混凝土结构设计原理第一章绪论.

1、0.11.1 1.1 混凝土结构的一般概念混凝土结构的一般概念 结构的分类及本门课程的研究对象结构的分类及本门课程的研究对象结结 构：构：广义上指房屋建筑和土木工程的建筑物、广义上指房屋建筑和土木工程的建筑物、 构筑物构筑物 及其相关组成部分的实体。及其相关组成部分的实体。 狭义上指各种工程实体的承重骨架。狭义上指各种工程实体的承重骨架。建筑结构：建筑结构：由基本构件（板、梁、墙、柱、基础等），按照由基本构件（板、梁、墙、柱、基础等），按照一定的组成规则，通过正确的连接方式所组成的能承受并一定的组成规则，通过正确的连接方式所组成的能承受并传递作用的体系（骨架）。传递作用的体系（骨架）。混凝土结

2、构：混凝土结构：以混凝土为主要材料制作而成的结构。以混凝土为主要材料制作而成的结构。 研究混凝土结构和预应力混凝土结构中各种基本构研究混凝土结构和预应力混凝土结构中各种基本构件的件的强度强度、刚度刚度和和抗裂度抗裂度设计问题。设计问题。柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地下室底板（1 1）按组成材料分）按组成材料分u混凝土结构：混凝土结构： 素混凝土结构素混凝土结构（plain concrete structure） （如设备基（如设备基础、混凝土挡土墙等）础、混凝土挡土墙等） 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构（reinforced concrete structure） （如（如一般钢筋混凝土板、

3、梁、柱、剪力墙、基础等）一般钢筋混凝土板、梁、柱、剪力墙、基础等） 预应力混凝土结构预应力混凝土结构（pre-stressed concrete structure ） （如预应力板、梁、柱等）（如预应力板、梁、柱等） 纤维混凝土结构纤维混凝土结构（fiber concrete structure ） 钢管混凝土结构（钢管混凝土结构（ concrete-filled tube structure ）结构的分类结构的分类素砼结构素砼结构钢筋砼结构钢筋砼结构劲性砼结构劲性砼结构预应力砼结构预应力砼结构钢管砼结构钢管砼结构u砌体结构砌体结构u木结构（现采用较少）木结构（现采用较少）u钢结构钢结构u组

4、合结构组合结构（2 2）按应用领域分）按应用领域分u建筑结构建筑结构u桥梁桥梁结构结构u水电水电结构结构u特种特种结构结构（如烟囱、水池、水塔、筒仓、挡土墙等）（如烟囱、水池、水塔、筒仓、挡土墙等）为什么要将钢筋配置在混凝土结构中为什么要将钢筋配置在混凝土结构中素混凝土梁素混凝土梁 破坏特征：破坏特征：一裂即断，脆性一裂即断，脆性， 破坏破坏无预兆；无预兆；F Fmaxmax8kN8kN 破坏特征：破坏特征：裂不等于坏，裂不等于坏， 破坏有预兆；破坏有预兆；F Fmaxmax36kN36kN钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁由此可见，素混凝土结构中加入少量钢筋以后：由此可见，素混凝土结构中加入少量钢筋以

5、后：承载力有很大提高；承载力有很大提高；受力性能和破坏特征有明显改善。受力性能和破坏特征有明显改善。PP钢筋（加筋）钢筋（加筋） +混凝土混凝土钢筋混凝土结构（构件）钢筋混凝土结构（构件）拉压、压性能拉压、压性能均好均好抗压性能好抗压性能好利用混凝土抗压，钢筋利用混凝土抗压，钢筋受拉（亦可受压）受拉（亦可受压）-各尽其能，相得益彰各尽其能，相得益彰v 混凝土结硬后与钢筋牢固地粘结在一起，可共同受混凝土结硬后与钢筋牢固地粘结在一起，可共同受力，共同变形力，共同变形 。v 钢筋与混凝土有相近的温度线膨胀系数钢筋与混凝土有相近的温度线膨胀系数, 温度变化温度变化时，两种材料不会产生较大的相对变形而使

6、材料之时，两种材料不会产生较大的相对变形而使材料之间的粘结应力受到破坏。间的粘结应力受到破坏。 钢筋：钢筋： c=1.210-5-1 混凝土：混凝土： c=1.010-5 1.510-5-1v 混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。 注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的材料也注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的材料也可作配筋用。可作配筋用。钢筋和混凝土为什么能共同工作钢筋和混凝土为什么能共同工作混凝土结构主要的优点、缺点混凝土结构主要的优点、缺点优点优点合理用材合理用材承载力大承载力大就地取材就地取材耐久、耐火耐久、耐火可模性好可模性好整体性好、刚度大整体性好、刚度大阻隔

7、射线阻隔射线 优点多，缺点少；缺点可克服。优点多，缺点少；缺点可克服。自重大自重大 混凝土：混凝土：2425 kN/m3 粘土砖粘土砖: 1819kN/m3 杉木：杉木：4 kN/m3易开裂：带裂缝工作易开裂：带裂缝工作费工费模费工费模施工受季节性影响施工受季节性影响隔热隔声性能差隔热隔声性能差缺点缺点随着科学技术的不断发展，正逐随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服渐被克服1.2 混凝土结构的发展及应用概况混凝土结构的发展及应用概况v 1824年，英国人年，英国人J.Aspdin发明水泥；发明水泥；v 1850年，法国人年，法国人L.Lambot制成铁丝网水泥船；制成铁丝网水泥船；v 1859

8、年，转炉炼钢成功；年，转炉炼钢成功；v 1861年，法国人年，法国人J.Monier用钢丝作为配筋制作了花盆并申用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后又申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利请了专利，后又申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他仍被认为是钢筋混凝土结构的发明者；置在板的中部，他仍被认为是钢筋混凝土结构的发明者；v 1884年，德国人年，德国人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提出了钢等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理筋应配

9、置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。v 材料方面的发展：材料方面的发展：强度不断提高强度不断提高 美国美国60年代混凝土抗压强度平均值：年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年年代代 ：42N/mm2，有特殊需要时：，有特殊需要时： 40N/mm2100 N/mm2，试，试验室中：验室中： 266 N/mm2。C10 C25 C60 C80 C100 C200轻质混凝土的应用轻质混凝土的应用 容重一般为：容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为普通混凝土为24kN/m3)，加气

10、混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等碎砖混凝土等高性能混凝土（高性能混凝土（HPC，High Performance Concrete) HPC是采用现代先进的混凝土技术制作的，是以耐久是采用现代先进的混凝土技术制作的，是以耐久性作为混凝土设计的主要技术指标，同时结合不同建筑的性作为混凝土设计的主要技术指标，同时结合不同建筑的具体要求，具有高强度、高韧性、高抗渗性、易施工和经具体要求，具有高强度、高韧性、高抗渗性、易施工和经济性等。济性等。纤维混凝土（纤维混凝土（FRC，Fiber Reinforced Concrete) 钢纤维、玻璃纤维、碳

11、纤维及合成纤维等，短纤维或钢纤维、玻璃纤维、碳纤维及合成纤维等，短纤维或连续的长纤维作为混凝土的增强材料。连续的长纤维作为混凝土的增强材料。结构方面的发展结构方面的发展预应力混凝土结构的应用预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重的抗裂度，减轻构件的自重结构体系的丰富结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构及预应力混凝土结构等结构、钢与混凝土的组合结构及预应力混凝土结构等v 结构：结构：高层、大跨。如：

12、高层、大跨。如： 台北台北101，101层，层，508m, 钢结构；钢结构； 马来西亚吉隆坡石油大厦，马来西亚吉隆坡石油大厦，88层，层，452m，钢，钢-混凝土混凝土 结构；结构； 上海金茂大厦，上海金茂大厦，88层，层，421m，钢，钢-混凝土结构；混凝土结构； 香港国际金融中心，香港国际金融中心，88层，层，415m，混合结构；，混合结构； 美国亚特兰大奥运会主体育馆美国亚特兰大奥运会主体育馆240m193m， 张拉整体结构；张拉整体结构； 桥梁跨度也越来越大。如四川万县拱桥，跨度为桥梁跨度也越来越大。如四川万县拱桥，跨度为420m。 哈利法塔(迪拜塔高度为世界第一，160层828米)国

13、际金融中心国际金融中心 88层层, 415m钢钢-混凝土结构混凝土结构台北台北101101层层, 508m钢结构钢结构金茂大厦金茂大厦88层层, 421m钢钢-混凝土结构混凝土结构广州中信大厦广州中信大厦80层层, 391m钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构重庆市万县长江大桥重庆市万县长江大桥跨度为跨度为420m施工中的钢筋混凝土建筑结构施工中的钢筋混凝土桥梁结构v设计方法设计方法: 允许应允许应力设计力设计法法破坏阶破坏阶段设计段设计法法极限状极限状态设计态设计法法半经验半概率半经验半概率法法近似概率法近似概率法全概率法全概率法生命全过程设生命全过程设计法计法材料力学的方法材料力学的方法按经验法确

14、定按经验法确定安全系数安全系数BJG21-66 TJ10-74 GBJ11-89 GB50010 理论研究方面的发展理论研究方面的发展: 结构基本理论结构基本理论-如何设计一个新结构荷载的确定方法荷载的确定方法结构的力学分析：线性和非线性结构的力学分析：线性和非线性构件的承载力计算、设计方法和构造措施构件的承载力计算、设计方法和构造措施未来的方向：计算机的应用与发展，结构整未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用体空间作用分析方法的完善与应用结构基本理论结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）承载力计算承载力计算耐久性评估耐久性评估寿命预测寿命

15、预测损伤分析损伤分析加固理论加固理论结构基本理论结构基本理论-结构试验技术的完善混凝土结构的工程应用v 工程应用：工程应用：工业与民用建筑桥梁隧道矿井水利水电海港近海工程海底建筑地下建筑核电站安全壳月球表面建筑混凝土结构的应用 1.房屋工程我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构混凝土组合柱组合楼板钢柱组合梁组合桁架钢筋混凝土筒体 2.交通工程隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等3.水利工程大坝、

16、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝我国的三峡大坝高186m，装机容量1786千瓦 4.特种工程核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等1.3 学习本课程应注意的问题学习本课程应注意的问题课程内容课程内容 绪论绪论 钢筋混凝土材料的物理力学性能钢筋混凝土材料的物理力学性能 结构设计基本原则结构设计基本原则 受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算 受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算 受压构件的承载力计算受压构件的承载力计算 受拉构件的承载力计算受拉构件的承载力计算 受扭构件扭曲截

17、面的承载力计算受扭构件扭曲截面的承载力计算 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性结构的耐久性 预应力混凝土构件预应力混凝土构件材材 性性设计方法设计方法轴拉构件轴拉构件轴压构件轴压构件受弯构件受弯构件受剪构件受剪构件受扭构件受扭构件偏压、偏拉构件偏压、偏拉构件变形、裂缝及变形、裂缝及 结构的耐久性结构的耐久性预应力混凝土结构预应力混凝土结构楼盖结构楼盖结构单层厂房单层厂房 结构结构多、高层多、高层 框架结构框架结构基础基础知识知识构件构件设计设计结构设计，结构设计，后续课程后续课程结构设计原理结构设计原理=基础知识基础知识+构件设计原理与方法构件设计原理与方法学习内容学习内容 注意本课程与相关课程尤其是“材料力学”、“结构力学”课程的异同点，正确运用已有的力学知识解决实际问题； 混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上，目