《混凝土结构基本原理》第01章

.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,第1章绪论,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,1.1混凝土结构的一般概念,1.1.1混凝土结构的定义与分类1.混凝土是由水泥、砂子、粗骨料、添加剂及水按一定比例充分拌和，并在适当的温度、湿度条件下，经一定时间养护硬化后所形成的“人工石材”。2.以混凝土为主要材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、型钢等钢材所制成的构件，称为混凝土构件；所组成的结构，称之为混凝土结构。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,3.混凝土结构的分类,混凝土结构可分为以下几类：素混凝土结构：无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土结构。钢筋混凝土结构：配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土结构。预应力混凝土结构：配置预应力钢筋和普通钢筋，再经过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土结构。型钢混凝土结构（劲性钢筋混凝土结构、钢管混凝土）：配置受力的型钢和钢筋的混凝土结构。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,素混凝土结构（PlainConcreteStructure),.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,毛石混凝土处理地基,.1章绪论,宽度b,高度h,钢筋混凝土结构,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,基础底板的钢筋绑扎,.1章绪论,下部纵筋钢筋一般通长,上部通长纵筋,上部支座非通长纵筋,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,钢筋绑扎（承台）,.1章绪论,下部纵筋钢筋一般通长,上部支座非通长纵筋,上部支座非通长纵筋,架立筋,架立筋与受力筋搭接,.1章绪论,下部纵筋,上部纵筋,箍筋,构造纵筋抗扭钢筋,拉筋,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,框架结构模板支撑情况,.1章绪论,箍筋,.1章绪论,.1章绪论,加密区箍筋：6100mm,100mm,100mm,加密区箍筋：6100mm,.1章绪论,非加密区箍筋：6200mm,200mm,200mm,箍筋,.1章绪论,上部纵筋,下部纵筋,箍筋,b,h,截面宽度,截面高度,侧面构造纵筋,.1章绪论,上部纵筋,下部纵筋,箍筋,弯起钢筋,.1章绪论,.1章绪论,江北国际机场T3A航站楼施工现场,.1章绪论,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,混凝土搅拌机混凝土搅拌站,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,混凝土运输车,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,泵送混凝土现场,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,Putzmeister（普茨迈茨特）62米混凝土输送泵车,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,国家大剧院进行混凝土浇筑,返回,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,组合式预应力混凝土刚架,预应力混凝土结构（PrestressedConcreteStructure),.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,首都机场停车楼进行预应力筋绑扎,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,张拉端盒（首都机场停车楼）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,铁皮波纹管,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,预应力筋锚具,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,西南医院科教中心楼国际会议中心（预应力结构）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,得意广场双向预应力网格梁,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,四丰桥预制节段拼装实验梁,返回,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,钢骨（型钢）混凝土结构（SteelFramedReinforcedConcreteStructure),北京兰华国际大厦,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,北京兰华国际大厦（局部）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,北京兰华国际大厦施工现场,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,北京兰华国际大厦（斜向钢骨混凝土柱施工）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,北京兰华国际大厦（梁、柱节点的构造）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,1.1.2材料基本特性与配筋的作用,1.混凝土的基本特性抗压强度高，抗拉强度低。一般抗拉强度只有抗压强度的1/81/20。破坏时具有明显的脆性性质。混凝土具有良好的抗压强度，适用于承压为主的构件，如柱和拱。另一方面，抗拉强度远低于抗压强度，故素混凝土不适用于制作完全受拉或部分截面受拉的结构构件。与钢材相比，混凝土破坏前的变形能力较小，具有明显的脆性性质。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,2.钢材的基本特性,抗拉和抗压强度都很高。软钢具有明显屈服现象，有较好的塑性；硬钢无明显屈服点，但仍具有足够的塑性。钢筋的强度远高于混凝土的强度，在混凝土结构中，充分利用钢筋抗拉强度远远高于混凝土抗拉强度的特点，将其布置在结构（构件）的受拉部位；钢筋受压时极易压屈失稳，难以发挥其抗压强度，应对受压钢筋采取特殊构造措施，以防止压屈失稳。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,3.配筋的作用,在构件的受拉区配置钢筋承受拉力，可大大提高构件的承载力和变形能力，使两种材料充分发挥各自的强度特点。b.也可以在受压区配置一定数量的钢筋来协助混凝土受压，以提高构件的承载力和变形能力，改善受压构件破坏时的脆性性质。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,4.钢筋和混凝土的共同工作,混凝土硬化后与钢筋之间有良好的粘结力。混凝土与钢材具有基本相近的温度线膨胀系数（钢材1.210-5，混凝土1.01.510-5），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发生粘结破坏。混凝土保护钢筋不易锈蚀、不易高温软化。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,1.1.3混凝土结构的优缺点,1.混凝土结构的主要优点取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，还可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。合理用材：钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能优势，与钢结构相比，可以降低造价。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护，不易锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长，能充分保证其设计强度和耐久性；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。维护费用较钢、木结构低。可模性：根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构。整体性好：整浇或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体性，有利于抗震、抵抗振动和爆炸冲击波。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,2.混凝土结构的缺点,自重较大，增大构件截面尺寸，对大跨度结构、高层建筑结构以及抗震不利，也给运输和施工吊装带来困难。增加造价。抗裂性较差，受拉和受弯等构件在正常使用时往往带裂缝工作，对一些不允许出现裂缝或对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这些要求就需要采用特殊措施。隔热、隔声性能也较差。施工周期长，受气候影响大。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,1.2混凝土结构的发展与应用概况,1.2.1混凝土结构的发展概况1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥（PortlandCement）。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。混凝土结构开始应用于土木工程距今仅160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、新的结构形式、完善的设计理论和先进的施工工艺还在不断发展。,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,1.2.2当代混凝土结构工程的应用,美国芝加哥水塔广场大厦，76层，262m，1976年建成,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,朝鲜平壤柳京饭店，105层，320m,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,上海金茂大厦，420m（RC-S结构）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,广州中信广场大厦，80层，322m（我国第一高RC）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,意大利都灵展览馆薄壁钢丝网水泥拱，跨度96m,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,南京长江二桥（钢箱梁斜拉桥+钢筋混凝土预应力连续箱梁桥）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,安徽芜湖长江大桥（矮塔部分斜拉结构）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,加拿大多伦多电视塔，549m（世界第一）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,莫斯科电视塔，533m（世界第二）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,上海东方明珠电视塔，468m（世界第三）,.1章绪论,2020年5月30日,第1章绪论,悉尼歌剧院（SydneyOperaHouse）丹麦建筑师JornUtzon的设计工期17年（原计划4年），造价1亿美元（原计划700万）,.1章绪论,1.3结构的功能与极限状态,1.3.1结构的功能要求结构设计需要满足的基本要求是：使结构在设计使用年限内，在正常使用、维护条件下，应保持其各项功能要求，而不需进行大修加固。建筑结构应满足的功能要求可概括为：安全性、适用性、耐久性。安全性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、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等所有可能的作用在偶然事件（如地震、爆炸）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严重损失。,2020年5月30日,第1章绪论,.1章绪论,b.适用性结构在正常使用期间，应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、振动，不产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度和变形。耐久性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），不会导致结构在其预定的设计使用年限内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。,2020年5月30日,第1章绪论,.1章绪论,1.3.2结构的极限状态,1.极限状态的分类(1)承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。具体包括：a)结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏)；b)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；c)结构转变为机动体系；d)结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）。一旦超过承载能力极限状态，结构或构件就不能满足安全性要求，后果严重。,2020年5月30日,第1章绪论,.1章绪论,(2)正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态，称为正常使用极限状态。具体包括：a)影响正常使用或外观的变形（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用等）；b)影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；c)影响正常使用的振动（不舒适）；d)影响正常使用的其他特定状态。一旦超过正常使用极限状态，结构或构件就不能保证适用性、耐久性的功能要求。正常使用极限状态不涉及安全性，破坏的后果不如承载能力极限状态严重。,2020年5月30日,第1章绪论,.1章绪论,1.3.3结构上的作用与材料强度,1.作用的分类(1)分类a)直接作用（荷载）如：各种荷载（重力、风力）作用仅与外部因素有关，与结构本身的力学特性无关b)间接作用如：地震、收缩、温度变化、沉降、徐变、侵蚀、冻融等不仅与外部因素有关，还与结构本身的力学特性有关,2020年5月30日,第1章绪论,.1章绪论,2.荷载的分类(1)永久荷载（permanentload，恒荷载）在设计使用期内，若：其值不随时间而变化，其变化与平均值相比可以忽略不计，其变化是单调的并能趋于确定值，则为永久荷载。如：结构自重、土压力、预应力等。,2020年5月30日,第1章绪论,.1章绪论,(2)可变荷载（活荷载）在设计使用期内：数值、作用位置随时间而变化，则为可变荷载。如：楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。(3)偶然荷载在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短。如爆炸力、冲击力等。,2020年5月30日,第1章绪论,.1章绪论,3.荷载的标准值（荷载的基本代表值）由于实际作用在结构上的荷载大小具有不确定性，应视为随机变量，原则上采用数理统计的方法描述。有足够资料且有可能对其统计分布作出合理估计时，则选取具有95%保证率的上分位荷载值，作为设计各类结构时所取用的荷载标准值，其值等于该荷载的统计平均值加1.645倍标准差。无充分统计资料时，可根据已有的工程实践经验，分析判断后协议给出一个公称值作为荷载标准值。建筑结构荷载规范GB50009有相应规定。,2020年5月30日,第1章绪论,.1章绪论,4.材料强度的标准值,对材料强度试验资料进行统计回归分析，得出材料强度概率分布曲线（混凝土和钢材强度均可看作正态分布）。材料强度的标准值应具有不小于95的保证率。由正态分布曲线可知，在fk右侧曲线与横轴包围的面积即为整个曲线包围面积的95%，于是fk的表达式为：对于混凝土：对钢材：,2