钢筋混凝土 第一章绪论.pdf

混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第一章绪论第一章绪论 第一节 混凝土结构的一般概念第一节 混凝土结构的一般概念 第二节 混凝土结构的应用和发展概况第二节 混凝土结构的应用和发展概况 第三节 本课程的学习特点第三节 本课程的学习特点 第一节 混凝土结构的一般概念第一节 混凝土结构的一般概念 工程结构 工程结构 由若干构件组成的能承受各 种作用的受力体系 由若干构件组成的能承受各 种作用的受力体系 房屋骨架房屋骨架 混凝土结构 钢结构 混凝土结构 钢结构 结构分类结构分类砌体结构 木结构 钢 砌体结构 木结构 钢 混凝土组合结构混凝土组合结构 一 混凝土结构的形式 一 混凝土结构的形式 分类分类 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 混凝土结构混凝土结构素混凝土结构 型钢混凝土结构 素混凝土结构 型钢混凝土结构 以混凝土材料为主的结构均可称为以混凝土材料为主的结构均可称为混凝土结构混凝土结构 素混凝土基础 素混凝土结构 素混凝土结构 Plain Concrete 钢筋混凝土梁 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 Reinforced Concrete 预应力混凝土空心楼板 预应力混凝土结构 预应力混凝土结构 Prestressed Concrete 钢骨混凝土柱 钢骨混凝土结构 钢骨混凝土结构 Steel Reinforced Concrete Encased Concrete 钢管混凝土柱 钢管混凝土结构 钢管混凝土结构 Concrete Filled Tube 钢钢 混凝土混合结构混凝土混合结构 Composite Structure Hybrid Structure 二 钢筋混凝土结构的特点二 钢筋混凝土结构的特点 1 配筋的作用1 配筋的作用 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土这两种 材料组成 如何组成整体呢 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土这两种 材料组成 如何组成整体呢 混凝土混凝土 抗压强度高 抗拉强度低 抗压强度高 抗拉强度低 1 10左右 左右 钢筋钢筋 抗压 抗拉强度均高 抗压 抗拉强度均高 下面举例 说明配筋的作用 下面举例 说明配筋的作用 例例1 简支梁 简支梁 150 300 2500 fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 素混凝土梁素混凝土梁 Pcr 9 7kN 150 300 fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 ft c ft 2500 素混凝土梁素混凝土梁 跨中受拉边缘应力达到跨中受拉边缘应力达到混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度时 梁底将开裂 梁随 即破坏 表现为脆性断裂 无明显预兆 时 梁底将开裂 梁随 即破坏 表现为脆性断裂 无明显预兆 Pcr 9 7kN 150 300 fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 ft c ft 2500 素混凝土梁素混凝土梁 Pu Pcr c ft ft 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 混凝土抗压强度高的特点未得到充分利 用 混凝土抗压强度高的特点未得到充分利 用 fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 150 300 2500 钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁 2 16 在前面素混凝土梁底部配置在前面素混凝土梁底部配置2根钢筋根钢筋 Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 ft c ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁 2 16 开裂前 与素混凝土梁受力类似 当梁底应力达到开裂前 与素混凝土梁受力类似 当梁底应力达到ft时 梁受 拉区将开裂 时 梁受 拉区将开裂 Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 ft c ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁 2 16 受拉区开裂后 拉力由钢筋承担 荷载可以继续增加 受拉区开裂后 拉力由钢筋承担 荷载可以继续增加 s c Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 ft c ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁 2 16 当钢筋应力达到屈服后 钢筋所能承受的拉力不能再继续增 加 梁的承载力比开裂前有很大增加 当钢筋应力达到屈服后 钢筋所能承受的拉力不能再继续增 加 梁的承载力比开裂前有很大增加 Py 50 0kN fy c Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 ft c ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁 Pu 52 5kN c ft ft s c 2 16 fy Py 50 0kN 钢筋屈服后 梁的变形持续发展一段后 受压区混凝土压碎而 达到极限承载力 钢筋屈服后 梁的变形持续发展一段后 受压区混凝土压碎而 达到极限承载力 fc Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 ft c ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁 Pu 52 5kN c ft ft s c 2 16 fy Py 50 0kN 因此 钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高 钢筋的 抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用 且破坏过程有 明显预兆 因此 钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高 钢筋的 抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用 且破坏过程有 明显预兆 fc Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2 ft 1 54N mm2 fy 335N mm2 ft c ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁 Pu 52 5kN c ft ft s c 2 16 fy Py 50 0kN fc 但从开裂荷载到屈服荷载 在很长的过程带裂缝工作 但从开裂荷载到屈服荷载 在很长的过程带裂缝工作 通常裂缝宽度很小 不致影响正常使用 通常裂缝宽度很小 不致影响正常使用 但裂缝导致梁的刚度显著降低 使得钢筋混凝土梁不能应用 于大跨度结构 但裂缝导致梁的刚度显著降低 使得钢筋混凝土梁不能应用 于大跨度结构 如何解决 如何解决 除在构件的受拉区配筋外 还可 除在构件的受拉区配筋外 还可 在构件受压区配置钢筋 协助混凝土承受压力在构件受压区配置钢筋 协助混凝土承受压力 在复杂应力区域在复杂应力区域 如梁在受剪区段 受扭构件 节 点区 剪力墙等 如梁在受剪区段 受扭构件 节 点区 剪力墙等 配置箍筋或纵横交错的钢筋配置箍筋或纵横交错的钢筋 当构件受力很大时 可以直接配置钢骨当构件受力很大时 可以直接配置钢骨 还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强 度 甚至直接采用钢管 还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强 度 甚至直接采用钢管 采用纤维采用纤维 钢纤维 玻璃纤维等钢纤维 玻璃纤维等 与混凝土一起搅 拌形成的纤维混凝土 其抗拉强度可以提高 与混凝土一起搅 拌形成的纤维混凝土 其抗拉强度可以提高 因此 两种 或两种以上 材料的有机组合 充分发 挥各自的长处 可以创造出多种形式的复合材料或 组合结构 适应各种不同的受力要求 取得很好的 综合经济效益 因此 两种 或两种以上 材料的有机组合 充分发 挥各自的长处 可以创造出多种形式的复合材料或 组合结构 适应各种不同的受力要求 取得很好的 综合经济效益 特性 特性 素混凝土梁 素混凝土梁 脆性破坏 无预兆 承载力 低 材料未充分发挥 脆性破坏 无预兆 承载力 低 材料未充分发挥 钢筋混凝土梁 钢筋混凝土梁 延性破坏 有预兆 承载 力高 材料充分利用 延性破坏 有预兆 承载 力高 材料充分利用 只要钢筋混凝土梁配筋合适 破坏时钢筋屈服 混凝土压区达屈服强度 只要钢筋混凝土梁配筋合适 破坏时钢筋屈服 混凝土压区达屈服强度 从这一例子可以看出 钢筋混凝土梁比素 混凝土梁具有很大的 从这一例子可以看出 钢筋混凝土梁比素 混凝土梁具有很大的优越性优越性 承载力承载力和和变 形能力 变 形能力有大大提高 有大大提高 例2 受压柱例2 受压柱 在受压柱中配置适量钢筋 协助混凝土承受 压力 有两个好处 在受压柱中配置适量钢筋 协助混凝土承受 压力 有两个好处 增加柱延性 减小柱断 面 增加柱延性 减小柱断 面 小结 两种材料结合起来 在钢筋混凝土结 构中发挥各自的优点 小结 两种材料结合起来 在钢筋混凝土结 构中发挥各自的优点 受压构件中配置受压钢筋 受扭构件配筋螺旋箍筋约束混凝土 梁中配置箍筋 图 1 3 常见配筋方式常见的配筋方式常见的配筋方式 2 钢筋和混凝土共同工作的原因2 钢筋和混凝土共同工作的原因 钢筋 材 和混凝土两种材料的物理力学性能很不 相同 二者可以结合在一起共同工作 是因为 钢筋 材 和混凝土两种材料的物理力学性能很不 相同 二者可以结合在一起共同工作 是因为 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力 在荷载作 用下 可以保证两种材料协调变形 共同受力 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力 在荷载作 用下 可以保证两种材料协调变形 共同受力 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数 钢 材为 钢 材为1 2 10 5 混凝土为 混凝土为 1 0 1 5 10 5 因此当温 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 因此当温 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 粘结力粘结力 Bond 3 钢筋混凝土结构的优缺点3 钢筋混凝土结构的优缺点 优点 优点 1 就地取材 节约钢材 就地取材 节约钢材 2 耐久性 耐久性 3 耐火性 耐火性 4 可模性 可模性 5 整体性 抗震 抗冲击性能好 整体性 抗震 抗冲击性能好 缺点 缺点 1 自重大 自重大 2 抗裂性差 抗裂性差 3 耗费模板 工期长 受气候影响大 耗费模板 工期长 受气候影响大 应用范围应用范围 工业与民用建筑工业与民用建筑 特种结构 水池 水塔 烟耸特种结构 水池 水塔 烟耸 等等 公路 桥梁 码头等公路 桥梁 码头等 机场机场 国防工程国防工程 高层 大跨度建筑高层 大跨度建筑 第二节 混凝土结构的应用和发展概况第二节 混凝土结构的应用和发展概况 1824年英国人阿斯普丁年英国人阿斯普丁 J Aspdin 发明硅酸盐水泥 发明硅酸盐水泥 1849年法国人朗波年法国人朗波 L Lambot 制造了第一只钢筋混凝 土小船 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 年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋 混凝土结构的开始应用于土木工程距今混凝土结构的开始应用于土木工程距今150多年 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 是目前土木工程结构中应用最 为广泛结构 而且 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 是目前土木工程结构中应用最 为广泛结构 而且高性能混凝土高性能混凝土和和新型混凝土结构新型混凝土结构形式 还在不断发展 形式 还在不断发展 混凝土结构的发展混凝土结构的发展 第一阶段 第一阶段 从钢筋混凝土的发明至二十世纪初 钢筋和混凝土的强度都比较低 主要用于建造中小型楼板 梁 柱 拱和基础等 构件 从钢筋混凝土的发明至二十世纪初 钢筋和混凝土的强度都比较低 主要用于建造中小型楼板 梁 柱 拱和基础等 构件 计算理论 计算理论 结构内力和构件截面计算均套用弹性 理论 采用容许应力设计方法 结构内力和构件截面计算均套用弹性 理论 采用容许应力设计方法 混凝土结构的发展 混凝土结构的发展 第二阶段 第二阶段 从二十世纪从二十世纪20年代到第二次世界大战前后 混凝土和钢筋强度的不断提高 年代到第二次世界大战前后 混凝土和钢筋强度的不断提高 1928年法国杰出的土木工程师年法。