混凝土结构设计原理-绪论PPT课件.ppt

1绪论Introduction 主要以混凝土材料 并根据需要配置钢筋 预应力筋 钢骨 钢管等 作为主要承重材料的结构 均可称为混凝土结构 ConcreteStructure 1 1混凝土结构的一般概念和特点 素混凝土结构 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 钢骨混凝土结构 钢管混凝土结构 纤维增强塑料混凝土 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 钢 混凝土混合结构 1 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 素混凝土结构 PlainConcrete 2 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 钢筋混凝土结构 ReinforcedConcrete 3 第1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 PrestressedConcrete 4 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 钢骨混凝土结构 SteelReinforcedConcrete EncasedConcrete 5 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 钢管混凝土结构 ConcreteFilledTube 6 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 纤维增强塑料混凝土 FiberReinforcedPlastic 7 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 钢 混凝土混合结构 CompositeStructure HybridStructure 8 混凝土 抗压强度高 而抗拉强度却很低 一般抗拉强度只有抗压强度的1 8 1 20 破坏时具有明显的脆性性质 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 因此 素混凝土构件在实际工程的应用很有限 主要用于以受压为主的基础 柱墩和一些非承重结构 9 Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2ft 1 54N mm2 ft sc ft 素混凝土梁 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1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 10 素混凝土梁试验 11 钢材 抗拉和抗压强度都很高 具有屈服现象 破坏时表现出较好的延性 但细长的钢筋受压时极易压曲 仅能作为受拉构件 而纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲 材料强度一般得不到充分地发挥 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1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 12 Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2ft 1 54N mm2fy 335N mm2 ft sc ft 钢筋混凝土梁 Pu 52 5kN fy 配置钢筋后 RC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 Py 50 0kN 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 fc 13 Pcr 9 7kN fc 13 4N mm2ft 1 54N mm2fy 335N mm2 ft sc ft 钢筋混凝土梁 Pu 52 5kN fy Py 50 0kN 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 fc 但从开裂荷载到屈服荷载 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 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 14 钢筋混凝土梁试验 15 钢筋混凝土 ReinforcedConcrete 除在构件的受拉区配筋外 还有许多其他配筋方式 可以在构件的受压区配置钢筋协助混凝土承受压力 在复杂应力区域可以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 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 钢纤维 玻璃纤维等 与混凝土一起搅拌形成的纤维混凝土 其抗拉强度可以达到提高 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 适应各种不同受力的要求 取得很好的综合经济效益 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 16 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 17 钢筋与混凝土共同工作的条件钢筋 材 和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同 他们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 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 粘结力 Bond 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 18 混凝土结构的优点 材料利用合理 钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥 结构承载力与刚度比例合适 基本无局部稳定问题 单位应力价格低 对于一般工程结构 经济指标优于钢结构 可模性好 混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸 适用于各种形状复杂的结构 如空间薄壳 箱形结构等 耐久性和耐火性较好 维护费用低 钢筋有混凝土的保护层 不易产生锈蚀 而混凝土的强度随时间而增长 混凝土是不良热导体 30mm厚混凝土保护层可耐火2小时 使钢筋不致因升温过快而丧失强度 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 19 现浇混凝土结构的整体性好 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 同时防振性和防辐射性能较好 适用于防护结构 刚度大 阻尼大 有利于结构的变形控制 易于就地取材 混凝土所用的大量砂 石 易于就地取材 近年来 已有利用工业废料来制造人工骨料 或作为水泥的外加成分 改善混凝土的性能 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 20 混凝土结构的缺点 自重大 不适用于大跨 高层结构 第1章绪论 1 1混凝土结构一般概念和特点 轻质 高强和预应力 抗裂性差 普通RC结构 在正常使用阶段往往带裂缝工作 环境较差 露天 沿海 化学侵蚀 时会影响耐久性 也限制了普通RC用于大跨结构 高强钢筋无法应用 预应力混凝土 承载力有限 在重载结构和高层建筑底部结构 构件尺寸太大 减小使用空间 高强 钢骨 钢管混凝土 施工复杂 工序多 支模 绑钢筋 浇筑 养护 工期长 施工受季节 天气的影响较大 混凝土结构一旦破坏 其修复 加固 补强比较困难 钢模 飞模 滑模等 泵送 早强 商品 高性能 免振自密实混凝土等 混凝土结构加固技术不断得到发展 如最近研究开发的采用碳纤维布加固混凝土结构技术 快速简便 21 1 2混凝土结构的发展简况及其应用 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 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大量土木工程结构中最主要的结构 而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展 第1章绪论 1 2混凝土结构的发展简况及其应用 22 第一阶段 从钢筋混凝土的发明至本世纪初 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 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 第1章绪论 1 2混凝土结构的发展简况及其应用 混凝土结构的发展 23 混凝土结构的发展 第1章绪论 1 2混凝土结构的发展简况及其应用 第二阶段 从本世纪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 1928年法国杰出的土木工程师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计算理论 前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫 开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法 50年代又提出更为合理的极限状态设计法 奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论 24 第1章绪论 1 2混凝土结构的发展简况及其应用 第三阶段 二战以后到现在随着建设速度加快 对材料性能和施工技术提出更高要求 出现装配式钢筋混凝土结构 泵送商品混凝土等工业化生产技术 高强混凝土和高强钢筋的发展 计算机的采用和先进施工机械设备的发明 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 成为现代土木工程的标志 设计计算理论 发展了以概率理论为基础的极限状态设计法 基础理论问题大都得到解决 而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题 并不断促进混凝土结构的发展 混凝土结构的发展 25 第1章绪论 1 2混凝土结构的发展简况及其应用 26 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 钢筋混凝土结构基本构件和基本理论 上册 混凝土结构设计 下册 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 27 截面的基本受力形态有 正截面受力 斜截面受剪 扭曲截面受扭 基本构件的受力往往是基本受力形态的复合 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 28 问题的复杂性 问题的综合性 问题不是单一的 解答是不唯一的 受力性能 材料的力学性能 两种材料的配比 两种材料的共同工作 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 29 学习中应注意的问题 1 构件和结构设计是一个综合性问题 设计过程包括结构方案 构件选型 材料选择 配筋构造 施工方案等 同时还需要考虑安全适用和经济合理 设计中许多数据可能有多种选择方案 因此设计结果不是唯一的 最终设计结果应经过各种方案的比较 综合考虑使用 材料 造价 施工等各项指标的可行性 才能确定较为合适的一个设计结果 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 30 学习中应注意的问题 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 2 工程项目的建设是国家的重要工作 必须依照国家颁布的法规进行 设计人员必须遵照各种结构类型的设计规范或规程进行设计 各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件 其目的是经济 安全可靠 注意在学习中 有关基本理论的应用最终都要落实到规范的具体规定 由于工程结构类型很多 不同的结构类型有不同的设计规范或规程 但混凝土结构的基本理论是一致的 应重点学好基本理论 本书上册以基本理论为主 并结合主要用于建筑结构的 混凝土结构设计规范GB500010 学习 本书下册将结合各种结构类型 介绍有关的设计方法和设计规范 31 学习中应注意的问题 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 3 设计工作是一项创造性工作 一方面在设计工作中必须按照规范进行 另一方面只有深刻理解规范的理论依据 才能更好地应用规范 充分发挥设计者的主动性和创造性 本学科还在不断的发展和更新 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发展的成果 32 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 1 3结构的功能和极限状态简述 一 结构的功能 三性 安全性Safety 如 M Mu 结构在预定的使用期间内 一般为50年 应能承受在正常施工 正常使用情况下可能出现的各种荷载 外加变形 如超静定结构的支座不均匀沉降 约束变形 如温度和收缩变形受到约束时 等的作用 在偶然事件 如地震 爆炸 发生时和发生后 结构应能保持整体稳定性 不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失 33 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 适用性Serviceability 如 f f 结构在正常使用期间 具有良好的工作性能 如不发生影响正常使用的过大的变形 挠度 侧移 振动 频率 振幅 或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度 耐久性Durability 如 wmax wmax 结构在正常使用和正常维护条件下 应具有足够的耐久性 即在各种因素的影响下 混凝土碳化 钢筋锈蚀 结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低 而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性 降低使用寿命 34 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 结构能够满足功能要求而良好地工作 则称结构是 可靠 的或 有效 的 反之 则结构为 不可靠 或 失效 区分结构 可靠 与 失效 的临界工作状态称为 极限状态 二 极限状态LimitState 35 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 二 极限状态LimitState 1 承载力能力极限状态UltimateLimitState超过该极限状态 结构就不能满足预定的安全性功能要求 结构或构件达到最大承载力 包括疲劳 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡 如倾覆 滑移 结构塑性变形过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系 超静定结构中出现足够多塑性铰 结构或构件丧失稳定 如细长受压构件的压曲失稳 36 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 2 正常使用极限状态ServiceabilityLimitState超过该极限状态 结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求 过大的变形 侧移 影响非结构构件 不安全感 不能正常使用 吊车 等 过大的裂缝 钢筋锈蚀 不安全感 漏水等 过大的振动 不舒适 其他正常使用要求 37 第1章绪论 1 3混凝土结构课程学习中应注意的问题 三 荷载和材料强度1 荷载分类 永久荷载 恒荷载 大小 方向 作用点不随时间改变的荷载为永久荷载 如自重 土压力 预应力等 可变荷载 活荷载 大小 方向或作用点随时间改变而变化的荷载为可变荷载 如楼面和屋面活载 风荷载 雪荷载 吊车荷