混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理001.緒論課件

1、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)（Plain Concrete)3 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)（Prestressed Concrete)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)（Steel

2、Reinforced Concrete) (Encased Concrete)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)（Concrete Filled Tube)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)(Composite Structure) (Hybrid Structure)81503002500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/mm2 ftsc= ft2500素混凝土梁Pu Pcrsc= ft ft破壞時(shí)跨中截面受

3、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)12fc=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/mm2 ftsc= 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(kāi)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(kāi)裂。15Pcr = 9.7

4、kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc= ft1503002500鋼筋混凝土梁2f16受拉區(qū)開(kāi)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) ss sc16Pcr = 9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc= 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(kāi)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) fy sc17Pcr = 9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.

5、54N/mm2fy=335N/mm2 ftsc= ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu 52.5kNsc= ft ft ss sc2f16 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/mm2 ftsc= ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu 52.5kNsc= ft ft ss sc2f16 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(kāi)裂荷載到屈服荷載，在很長(zhǎng)的過(guò)程帶裂縫工作

6、； 通常裂縫寬度很小，不致影響正常使用。 但裂縫導(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(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

7、益。 緒論0.1 混凝土結(jié)構(gòu)一般概念和特點(diǎn)21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?鋼筋和混凝土之間存在有良好的粘結(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1.2105，混凝土為(1.01.5)105），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。 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)： 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(wú)局部穩(wěn)定問(wèn)題，單位應(yīng)力價(jià)格低，對(duì)

8、于一般工程結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。 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。 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(guò)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)24混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)： 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) 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

9、跨結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)鋼筋無(wú)法應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土。 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。 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。 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?；炷两Y(jié)構(gòu)加固技術(shù)不斷得到發(fā)展，如最近研究開(kāi)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(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 18

10、72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(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 緒論0.2 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第三階段：

11、二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在 隨著建設(shè)速度加快，對(duì)材料性能和施工技術(shù)提出更高要求，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，成為現(xiàn)代土木工程的標(biāo)志。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，基礎(chǔ)理論問(wèn)題大都得到解決，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?；炷两Y(jié)構(gòu)的發(fā)展300.3 本課程的研究對(duì)象和學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題 緒論0.3 混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題1、本課程的研究對(duì)象 研究對(duì)象：鋼筋

12、砼及預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的受力性能、計(jì)算方法和配筋構(gòu)造。 研究途徑：在充分掌握材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞機(jī)理入手，去探求結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在不同作用的作用下抵抗能力（即承載力、剛度、變形和裂縫等）和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，從而合理配筋，并繪出結(jié)構(gòu)施工圖。 核心問(wèn)題：可靠度與經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，即如何使砼設(shè)計(jì)符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的要求。31 緒論0.3 混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題 鋼筋砼（預(yù)應(yīng)力砼）結(jié)構(gòu)是指在砼中按一定型式配置一定數(shù)量鋼筋（預(yù)應(yīng)力筋）的工程結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)是由一系列不同類型的構(gòu)件組成。32截面的基本受力形態(tài)有：正截面受力斜截面受剪扭曲截面受扭基本構(gòu)件的受力往往是基本受力形

13、態(tài)的復(fù)合 緒論0.3 混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題33基本理論工程應(yīng)用問(wèn)題的復(fù)雜性問(wèn)題的綜合性問(wèn)題不是單一的解答是不唯一的受力性能理論分析構(gòu)件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料的力學(xué)性能兩種材料的配比兩種材料的共同工作 緒論0.3 混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題34 緒論0.3 混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題2、本課程的特點(diǎn)、學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題（1）特殊性注意與材料力學(xué)等課程的差異（2）實(shí)踐性理解通過(guò)試驗(yàn)建立的計(jì)算公式，注意公式適 用范圍和應(yīng)用條件（3）綜合性注意學(xué)會(huì)對(duì)多種因素綜合分析的設(shè)計(jì)方法（4）學(xué)會(huì)運(yùn)用砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 500102002）（5）抓住重點(diǎn)，理清思路 思路：受力性能 計(jì)算簡(jiǎn)圖 計(jì)

14、算公式及適用條件 設(shè)計(jì)計(jì)算及構(gòu)造 35 緒論0.3 混凝土結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問(wèn)題 工程項(xiàng)目的建設(shè)是國(guó)家的重要工作，必須依照國(guó)家頒布的法規(guī)進(jìn)行。設(shè)計(jì)人員必須遵照各種結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)。各種設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程是具有約束性和立法性的文件，其目的是使工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的條件下，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量和工程項(xiàng)目的安全可靠。注意在學(xué)習(xí)中，有關(guān)基本理論的應(yīng)用最終都要落實(shí)到規(guī)范的具體規(guī)定。由于工程結(jié)構(gòu)類型很多，不同的結(jié)構(gòu)類型有不同的設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程，但混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論是一致的，應(yīng)重點(diǎn)學(xué)好基本理論。本課程以基本理論為主，并結(jié)合主要用于建筑結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB500010學(xué)習(xí)。下學(xué)期開(kāi)設(shè)的有關(guān)課程將結(jié)合各種結(jié)構(gòu)類型，介紹有關(guān)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)規(guī)范。36 構(gòu)件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程包括結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)件選型、材料選擇、配筋構(gòu)造、施工方案等，同時(shí)還需要考慮安全適用和經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)計(jì)中許多數(shù)據(jù)可能有多種選擇方案，因此設(shè)計(jì)結(jié)果不是唯一的。最終設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)經(jīng)過(guò)各種方案的比較，綜合考慮使