01-绪论大连理工

第一编钢筋混凝土结构 主讲教师 王吉忠土木水利学院结构研究所 2 依托教材 混凝土结构 上册 混凝土结构设计原理 东南大学 天津大学 同济大学合编 2005年1月第三版 参考教材 1 钢筋混凝土结构 罗向荣主编 高等教育出版社 20032 钢筋混凝土结构 宋玉普 王清湘编著 机械工业出版社 20033 混凝土结构设计原理 2版 沈蒲生主编 高等教育出版社 20054 混凝土结构 上册 叶列平编著 清华大学出版社 2005 3 4 钢筋 混凝土结构 Reinforced ConcreteStructure简称RCStructure 钢筋混凝土结构 由钢筋和混凝土两种材料组成 共同受力的结构 简支梁 绪论 简支平板 绪论 单层工业厂房边柱 杯形基础 绪论 两层单跨框架 绪论 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 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 绪论 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 绪论 但细长的钢筋受压时极易压曲 仅能作为受拉构件 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 绪论 Pcr 9 7kN fck 13 4N mm2ftk 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 绪论 Pcr 9 7kN fck 13 4N mm2ftk 1 54N mm2fyk 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 fc 绪论 在素混凝土结构中配置钢筋 结构性能发生怎样变化 绪论 直径为16 结构的承载能力有很大提高 结构的受力特性得到显著改善 脆性破坏延性破坏 混凝土抗压能力强 在结构中承担压力 钢筋 在结构中承担拉力 所以钢筋混凝土结构能比较充分地利用两种材料的力学性能 绪论 素混凝土梁试验 绪论 钢筋混凝土梁试验 绪论 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 如梁的受剪区段 受扭构件 节点区 剪力墙等 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 绪论 绪论 混凝土结硬后 能与钢筋牢固地粘结 互相传递应力 共同变形 两者间的粘结力是共同工作的基础 钢筋和混凝土具有相近的温度线膨胀系数 钢材为1 2 10 5 混凝土为 1 0 1 5 10 5 当温度变化时 两者间不致产生过大的相对变形而破坏它们的粘结 混凝土提供的碱性环境可以保护钢筋免遭锈蚀 为什么钢筋与混凝土能够共同工作呢 绪论 钢筋混凝土结构的优点 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形状和尺寸 适用于各种形状复杂的结构 如空间薄壳 箱形结构等 绪论 钢筋混凝土结构的优点 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 绪论 钢筋混凝土结构的优点 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 5 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 绪论 钢筋混凝土结构的缺点 自重大 不适用于大跨 高层结构 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 绪论 钢筋混凝土结构的缺点 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 绪论 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 钢模 泵送 早强 商品 高性能 免振自密实混凝土等 钢筋混凝土结构的缺点 混凝土结构一旦破坏 其修复 加固 补强比较困难 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 绪论 不同时期世界最高100栋建筑的结构材料 世界高层建筑与城市住宅委员会1998年发布 绪论 我国几栋高层建筑施工工期的比较 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年在纽约建造第一栋钢筋混凝土房屋 绪论 混凝土结构的发展简况及其应用与砖石结构 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 绪论 第一阶段 从钢筋混凝土的发明至20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 钢筋混凝土结构的发展 绪论 钢筋混凝土结构的发展 第二阶段 从20世纪20年代到第二次世界大战前后混凝土和钢筋强度不断提高 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结构 绪论 第三阶段 二战以后到现在随着建设速度加快 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 钢筋混凝土结构的发展 绪论 在土木工程中的应用 水利水电 水运工程 平板坝 水电站厂房 水闸 渡槽等 工业与民用建筑及交通运输 厂房 高楼 桥梁等 地下工程 海洋工程及特殊工程 海上采油平台 核电站安全壳和压力容器等 绪论 上海环球金融中心 上海环球金融中心 南昆铁路清水河大桥 三峡大坝 雷州青年运河东海河大渡槽 悉尼歌剧院 加拿大多伦多电视塔 钢筋混凝土结构的分类 按结构的受力状态和构造外形分 1 杆件系统 本课程主要学习内容 受弯构件 受压构件 受拉构件 受扭构件 2 非杆件系统空间薄壁结构 大体积结构 绪论 钢筋混凝土结构基本构件 绪论 按结构的制造方法分为 整体式 现场支模 绑扎钢筋 浇注混凝土而成 整体性好 刚度大 工期长 耗费木材多 装配式 在预制场制作构件 运往工地装配而成 施工进度快 构件质量高 模板可重复使用 接头构造复杂 整体性差 抗渗及抗震不利 并需要起重安装设备 绪论 3 整体装配式 一部分预制 一部分现浇而成 预制部分可作为现浇部分的模板和支架 较整体式有较高的工业化程度 较装配式有较好的整体性 绪论 按结构的制造方法分为 按结构的初始应力状态分为 普通钢筋混凝土结构预应力混凝土结构 绪论 学习本课程的目的 钢筋混凝土结构是土木工程中最基本的结构形式 也是土木工程专业中最为重要的技术基础课程 学习本课程的目的是 掌握钢筋混凝土结构构件设计计算的基本理论和构造知识 为学习有关专业课程和顺利地从事钢筋混凝土建筑物的结构设计打下牢固的基础 绪论 学习本课程需要注意的问题 本课程是研究钢筋混凝土这一具体材料的力学理论课程 因为研究的不是理想弹性材料 与研究弹性体的 材料力学 就有很大的不同 在学习时应注意它们的异同点 绪论 学习本课程需要注意的问题 钢筋混凝土结构的计算公式常常是在大量试验基础上与理论分析相结合建立起来的 学习时应注意每一理论的适用范围和条件 避免盲目地生搬硬套 在实际工程设计中正确运用这些理论和公式 绪论 学习本课程需要注意的问题 构造规定是长期科学实验