[教材]混凝土结构设计原理(新规范1章概论

1、土木工程结构n混凝土结构n 混凝土结构设计原理n 混凝土结构设计n钢结构n 钢结构设计原理n 钢结构设计n砌体结构n 砌体结构（包括原理和设计）n钢-混凝土组合结构n 组合结构设计原理本章主要内本章主要内容容混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 混凝土结构的应用和发展混凝土结构的应用和发展 本课程的主要内容及特点本课程的主要内容及特点 混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念 混凝土结构的特点混凝土结构的特点1.1.1 混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念1. 混凝土结构的定义及类型混凝土结构的定义及类型 以混凝土为主要材料制成的结构，并可以根据需要配置钢筋、预应以混凝土为

2、主要材料制成的结构，并可以根据需要配置钢筋、预应力钢筋、钢骨、钢管等。力钢筋、钢骨、钢管等。 混凝土结构的主要类型混凝土结构的主要类型混凝土结构的主要类型混凝土结构的主要类型素混凝土素混凝土钢筋钢筋混凝土混凝土 预应力预应力混凝土混凝土钢管钢管混凝土混凝土钢骨钢骨混凝土混凝土钢钢-混凝土混凝土组合结构组合结构frp混凝混凝土土纤维纤维混凝土混凝土 素混凝土结构素混凝土结构素混凝土基础素混凝土基础1.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁1.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念 预应力混凝土结构预应力混凝土结构预应力的概念预

3、应力的概念预应力混凝土电预应力混凝土电杆杆预应力的锚预应力的锚具具预应力混凝土构件预应力混凝土构件1.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念 钢管混凝土结构钢管混凝土结构建国门地铁建国门地铁1.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念 钢骨（型钢）混凝土结构钢骨（型钢）混凝土结构1.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念 frp (fiber reinforced polymer) 混凝土结构混凝土结构1.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念 钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构组合楼板组合楼板钢混凝钢混凝土土组合柱组合柱1.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基

4、本概念 纤维混凝土纤维混凝土冷轧带钢剪切型冷轧带钢剪切型钢纤维钢纤维 生生态态合合成成纤纤维维合成纤维合成纤维纤维混凝土井盖纤维混凝土井盖1.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念1.1.1 混凝土结构的基本概念n 2. 为什么会有混凝土结构？n素混凝土梁的破坏特征n 断裂，承载力很低，脆性破坏nrc混凝土梁的破坏特征n 受拉钢筋先屈服，受压区混凝土最后被压坏，承载力较高，延性破坏1.1.1 混凝土结构的基本概念n素混凝土柱的破坏特征n 承载力和变形能力均较低，脆性破坏nrc混凝土柱的破坏特征n 承载力和变形能力均较高，延性破坏重要概念：优良结构应满足两个条件，承载力高，变形能力好（延

5、性好）重要概念：优良结构应满足两个条件，承载力高，变形能力好（延性好）1.1.1 混凝土结构的基本概念n钢筋与混凝土两种材料共同工作的基础n钢筋与混凝土之间存在着粘结力，使两者能协调变形，共同工作。粘结力是这两种不同性质的材料能够共同工作的基础。n钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数很接近。钢材料为1.210-5，混凝土为（1.01.5）10-5。使两者间的粘结力遭到破坏。n混凝土对钢筋起到了保护和固定作用，使钢筋不容易发生锈蚀和直接遭受火烧，提高了结构的耐久性和耐火性。 混凝土结构的优点混凝土结构的优点 就地取材就地取材 耐久性耐久性 耐火性耐火性 整体性整体性 可模性可模性 节约钢材节约钢

6、材 混凝土结构的缺点及改进混凝土结构的缺点及改进 自重大：自重大： 轻质高强混凝土轻质高强混凝土 抗裂性差：预应力混凝土抗裂性差：预应力混凝土 需用模板：钢模板，预制构件（工业化）需用模板：钢模板，预制构件（工业化） 施工复杂：预制装配式结构施工复杂：预制装配式结构1.1.2 混凝土结构的特点混凝土结构的特点 混凝土结构的应用混凝土结构的应用 混凝土结构的发展混凝土结构的发展1.2.1发展阶段发展阶段1824年，英国泥瓦匠年，英国泥瓦匠joseph aspdin发明硅酸盐水泥耐久性发明硅酸盐水泥耐久性 1848年，法国人朗波年，法国人朗波j. j. lambot 制制造了第一只钢筋混凝土小船造

7、了第一只钢筋混凝土小船18711875年，在纽约建造第一所钢年，在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋筋混凝土房屋 早期阶段（早期阶段（1850-1920） 第二阶段（第二阶段（1920-1950）预力应混凝土的应用预力应混凝土的应用 第三阶段（第三阶段（1950-1980）高强材料的应用，先进施工方法的应用高强材料的应用，先进施工方法的应用 第四阶段（第四阶段（1980- ）新结构体系在高层建筑中的应用新结构体系在高层建筑中的应用近代混凝土力学近代混凝土力学-混凝土结构非线性分析混凝土结构非线性分析以概率理论为基础的极限状态设计方法以概率理论为基础的极限状态设计方法1.2.2 应用应用应用范围：建筑

8、工程，桥梁工程，隧道与地下工程，水利应用范围：建筑工程，桥梁工程，隧道与地下工程，水利 工程，特工程，特种结构，高耸结构，种结构，高耸结构， 混凝土结构混凝土结构朝鲜柳京大厦朝鲜柳京大厦香港中央广场大厦香港中央广场大厦广东国际大厦广东国际大厦65s, 200m底层柱底层柱1.82.2m1.2.2 应用应用rankbuilding, citybuilding, cityyearyear1.taipei 101, taipei, taiwan2004101508steel2.petronas tower 1, kuala lumpur, malaysia199888452mixed3.petron

9、as tower 2, kuala lumpur, malaysia199888452mixed4.sears tower, chicago1974110442steel5.jin mao building, shanghai 199988421mixed6.two international finance center, hong kong200388412mixed7.citic plaza, guangzhou, china199680391mixed8.shun hing square, shenzhen, china199669384mixed9.empire state buil

10、ding, new york1931102381mixed10.central plaza, hong kong199278374mixed 世界最高建筑的前世界最高建筑的前10幢幢1.2.2 应用应用petronas tower, kuala lumpur, malaysiataipei 101, taipei, taiwansears tower, chicagojin mao building, shanghai two international finance center, hong kong1.2.2 应用应用central plaza, hong kongempire stat

11、e building, new yorkcitic plaza, guangzhou, chinashun hing square, shenzhen, chinabank of china (boc) tower 1.2.2 应用应用 混凝土桥梁结构混凝土桥梁结构1.2.2 应用应用六库怒江桥是当时国内跨度最大的预应力混凝土连续梁桥。六库怒江桥是当时国内跨度最大的预应力混凝土连续梁桥。 混凝土桥梁结构混凝土桥梁结构1.2.2 应用应用 高性能混凝土高性能混凝土(high performance concrete) 高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性 纤维

12、增强混凝土（纤维增强混凝土（fibre reinforced concrete） 在普通混凝土中掺入适当的各种纤维材料而形成在普通混凝土中掺入适当的各种纤维材料而形成,其抗拉、抗剪、抗折强度其抗拉、抗剪、抗折强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震和抗爆等性能均有较大提高和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震和抗爆等性能均有较大提高 . 纤维材料有钢纤维、合成纤维、玻璃纤维和碳纤维等纤维材料有钢纤维、合成纤维、玻璃纤维和碳纤维等, 碳纤维具有轻质、高碳纤维具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，已广泛用于建筑、桥梁结构的加固补强以及机场飞机跑道强、耐腐蚀等优点，已广泛用于建筑、桥梁结构的加固补强以及机场飞机跑道工程等。工

13、程等。 1.2.3 拓展拓展1.2.3 拓展n活性粉未混凝土（reactive powder concrete, rpc） n 由骨料（级配良好的石英砂）、水泥、硅粉、高效减水剂以及一定量的纤维（如钢纤维等）等组成,是一种超高强度、超高韧性和高耐久性的超高性能混凝土,比普通混凝土和现有的高性能混凝土有质的飞跃。n n工程化纤维增强水泥基复合材料n （engineered cementitious composites，ecc） n ecc具有类似于金属材料的拉伸强化现象，其极限拉应变可达到56%，与钢材的塑性变形能力几乎相近，是具有像金属一样变形的混凝土材料。ecc的抗压强度类似于混凝土，抗压

14、弹性模量较低，但受压变形能力比普通混凝土大很多；其耐火性和耐久性也超过普通混凝土。1.2.3 拓展n钢与混凝土组合结构n 用型钢或钢板焊（或冷压）成钢截面, 再将其埋置于混凝土中，使混凝土与型钢形成整体共同受力，称为钢与混凝土组合结构，简称src (steel reinforced concrete)。 n n 压型钢板与混凝土组合楼板n 钢与混凝土组合梁n 型钢混凝土结构n 钢管混凝土结构n 外包钢混凝土结构 本课程的主要内容本课程的主要内容 课程特点与学习方法课程特点与学习方法1.3.1 主要内容n结构设计步骤n 结构方案（构件选型、结构布置等）n n 计算简图，荷载计算，内力和变形分析

15、n n 构件截面承载力计算，变形和裂缝宽度控制n n 构造措施n本课程内容-后两部分混凝土结构设计原理n后继课程n 前两部分-混凝土结构设计 主要内容主要内容 受弯构件受弯构件 受压构件受压构件 受拉构件受拉构件 受扭构件受扭构件 混凝土构件的裂缝宽度与挠度混凝土构件的裂缝宽度与挠度 预应力混凝土构件预应力混凝土构件1.3.1 主要内容主要内容应注意钢筋与混凝土两种材料自身的特点应注意钢筋与混凝土两种材料自身的特点 材料力学公式不能直接计算混凝土构件的承载力和变形；材料力学公式不能直接计算混凝土构件的承载力和变形； 可用平衡条件、物理条件和几何条件建立基本方程，在具体应用时应注可用平衡条件、物

16、理条件和几何条件建立基本方程，在具体应用时应注意钢筋混凝土性能上的特点。意钢筋混凝土性能上的特点。计算方法是建立在理论研究与试验研究基础之上计算方法是建立在理论研究与试验研究基础之上 根据构件受力性能试验，研究其破坏机理和受力性能，建立物理和数学根据构件受力性能试验，研究其破坏机理和受力性能，建立物理和数学模型，并根据试验数据拟合出半理论半经验公式。模型，并根据试验数据拟合出半理论半经验公式。 学习时一定要深刻理解构件的破坏机理和受力性能，特别要注意构件计算学习时一定要深刻理解构件的破坏机理和受力性能，特别要注意构件计算方法的适用条件。方法的适用条件。1.3.2 课程特点与学习方法课程特点与学习方法1.3.2 课程特点与学习方法n构件与结构设计是一个综合性问题n 构件的承载力和变形计算，构件的截面形式、材料选用及配筋构造等。n 学习时要注意学会对多种因素进行综合分析，培养综合分析判断能力。n两种材料在强度和数量上存在一个合理的配比范围。n 如果钢筋和混凝土在面积上的比例及材料强度的搭配超过了这个范围，就会引起构件受力性能的改变，从而引起构件截面设计方法的改变