混凝土結(jié)構(gòu)課件第章

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理土木工程學(xué)院建筑工程系夏珊2014年9月混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)形式從其出現(xiàn)150多年來(lái)以發(fā)展成為土木工程專業(yè)中最重要的一門學(xué)科各國(guó)的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中，均以混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范作為其水平的標(biāo)志隨著工程建設(shè)的需求和形式的發(fā)展，其內(nèi)容和知識(shí)也在不斷更新更重要的是混凝土結(jié)構(gòu)中的方法包含了土木工程結(jié)構(gòu)中解決問(wèn)題的基本哲學(xué)思想可以說(shuō)，不掌握混凝土結(jié)構(gòu)就不能成為一名土木工程師引言本課程教學(xué)目的學(xué)會(huì)解決工程中的問(wèn)題：尤其是工程綜合問(wèn)題學(xué)會(huì)分析工程中的問(wèn)題學(xué)會(huì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法;鋼筋混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)工程中的問(wèn)題：創(chuàng)新和發(fā)展學(xué)會(huì)研究工程中的問(wèn)題：理論研究引言本課程指導(dǎo)思想注重建立工程概念注重培養(yǎng)綜合能力注重提煉科學(xué)問(wèn)題注重激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)從理論到實(shí)際，從簡(jiǎn)單到綜合理論分析和工程概念相結(jié)合科學(xué)方法與科學(xué)創(chuàng)新相結(jié)合培養(yǎng)土木工程師的基本素質(zhì)引言第一章緒論1-1混凝土的一般概念和特點(diǎn)1-2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其工程應(yīng)用1-3本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法1-1混凝土的一般概念和特點(diǎn)一.概念1.定義：

以混凝土為主要建筑材料的結(jié)構(gòu)。素混凝土結(jié)構(gòu)

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

鋼-混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)

纖維混凝土

素混凝土結(jié)構(gòu)素混凝土基礎(chǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱、板組合預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土空心樓板預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土柱鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)FRP混凝土結(jié)構(gòu)FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)1-1混凝土的一般概念和特點(diǎn)一.概念2.基本材料特性:混凝土-----抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低;

一般抗壓只有抗拉的1/8~1/20；

破壞時(shí)脆性性質(zhì)明顯；由此可知，素混凝土在設(shè)計(jì)工程中運(yùn)用很有限，主要用于一些以受壓為主的基礎(chǔ)、柱墩和非承重結(jié)構(gòu)。

后期學(xué)習(xí)注意：素混凝土梁試驗(yàn)PP1-1混凝土的一般概念和特點(diǎn)一.概念2.基本材料特性:鋼材-------抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度都很高;

具有屈服現(xiàn)象，破壞時(shí)表現(xiàn)出良好的延性性質(zhì)；

細(xì)長(zhǎng)的鋼筋受壓時(shí)極易屈曲，僅作為受拉構(gòu)件；

材料強(qiáng)度很難達(dá)到充分發(fā)揮將兩種材料結(jié)合在一起共同工作,利用混凝土抗壓,利用鋼筋抗拉,取長(zhǎng)補(bǔ)短，則能組成性能良好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。后期學(xué)習(xí)注意：鋼筋混凝土梁試驗(yàn)，并與素混凝土梁比照二.鋼筋和混凝土共同工作的基礎(chǔ)

1.兩者之間具有良好的粘結(jié)力,可以共同受力變形,完成結(jié)構(gòu)功能。

2.溫度線膨脹系數(shù)相近?；炷?.0~1.5x10-5,鋼筋1.2x10-5,所以溫度變化時(shí),不會(huì)產(chǎn)生較大滑移導(dǎo)致粘結(jié)力破壞。

3.防銹混凝土包在鋼筋的外圍,避免鋼筋銹蝕,增強(qiáng)了耐久性。二.鋼筋和混凝土共同工作的基礎(chǔ)除在構(gòu)件受拉區(qū)配筋外，還有其他很多配筋方式可在受壓區(qū)配筋協(xié)助混凝土受壓在復(fù)雜應(yīng)力區(qū)（受剪、受扭、節(jié)點(diǎn)區(qū)、剪力墻等），可配置箍筋和縱橫交錯(cuò)的鋼筋當(dāng)構(gòu)件受力很大時(shí)，可直接配置鋼骨可采用纖維（鋼纖維、玻璃纖維等）與混凝土一起攪拌形成的纖維混凝土，抗拉強(qiáng)度大大提高可看出，兩種或者更多的材料的有機(jī)組合，可充分發(fā)揮出各自的長(zhǎng)處，創(chuàng)造出各種形式的復(fù)合材料，適應(yīng)不同的受力要求，取得很好的綜合效益。三.結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受彎構(gòu)件受壓構(gòu)件受拉構(gòu)件受扭構(gòu)件受壓構(gòu)件中配置受壓鋼筋螺旋箍筋約束混凝土四.混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):強(qiáng)度高耐久性好耐火性好可模性好整體性好易于就地取材節(jié)約鋼材缺點(diǎn):自重大抗裂性差隔熱隔聲性能較差損壞后修復(fù)困難施工耗費(fèi)大量模板施工受季節(jié)性影響大1-2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況

及其工程應(yīng)用一.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的誕生*1824年，英國(guó)人J.Aspdin

發(fā)明了波特蘭水泥，為混凝土的誕生奠定基礎(chǔ)；*1849年，法國(guó)人JosephLouisLambot

用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成小船----最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；*1861年，法國(guó)花匠J.Monier

用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請(qǐng)了專利，后又申請(qǐng)了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專利----盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他卻被認(rèn)為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者；*1884年，德國(guó)人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了鋼筋應(yīng)配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計(jì)算理論。后來(lái)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應(yīng)用。

二.混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

第一階段從發(fā)明至20世紀(jì)初，兩種材料強(qiáng)度都很低。主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱、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，采取容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法。二.混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

第二階段從20世紀(jì)20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后，兩種材料強(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，使得混凝土結(jié)構(gòu)可以用于建造大跨度。計(jì)算理論：前蘇聯(lián)著名的混凝土結(jié)構(gòu)專家格沃茲杰夫開(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。二.混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

第三階段從第二次世界大戰(zhàn)后至今，隨著戰(zhàn)后建設(shè)速度加快，對(duì)材料性能及施工技術(shù)提出了更高要求，出現(xiàn)裝配式混凝土結(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。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。二.混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

1.材料方面的發(fā)展混凝土材料:

高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐久、提高抗裂性、易于成型、外加劑、無(wú)砂混凝土、纖維混凝土等鋼筋材料:

高強(qiáng)、延性好、防腐、高粘結(jié)錨固性2.結(jié)構(gòu)體系方面的發(fā)展預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

在混凝土的受拉區(qū)施加預(yù)應(yīng)力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度,減輕構(gòu)件的自重。鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

在混凝土構(gòu)件中配置型鋼或在鋼管中填充混凝土,其強(qiáng)度高、截面小、延性好。結(jié)構(gòu)體系的豐富

不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系;同一結(jié)構(gòu)中可以同時(shí)使用鋼構(gòu)件、鋼-混凝土組合構(gòu)件和混凝土構(gòu)件組成鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)。PP3.理論研究方面的發(fā)展設(shè)計(jì)方法允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法破壞階段設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法半經(jīng)驗(yàn)半概率法近似概率法全概率法生命全過(guò)程設(shè)計(jì)法材料力學(xué)的方法按經(jīng)驗(yàn)法確定安全系數(shù)結(jié)構(gòu)基本理論----如何設(shè)計(jì)一個(gè)新結(jié)構(gòu)荷載的確定方法結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析：線性和非線性構(gòu)件的承載力計(jì)算、設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施未來(lái)的方向：計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)基本理論----舊結(jié)構(gòu)的維護(hù)、改造與加固（80年代中期發(fā)展起來(lái)）承載力計(jì)算耐久性評(píng)估壽命預(yù)測(cè)損傷分析加固理論修復(fù)理論災(zāi)害評(píng)估等4.混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用(1)房屋工程廠房、住宅、辦公樓等多高層建筑廣泛采用混凝土結(jié)構(gòu)。我國(guó)超過(guò)100m的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或?yàn)榛炷梁弯摰慕M合結(jié)構(gòu)。(2)交通工程隧道、橋梁、高速公路、城市高架公路、地鐵大都采用混凝土結(jié)構(gòu)。如1994年建成的上海內(nèi)環(huán)線浦西段高架公路，以及與之相連的南浦大橋、楊浦大橋的塔架，1995年建成的地鐵一號(hào)線、延安東路隧道、英吉利海峽隧道等。(3)水利工程大壩、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)。(4)特種工程如核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲(chǔ)水池、儲(chǔ)氣灌、海洋石油平臺(tái)、電視塔等。上海莘莊大型立交工程

該工程由15條線路，6條主線、20個(gè)定向匝道構(gòu)成；占地面積45.8公頃，整個(gè)立交橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度11.1公里、面積8.4萬(wàn)平方米。1-3本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法一.課程的特點(diǎn)（1）鋼筋混凝土的理論是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上（2）本課程是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)課（3）和規(guī)范緊密相連（4）本課程的習(xí)題解往往不是唯一解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)件受力形態(tài)受彎構(gòu)件——

梁、板受彎、受剪受壓構(gòu)件——柱、墻、

受壓弦桿受壓彎受壓剪雙向受壓彎受扭構(gòu)件——雨蓬梁

柱受扭受彎、剪、扭受壓、彎、剪、扭受拉構(gòu)件——受拉弦桿受拉彎梁柱節(jié)點(diǎn)受剪二.混凝土結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)過(guò)程三.學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

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、配筋構(gòu)造、施工方案等，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，因而設(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，綜合考慮使用、材料、造價(jià)、施工等各項(xiàng)指標(biāo)的可行性，才能確定較為合適的一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果。三.學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

2.工程項(xiàng)目建設(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

強(qiáng)制性法規(guī)——具有法律效應(yīng)

國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——合同

行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——不低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，合同

企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——不低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，競(jìng)爭(zhēng)三.學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

2.工程項(xiàng)目建設(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)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。三.學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

2.工程項(xiàng)目建設(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)行由于工程結(jié)構(gòu)類型很多，不同的結(jié)構(gòu)類型對(duì)應(yīng)不同的規(guī)范或規(guī)程?；炷两Y(jié)構(gòu)的基本理論是一致的，應(yīng)重點(diǎn)學(xué)好基本理論。本學(xué)期以基本理論為主，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》學(xué)習(xí)。三.學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

3.設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)創(chuàng)造性工作一方面，在設(shè)計(jì)中只能按照規(guī)范的條例進(jìn)行；另一方面，只有深刻理解規(guī)范的理論依據(jù)，才能更好的應(yīng)用規(guī)范，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。某種意義上說(shuō)，規(guī)范是給傻瓜設(shè)計(jì)師編寫的。注意學(xué)習(xí)體會(huì)工程中的創(chuàng)造性。本學(xué)科還在不斷發(fā)展更新，設(shè)計(jì)工作也不應(yīng)被規(guī)范和規(guī)程所束縛，在試驗(yàn)和理論均得到可靠論證后，應(yīng)積極采用先進(jìn)的理論技術(shù)。規(guī)范一般十年修訂一次，為的就是反映學(xué)科最新發(fā)展成果。三.學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

3.設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)創(chuàng)造性工作美國(guó)ACI混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的第一章第一句話：

“本規(guī)范僅提供設(shè)計(jì)與施工……的最低要求”

也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從具體出發(fā)采用不同于規(guī)范的要求。美國(guó)公路部門的ASSHTO橋梁設(shè)計(jì)規(guī)程寫得更清楚：

“本規(guī)程無(wú)意取代設(shè)計(jì)人所具有的專門教育和工程判斷的訓(xùn)練，僅在規(guī)程中規(guī)定為保證公共安全的最低要求。業(yè)主和設(shè)計(jì)