第一章 混凝土設(shè)計(jì)原理緒論

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第一章緒論

本章要點(diǎn)混凝土和鋼筋的最基本力學(xué)性能；配筋的作用與要求；鋼筋與混凝土共同工作的條件；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)；學(xué)習(xí)本課程需注意的問(wèn)題；一、混凝土結(jié)構(gòu)的定義和分類(lèi)

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(chēng)為混凝土結(jié)構(gòu)，主要有：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)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)素混凝土結(jié)構(gòu)（PlainConcrere)：無(wú)筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（ReinforcedConcrete):由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PrestressedConcrete):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)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（SteelReinforcedConcrete):用型鋼或鋼板焊成的鋼骨架作為配筋的混凝土結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（ConcreteFilledTube):鋼管內(nèi)澆搗混凝土做成的結(jié)構(gòu)。

1、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)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)。二、配筋的作用與要求1503002500素混凝土梁fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2Pcr=9.7kN150300

ftksc=ftk2500素混凝土梁跨中受拉邊緣應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，梁底將開(kāi)裂，梁隨即破壞，表現(xiàn)為脆性斷裂，無(wú)明顯預(yù)兆。fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2Pcr=9.7kN150300ftsc=ft2500素混凝土梁Pu≈Pcrsc=ftk

ftk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。fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2Pcr=9.7kN150300ftsc=ft2500素混凝土梁Pu≈Pcrsc=ftk

ftkfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2★混凝土抗拉強(qiáng)度低，承載能力低?！镆涣丫蛪?，無(wú)明顯的預(yù)兆，脆性破壞。★破壞時(shí)抗壓強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮。2、

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◎細(xì)長(zhǎng)的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件★鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就是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。1503002500鋼筋混凝土梁2f16在前面素混凝土梁底部配置2根鋼筋fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2Pcr=9.7kN

ftksc=ftk1503002500鋼筋混凝土梁2f16開(kāi)裂前，與素混凝土梁受力類(lèi)似。當(dāng)梁底應(yīng)力達(dá)到ftk時(shí)，梁受拉區(qū)將開(kāi)裂。fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=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。

ss

scfck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=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≈

50.0kNfyk

scfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=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

fcfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fy★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。★破壞過(guò)程有明顯預(yù)兆。Py≈

50.0kN

fcfck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fyPy≈

50.0kN

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。★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)以及對(duì)裂縫和變形要求較高的結(jié)構(gòu)。如何解決？fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2

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，甚至直接采用鋼管約束混凝土。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。在混凝土中配置適量的受力鋼筋，并混凝土主要承受壓力，鋼筋主要承受拉力，充分利用材料，提高結(jié)構(gòu)承載能力和變形能力的作用。受力鋼筋的布置和數(shù)量由計(jì)算和構(gòu)造要求確定，施工也要正確。預(yù)應(yīng)力混凝土梁◆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(xiàn)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(guò)大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞。粘結(jié)力——Bond3、

鋼筋與混凝土共同工作的條件

1、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，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)?？赡Ｐ院茫夯炷量筛鶕?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)，如空間薄殼等。耐久性和耐火性較好，維護(hù)費(fèi)用低：鋼筋有混凝土保護(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。三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，且通過(guò)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)。剛度大、阻尼大，有利于結(jié)構(gòu)的變形控制。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(lái)，已有利用工業(yè)廢料來(lái)制造人工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性能。

2、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。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。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、滑模等，泵送、早強(qiáng)、商品、高性能、免振自密實(shí)混凝土等。一旦破壞，其修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)比較困難。四、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

混凝土結(jié)構(gòu)約有150年的歷史，與鋼、木和砌體結(jié)構(gòu)相比，由于它在物理力學(xué)性能、材料來(lái)源以及工程造價(jià)等方面有許多優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展速度很快，應(yīng)用也最廣泛。

我國(guó)是采用混凝土結(jié)構(gòu)最多的國(guó)家，在高層建筑和多層框架中大多采用混凝土結(jié)構(gòu)。

1824年英國(guó)人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水