混凝土基本原理混凝土结构第一章 绪论

混凝土结构设计原理,魏科丰,第一章 绪论,本章主要内容 本课程的特点及学习方法、考核方式 混凝土结构的一般概念和特点 混凝土结构的发展简况及其应用,一、房屋建筑结构的组成,课程特点,公式较多,实践性强,理解较难,二、本课程的特点,是土木工程专业的一门主要专业基础课,课堂教学,习题作业,平时测验,课堂讨论、练习,期末考试,三、本课程的教学环节,四、总评成绩组成,总评成绩由平时成绩（40%）+期末考试成绩（60%）组成。 平时成绩由考勤+习题作业+课堂提问、练习+平时测验组成。,“教”与“学”的方法,“教” 讲思路、要点和难点，引导讨论并总结 “学” 预习、积极参与讨论、复习和练习，应注意培养自己的多种能力，概括为加、减、问、用、创新，同时积极实践。,六、教材及主要参考用书,1、混凝土结构设计原理（应用型人才培养规划教材） 邵永健主编 北京大学出版社 2、混凝土结构设计原理 赵顺波主编 同济大学出版社 3、混凝土结构设计原理 李玉顺主编 科学出版社 4、 通过本课程所在的精品课程网学习：http:/jpkc.usts.edu.cn/hnt/kczy/jxkj.html 5、我的e-mail地址是weikf163.com，供讨论、交流。,七 课程的主要内容、特点与学习方法,1）、课程的主要内容,第一章 绪论,研究四种构件在两种极限状态下的受力性能、设计计算方法及构造措施。,四种基本构件,承载能力极限状态 （安全性）,正常使用极限状态 （适用性、耐久性）,SR,课程的内容框架,2）、课程的内容框架,第一章 绪论,设计方法,材料性质,第一章 绪论,3）、学习过程中要注意的,1、实验性、理论性和实践性很强。 2、突出特点是以实验研究为基础，提出假定、 进行简化、建立实用的设计计算方法和公式， 用于解决工程实际问题。 3、内容存在“七多”，即概念多、公式多、系数多、 符号多、构造规定多、教学环节多，文字叙述多。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,素混凝土结构（Plain Concrete),第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete),钢筋混凝土结构（构件）,钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete Structure),Reinforcement,Stirrup,Support,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,预应力混凝土结构（Prestressed Concrete),第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete),钢骨混凝土结构是指在钢筋混凝土内部配置钢骨的组合结构，所配置的钢骨的形式有角钢、工字钢、宽翼缘工字钢、双十字钢、双槽钢、十字型钢、箱型方钢管等。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube),钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件，按截面形式不同，可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。,1、混凝土的主要力学性能 （1）抗压强度较高，而抗拉强度却很低 (只有抗压强度的1/8-1/20)。 （2）破坏时具有明显的脆性性质。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,1.1.2、配筋的作用与要求,一、为什么想将钢筋与混凝土组合起来使用？ 主要由两者的力学性能和经济性决定的,Pcr = 9.7kN,fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2,ft,sc= ft,2、素混凝土梁的受力性能,Pu Pcr,破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,素混凝土梁承载力小，破坏突然,钢筋混凝土梁承载力大，变形性能好，破坏有预告,配筋的作用： （1）提高结构的承载力； （2）调整结构的破坏形态。,（1）抗拉和抗压强度都很高。 （2）延性好：多数钢材具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性。 （3）易于压曲失稳：细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件。 （4）耐久性和耐火性差。,因此，将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,3、钢材的主要性能,Pcr = 9.7kN,fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2,ft,sc= ft,4、钢筋混凝土梁的受力性能,Pu 52.5kN,fy,配置钢筋后： RC梁的承载力（52.5kN)比素混凝土梁（9.7kN)大大提高， 钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用， 破坏过程有明显预兆。,Py 50.0kN,第一章 绪论,fc,（1）钢筋和混凝土之间存在良好的粘结力； 保证在荷载作用下两种材料协调变形，共同受力； （2）钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数 （钢材为1.2×10-5/oC，混凝土为1.01.5×10-5 /oC ）； 保证温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差 而导致两者间的粘结力破坏。 （3）混凝土的碱性环境,第一章 绪论,二、钢筋与混凝土共同工作的条件,一、优点 （1）就地取材 （2）合理用材、经济性好 （3）耐久性和耐火性好、维护费用低 （4）可模性好 （5）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好 的延性： 适用于抗震、抗爆结构等；,第一章 绪论,1.1.3 混凝土结构的优缺点,（1） 自重大 不适用于大跨、高层结构。 轻质、高强和预应力。 （2） 抗裂性差 普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作。 预应力混凝土。 （3） 耗模板 （4） 施工受季节性影响 （5） 隔热隔声性能差,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,二、缺点,1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。 1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船。 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。,第一章 绪论,1.2 混凝土结构的发展简况, 混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。 与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并 不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为土 木工程中最主要的结构。,第一阶段：从钢筋混凝土发明到20世纪初。 材料：钢筋和混凝土的强度都比较低（C20）。 计算理论：容许应力设计方法。 应用：主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和 基础等构件。,第一章 绪论,1.2 混凝土结构的发展简况及其应用,混凝土结构发展的三个阶段,第一章 绪论,材料：混凝土、钢筋强度不断提高。 计算理论：破损阶段设计法 极限状态设计法（定值法）。,第二阶段：从上世纪20年代到 第二次世界大战前后,应用：已应用于简单的结构中，特别是1928年法国 土木工程师弗雷西奈（E.Freyssnet）发明了 预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造 大跨度结构。,第一章 绪论,材料：强度继续提高。 尤其是高强、高性能混凝土和高强钢筋的发展， 泵送商品混凝土技术的发展等。 目前国内常用的砼强度等级为C20 C45。,第三阶段：二战以后到现在,设计计算理论：以概率理论为基础的极限状态设计法。 计算机技术推进了设计理论的发展。 应用：建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、 特长跨海隧道、高耸结构等大型工程。见下面的例子。,混凝土结构的应用 1.房屋工程,我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构,金茂大厦,马来西亚双塔,34,广州白云宾馆,33层，112.45米，剪力墙结构，1976年建成，国内首栋百米高层。,35,36,钢管混凝土结构 工程实例,美国西雅图 双联广场大厦 58层 四根大钢管混凝土柱 混凝土抗压强度133Mpa 直径3.05m 管壁厚30mm 承受60%竖向荷载,混凝土结构的应用 2.交通工程,隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等。,混凝土结构的应用 3.水利工程,大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构,我国的三峡大坝，混凝土重力坝,混凝土结构的应用 4.特种工程,核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等,第一章 绪论,台北101 101层, 508m,金茂大厦 88层, 421m,第一章 绪论,1.2 混凝土结构的发展简况及其应用,重庆市万县长江大桥,第一章 绪论,（1）设计规范的作用：设计规范是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程结构设计既安全适用又经济合理。 （2）常用的砼结构设计规范： GB 50010-2010混凝土结构设计规范 GB 50003-2011砌体结构设计规范 JGJ 32010 高层建筑混凝土结构技术规程 GB 50011-2010建筑抗震设计规范,1.3、本课程的学习应与设计规范相结合,第一章 绪论,一方面设计应遵循规范， 另一方面只有深刻地理解规范，才能发挥设计者的主动性和创造性。 本学科还在不断地发展和更新，因此设计工作也不应被规范束缚，在经过各方面的可靠性论证后，应积极采用先进的理论和技术。 规范一般十年左右修订一次，就是为了反映学科最新的发展成果。,1.4、设计工作是一项创造性工作,1.5、基本构件学习时应抓住的一条基本线索,（1）实验研究； （2）简化（基本假定）； （3）建立计算公式和公式条件； （4）设计计算（截面复核和截面设计）； （5）构造措施。,钢筋混凝土梁破坏时有哪些特点？钢筋 和混凝土是如何共同工作的？,2. 钢筋混凝土结构有哪些优点和缺点。,3.本课程主要包括哪些内容？学习本课程要 注意哪些问题？,小 结,（1）主要掌握混凝土结构构件的受力性能和力学分析方法和混凝土结构构件的设计方法； （2）混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上，学习和应用时要注意思维方式的转变； （3）注意理论联系实际，积累一定的感性认识，对学习本课程十分有益；,谢谢！,