混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

（鋼筋）混凝土結(jié)構(gòu)

(Reinforced)

ConcreteStructure

簡(jiǎn)稱(chēng)RCStructure當(dāng)今世界的房屋建筑有四大主要結(jié)構(gòu)：鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)。其中，混凝土結(jié)構(gòu)的數(shù)量最大，使用面最廣?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程是土木工程專(zhuān)業(yè)的核心課程。混凝土結(jié)構(gòu)的重要性混凝土結(jié)構(gòu)采用什么符號(hào)體系？

采用主體符號(hào)或帶上、下標(biāo)的主體符號(hào)。如

M，

fy

，

Ecf，

fy′

主體符號(hào)：用斜體大、小寫(xiě)字母；上、下標(biāo)：用標(biāo)號(hào)或小寫(xiě)正體字母。例外：

l

E混凝土結(jié)構(gòu)采用什么計(jì)量單位？力：N(牛頓)，kN(千牛)應(yīng)力：N/mm2或MPa(兆帕)長(zhǎng)度：mm,cm,m常見(jiàn)的錯(cuò)誤寫(xiě)法：

N(牛）誤寫(xiě)為N（軸力）

kN誤寫(xiě)為KN

MPa誤寫(xiě)為Mpa第一章緒論以混凝土材料為主的結(jié)構(gòu)均可稱(chēng)為混凝土結(jié)構(gòu)。包括:1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念1.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的定義與分類(lèi)第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)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)FRP筋混凝土鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)纖維混凝土第一章緒論以混凝土材料為主的結(jié)構(gòu)均可稱(chēng)為混凝土結(jié)構(gòu)。包括:1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念1.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的定義與分類(lèi)第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)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)FRP筋混凝土鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)纖維混凝土第一章緒論素混凝土結(jié)構(gòu)（PlainConcrete)

不配置任何鋼材的混凝土結(jié)構(gòu)FoundationMasonrywall1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)第一章緒論鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（ReinforcedConcreteStructure)

用圓鋼筋作為配筋的普通混凝土結(jié)構(gòu)ReinforcementStirrupSupport1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)第一章緒論預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（Pre-stressedConcreteStructure)由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過(guò)張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。Pre-stressrebarConcreteHollowtubePre-stressedconcretehollowfloor1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)第一章緒論鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)

用型鋼或鋼板焊成的鋼骨架作為配筋的混凝土結(jié)構(gòu)SteelReinforcementStirrupSteelreinforcedConcretecolumn1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)第一章緒論鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（ConcreteFilledTube)

在鋼管內(nèi)澆搗混凝土作成的結(jié)構(gòu)SteeltubeConcreteConcretefilledtubecolumn1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)第一章緒論FRP(纖維增強(qiáng)塑料)混凝土（FiberReinforcedPolymer(Plastic)Concrete)1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)纖維增強(qiáng)塑料（FRP）可用于制造非金屬及預(yù)應(yīng)力絞線，其生產(chǎn)工藝是將多股連續(xù)纖維以環(huán)氧樹(shù)脂等作為基底材料進(jìn)行膠合，此后經(jīng)過(guò)特制的模具擠壓、拉拔成形。常見(jiàn)截面形狀：棒材、絞線、編織、格狀、矩形種類(lèi)：玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）芳綸纖維增強(qiáng)塑料（AFRP

）特點(diǎn)（與鋼筋比）：強(qiáng)度－質(zhì)量密度比高，約為鋼材的5倍?？垢g性能極好是非導(dǎo)電材料和非磁性材料彈性模量約為鋼材的2/3—1/4碳纖維和芳綸纖維筋具有良好的抗疲勞性能1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)第一章緒論鋼-混凝土組合（混合）結(jié)構(gòu)(CompositeStructureorHybridStructure)1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)1.1.2配筋的作用和要求：第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)◆混凝土(Concrete)：

◎抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度卻很低

Highcompressivestrength,butlowertensilestrength

◎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)(

Brittle)

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)。基本材料性能

BasicMaterialsPropertiesPcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2

ftsc=ft2500素混凝土梁受力性能Pu

≈

Pcrsc=ft

ft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，破壞表現(xiàn)為脆性斷裂，無(wú)明顯預(yù)兆。第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)◆鋼材(Steel)：◎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Ductile◎但細(xì)長(zhǎng)的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件而純鋼構(gòu)件的承載力也往往取決于鋼材的壓曲，材料強(qiáng)度一般得不到充分地發(fā)揮。Advantage:

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。第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)鋼筋（加筋）+混凝土鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）拉壓性能均好抗壓性能好利用混凝土抗壓，鋼筋受拉（亦可受壓）----各盡其能，相得益彰第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2

ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu

≈

52.5kNsc=ft

ft

ss

sc2f16

fy配置鋼筋后，RC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，且破壞過(guò)程有明顯預(yù)兆。Py

≈

50.0kN第一章緒論

fc1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2

ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu

≈

52.5kNsc=ft

ft

ss

sc2f16

fyPy

≈

50.0kN第一章緒論

fc★但從開(kāi)裂荷載到屈服荷載，在很長(zhǎng)的過(guò)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？1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)◆鋼筋混凝土——ReinforcedConcrete◆除在構(gòu)件的受拉區(qū)配筋外，還有許多其他配筋方式◆可以在構(gòu)件的受壓區(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），可以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(lái)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)度可以達(dá)到提高★因此，兩種(或兩種以上)材料的有機(jī)組合，可充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，創(chuàng)造出多種形式的復(fù)合材料，適應(yīng)各種不同受力的要求，取得很好的綜合經(jīng)濟(jì)效益

第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)受壓構(gòu)件中配置受壓鋼筋受扭構(gòu)件配筋螺旋箍筋約束混凝土梁中配置箍筋鋼筋與混凝土共同工作的條件：⑴鋼筋與混凝土之間存在良好的粘結(jié)力(Bond)，在荷載作用下，保證兩種材料變形協(xié)調(diào)(SameDeformationunderload)，共同受力；⑵鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)(Temperaturelinearexpandingindex)（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(guò)大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞。(3)在混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋表面必須留有一定的混凝土保護(hù)層厚度。第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)1.1.3混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：第一章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)取材容易：可就地取材，有效利用廢料；節(jié)約鋼材：發(fā)揮混凝土抗壓，鋼筋抗拉的特點(diǎn)。耐久性好：混凝土包裹鋼筋，不易銹蝕；耐火性好：混凝土包裹鋼筋，延緩升溫；可模性好：根據(jù)需要，澆筑成各種形狀；整體性好：有利于抗震、抵抗沖擊和爆炸沖擊波。缺點(diǎn)：⑴自重大：不適用于大跨、高層結(jié)構(gòu)。第一章緒論1.1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(wú)法應(yīng)用。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。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。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。1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用概況

1824年英國(guó)人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水泥。

1849年法國(guó)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。1928年法國(guó)杰出的土木工程師E.Freyssnet發(fā)明了預(yù)應(yīng)力混凝土?；炷两Y(jié)構(gòu)的開(kāi)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)，而且高強(qiáng)鋼筋、高強(qiáng)高性能混凝土和高性能外加劑和混合材料的研制使用使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，從工業(yè)與民用建筑、交通設(shè)施、水利水電建筑、基礎(chǔ)工程擴(kuò)大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核安全殼等領(lǐng)域。第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用上海金茂大廈，88層，382m廣東國(guó)際大廈，63層，建筑高度200.18米，20世紀(jì)90年代初國(guó)內(nèi)最高的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，也是世界上最高的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼平板樓蓋的超高層建筑。第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用三峽大壩第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用奚落度拱壩黃河小浪底工程第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第一階段：從鋼筋混凝土的發(fā)明至上世紀(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?；炷两Y(jié)構(gòu)的發(fā)展第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第二階段：從上世紀(jì)20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后?；炷梁弯摻顝?qiáng)度不斷提高。1928年法國(guó)杰出的土木工程師E.Freyssnet發(fā)明了預(yù)應(yīng)力混凝土，可以使用混凝土結(jié)構(gòu)建造大跨度結(jié)構(gòu)計(jì)算理論：前蘇聯(lián)著名的混凝土結(jié)構(gòu)專(zhuān)家格沃茲捷夫（Α.Α.Гвоздев）開(kāi)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。第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第三階段：二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在出現(xiàn)裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、泵送商品混凝土等工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的發(fā)展、計(jì)算機(jī)的采用和先進(jìn)施工機(jī)械設(shè)備的發(fā)明，建造了一大批超高層建筑、大跨度橋梁、特長(zhǎng)跨海隧道、高聳結(jié)構(gòu)等大型工程。設(shè)計(jì)計(jì)算理論：發(fā)展了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，而新型混凝土材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)又不斷提出新的課題，并不斷促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展。第一章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用1.3學(xué)習(xí)本課程要注意的問(wèn)題課程性質(zhì)鋼筋混凝土基本構(gòu)件－專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)－專(zhuān)業(yè)課混凝土構(gòu)件的受力性能、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、構(gòu)造等基本理論。梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房、多層和高層房屋、水工建筑物。第一章緒論1.3混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題1、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)并注意擴(kuò)大知識(shí)面?；炷两Y(jié)構(gòu)的基本理論相當(dāng)于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)