筋屈服后，梁的變形持續(xù)發(fā)展一段后，受壓區(qū)混凝土壓碎而達(dá)到極限承載力。Py≈

50.0kN緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)

fc18Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fy由此可見：在砼中配置一定數(shù)量一定型式的鋼筋后至少可收到下列效果：（1）鋼筋混凝土梁的承載力比素混凝土梁大大提高，鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度均得到充分利用；（2）結(jié)構(gòu)的受力性能得到顯著改善，且破壞過程有明顯預(yù)兆。Py≈

50.0kN緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)

fc19Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fyPy≈

50.0kN緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)

fc★但從開裂荷載到屈服荷載，在很長(zhǎng)的過程帶裂縫工作；★通常裂縫寬度很小，不致影響正常使用?！锏芽p導(dǎo)致梁的剛度顯著降低，使得鋼筋混凝土梁不能應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)。如何解決？20除在構(gòu)件的受拉區(qū)配筋外，還可：◆在構(gòu)件受壓區(qū)配置鋼筋，協(xié)助混凝土承受壓力◆在復(fù)雜應(yīng)力區(qū)域（如梁在受剪區(qū)段、受扭構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)區(qū)、剪力墻等）配置箍筋或縱橫交錯(cuò)的鋼筋◆當(dāng)構(gòu)件受力很大時(shí)，可以直接配置鋼骨◆還可以利用箍筋約束混凝土來提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，甚至直接采用鋼管◆采用纖維（鋼纖維、玻璃纖維等）與混凝土一起攪拌形成的纖維混凝土，其抗拉強(qiáng)度可以提高★因此，兩種(或兩種以上)材料的有機(jī)組合，充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，可以創(chuàng)造出多種形式的復(fù)合材料或組合結(jié)構(gòu)，適應(yīng)各種不同的受力要求，取得很好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)21緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)22鋼筋與混凝土共同工作的條件：鋼筋（材）和混凝土兩種材料的物理力學(xué)性能很不相同，他們可以結(jié)合在一起共同工作，是因?yàn)椋骸翡摻詈突炷林g存在有良好的粘結(jié)力，在荷載作用下，可以保證兩種材料協(xié)調(diào)變形，共同受力；◆鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)（鋼材為1.2×10－5，混凝土為(1.0~1.5)×10－5），因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞。緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)23混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：⑴材料利用合理：鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度可以得到充分發(fā)揮，結(jié)構(gòu)承載力與剛度比例合適，基本無局部穩(wěn)定問題，單位應(yīng)力價(jià)格低，對(duì)于一般工程結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。⑵可模性好：混凝土可根據(jù)需要澆筑成各種性質(zhì)和尺寸，適用于各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如空間薄殼、箱形結(jié)構(gòu)等。⑶耐久性和耐火性較好，維護(hù)費(fèi)用低：鋼筋有混凝土的保護(hù)層，不易產(chǎn)生銹蝕，而混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng)；混凝土是不良熱導(dǎo)體，30mm厚混凝土保護(hù)層可耐火2小時(shí)，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強(qiáng)度。緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)24⑷現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，且通過合適的配筋，可獲得較好的延性，適用于抗震、抗爆結(jié)構(gòu)；同時(shí)防振性和防輻射性能較好，適用于防護(hù)結(jié)構(gòu)。⑸剛度大、阻尼大，有利于結(jié)構(gòu)的變形控制。⑹易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材。近年來，已有利用工業(yè)廢料來制造人工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性能。緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)25混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：⑴自重大：不適用于大跨、高層結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)、高強(qiáng)和預(yù)應(yīng)力。緒論0.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)⑵抗裂性差：普通RC結(jié)構(gòu)，在正常使用階段往往帶裂縫工作，環(huán)境較差(露天、沿海、化學(xué)侵蝕)時(shí)會(huì)影響耐久性；也限制了普通RC用于大跨結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)鋼筋無法應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土。⑶承載力有限：在重載結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu)，構(gòu)件尺寸太大，減小使用空間。高強(qiáng)、鋼骨、鋼管混凝土。⑷施工復(fù)雜，工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護(hù)），工期長(zhǎng)，施工受季節(jié)、天氣的影響較大。鋼模、飛模、滑模等，泵送、早強(qiáng)、商品、高性能、免振自密實(shí)混凝土等。⑸混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞，其修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)比較困難。混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)不斷得到發(fā)展，如最近研究開發(fā)的采用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，快速簡(jiǎn)便。260.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用

1824年英國人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水泥

1849年法國人朗波(L.Lambot)制造了第一只鋼筋混凝土小船

1872年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋

混凝土結(jié)構(gòu)的開始應(yīng)用于土木工程距今僅150多年。

與磚石結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展非常迅速，目前混凝土結(jié)構(gòu)已成為大量土木工程結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)，而且高性能混凝土和新型混凝土結(jié)構(gòu)形式還在不斷發(fā)展。緒論0.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用27第一階段：從鋼筋混凝土的發(fā)明至本世紀(jì)初鋼筋和混凝土的強(qiáng)度都比較低，主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱和基礎(chǔ)等構(gòu)件。計(jì)算理論：結(jié)構(gòu)內(nèi)力和構(gòu)件截面計(jì)算均套用彈性理論，采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法。緒論0.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展28混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展緒論0.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第二階段：從本世紀(jì)20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后混凝土和鋼筋強(qiáng)度的不斷提高1928年法國杰出的土木工程師E.Freyssnet發(fā)明了預(yù)應(yīng)力混凝土，使得混凝土結(jié)構(gòu)可以用來建造大跨度計(jì)算理論：前蘇聯(lián)著名的混凝土結(jié)構(gòu)專家格沃茲捷夫（Α.Α.Гвоздев）開始考慮混凝土塑性性能的破損階段設(shè)計(jì)法，50年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算理論。29緒論0.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第