水工钢筋混凝土结构学：00 绪论1

1、Hydraulic Reinforced Concrete Structures水工钢筋混凝土结构学本章重点混凝土结构的一般概念及分类为何要将两种材料组合使用与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁的特点？钢筋混凝土的优缺点为何钢筋和混凝土可以共同受力钢筋混凝土结构的分类 水工钢筋混凝土结构研究对象和目的 水工钢筋混凝土 水工钢筋混凝土 水利水电工程，海洋工程 由钢筋和混凝土两种材料组成共同受力的结构研究对象目的 掌握水工钢筋混凝土结构构件设计计算的基本理论和构造知识，能够独立进行水工钢筋混凝土结构和构件的设计。课程地位 建筑 含水工建筑结构骨架设备工程尺寸、形状、开间、功能、规划、环境装饰钢结构钢筋砼

2、结构木结构砌体结构混合结构水暖电通讯网络适用美观安全舒适声、光、电、生理、心理、美学等理论力学材料力学结构力学结构动力学流体电工电子通讯计算机历史沿革河海大学的水工钢筋混凝土结构课程已有60年历史。我校水工钢筋混凝土结构学的前辈何正森、陈德培、周氐、彭天明和许庆尧等都在结构教研室工作并主讲课程。二十世纪五十年代到文革前期，老一辈钢筋混凝土结构学专家成立了建筑结构教研室，开设了水工钢筋混凝土结构课程，并且主持编写了全国第一本全国统编教材钢筋混凝土结构及砖石结构。此教材由华东水利学院、大连工学院和陕西工业大学合编，我校周氐教授担任主编。文革期间，虽然受到影响，我校水工钢筋混凝土结构的教学仍得到了一

3、定的发展，还编写出版了实用性很强的水工钢筋混凝土结构的上下册。文革之后，我国建设事业不断发展，1979年由华东水利学院、大连工学院、西北农学院和清华大学合编的全国水利专业的统编教材水工钢筋混凝土结构学第一版正式出版，周氐教授担任主编。该教材在原有基础上作了很大改进，为恢复高考后水工钢筋混凝土结构的教学提供了保证。1983年由周氐教授主编了第二版，在全国有很好反应，分别于1987年和1988年先后获得了水利电力部优秀教材一等奖和教育部优秀教材奖。1993年我校水工钢筋混凝土结构被批准为江苏省一类优秀课程。1996年四校合编的第三版教材出版，由我校刘瑞教授主编，反映了我国水工钢筋混凝土结构的新发展

4、，于1998年获江苏省教学质量一等奖。2009年，第四版教材出版，由我校汪基伟教授主编。此书同时反映了新版水口规范和电口规范的内容和特点。历史沿革参考书目参考书目参考书目混凝土结构的一般概念 以混凝土为主要材料，并根据需要配置普通钢筋、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(Concrete Structure)。素混凝土结构钢管混凝土结构钢筋混凝土结构纤维混凝土结构预应力混凝土结构钢混凝土混合结构钢骨混凝土结构混凝土结构的一般概念素混凝土结构(Plain Concrete)混凝土结构的一般概念钢筋混凝土结构(Reinforced Concrete)混凝土结构的一般

5、概念预应力混凝土结构(Prestressed Concrete)预应力空心板混凝土结构的一般概念钢骨混凝土结构(Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete)混凝土结构的一般概念钢管混凝土结构(Concrete Filled Tube)巫山长江大桥特大跨（460m）钢管混凝土拱桥混凝土结构的一般概念纤维混凝土(Fiber Reinforced Concrete)聚丙烯纤维钢丝端钩型波浪型钢丝压痕螺纹型扭曲型混凝土结构的一般概念钢-混凝土混合结构(Composite Structure) (Hybrid Structure)钢筋混凝土混凝土： 抗压强度

6、高，而抗拉强度却很低。 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。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。钢筋混凝土Pcr = 9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2 ftsc= ft2500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，远未达到砼的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。sc= ft ft钢筋混凝土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。纯钢构件的承载力也往往取决于钢材的压曲

7、，材料强度一般得不到充分地发挥。钢筋混凝土 为何需要用钢筋和混凝土两种材料共同受力？ 混凝土材料抗压性能较强但抗拉能力很弱，使得素混凝土结构的应用受到限制。所以，将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，以混凝土承担压力，以钢筋承担拉力，可以充分利用钢筋和混凝土这两种材料的力学性能。 fcsc= ft钢筋混凝土钢筋混凝土梁Pcr = 9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm21503002500Pu 52.5kN2b16 fyPy 50.0kN sc ftsc= ft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

8、利用，且破坏过程有明显预兆。 ft钢筋混凝土钢筋混凝土梁Pcr = 9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm21503002500Pu 52.5kN2b16 fyPy 50.0kN fc从开裂荷载到屈服荷载，有很长带裂缝工作过程；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，使得钢筋砼梁不能应用于大跨度结构。如何解决？钢筋混凝土钢筋砼Reinforced Concrete（缩写RC）除在受拉区配筋外，还有其他配筋方式；可在受压区配钢筋协助砼承受压力；在复杂应力区域（如梁在受剪区段、受扭构件等），可配箍筋或纵横交错的钢筋；当构件受力很大时，

9、可直接配钢骨；可用箍筋约束砼提高砼的抗压强度，甚至直接采用钢管；采用纤维（钢纤维、玻璃纤维等）与砼一起搅拌形成的纤维砼，其抗拉强度可提高。两种（或两种以上）材料的有机组合，充分发挥各自的长处，可创造出多种形式的复合材料，适应各种不同受力的要求，取得很好的综合经济效益受压构件中配置受压钢筋受扭构件配筋螺旋箍筋约束砼梁中配置箍筋钢筋混凝土钢筋混凝土常见配筋方式钢筋混凝土 为何钢筋和混凝土可以共同受力？ 良好的粘结力 牢固结成整体，具有相同变形而共同工作，不致产生相对滑动。 温度膨胀系数接近（钢材为1.210-5，砼为(1.01.5)10-5） 温度变化时，不致产生相对的温度变形而破坏二者间的结合。

10、 砼保护层防止钢筋生锈，提高耐久性，增加粘结力。钢筋（材）和砼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：钢筋混凝土 钢筋混凝土的优点充分利用两种材料的力学性能 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。耐久性好 钢筋有砼保护层，不易产生锈蚀，且混凝土强度随时间有所增长。整体性好 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。钢筋混凝土耐火性好 混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2

11、小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度就地取材 砼所用砂、石，易于就地取材。近年有用工业废料制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善砼的性能。节约钢材 钢筋和砼的材料强度得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，单位应力价格低，经济指标优于钢结构。 钢筋混凝土的优点钢筋混凝土 钢筋混凝土的缺点自重大 不适用于大跨、高层结构。轻质、高强和预应力施工复杂 工序多（绑钢筋、支模、浇筑、养护），消耗木料多，工期长，施工受季节、天气影响大。钢模、滑模等；泵送、早强、商品、高性能砼等抗裂性差 普通RC结构，在正常使用阶段带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时影响耐久性；限制了普通RC用于大跨结构，高强

12、钢筋无法应用。修补和加固比较困难 砼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砼结构技术，快速简便。钢筋混凝土的应用上海金茂大厦，88层，382m广东国际大厦，63层，建筑高度200.18米，20世纪90年代初国内最高的钢筋砼结构，也是世界上最高的无粘结预应力砼平板楼盖的超高层建筑。钢筋混凝土的应用三峡大坝钢筋混凝土的应用奚落度拱坝黄河小浪底工程钢筋混凝土的应用二 滩 雄 姿钢筋混凝土的应用葛 洲 坝 船 闸钢筋混凝土的应用毛里塔尼亚友谊港钢筋混凝土的应用天津港大沽灯塔钢筋混凝土的应用美国密执安州的麦基那克海峡大桥钢筋混凝土的应用地中海及欧洲文明博物馆 混凝土家具钢筋混凝土结构

13、的分类 按受力状态和外形： 杆件系统（拉压弯扭构件）和非杆件系统（空间薄壁、大体积） 按制造方法： 整体式、装配式和整体装配式 按初始应力状态： 普通钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构发展迅速，应用广泛应用：楼房，大坝，桥梁，核电站安全壳和压力容器，海上采油平台、贮气罐和贮油罐等发展：计算理论方面，材料研究方面，结构和施工方面钢筋混凝土结构的发展1824年英国人阿斯普丁(Joseph Aspdin)发明硅酸盐水泥；1848年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只铁丝砼小船；1875年沃德(W.E. Ward)在纽约建造第一所钢筋砼房屋；1928年法国杰出的土

14、木工程师弗列西涅(E.Freyssnet)发明了预应力混凝土RC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，钢筋砼结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前砼结构已成为大量土木水利工程结构中最主要的结构，而且高性能砼和新型砼结构形式还在不断发展，应用范围不断扩大，从工业与民用建筑、交通设施、水利水电建筑、基础工程扩大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核安全壳等领域。钢筋混凝土结构的发展混凝土结构的发展,大体上可以分为三个阶段: 第一阶段是从钢筋混凝土发明至20世纪初。这一阶段 ，所采用的钢筋和混凝土的强度都比较低， 主要用来建造中小型楼板、梁、 拱和基础等构件。计算理论套用

15、弹性理论，设计方法采用容许应力法。 第二阶段是从20世纪初到第二次世界大战前后。这一阶段钢筋和混凝土的强度有所提高， 预应力混凝土结构的发明和应用,使钢筋混凝土被用来建造大跨度的空间结构。混凝土结构的试验研究开始进行,在计算理论上已开始考虑材料的塑性，已开始按破损阶段计算结构的破坏承载力。 第三阶段是从第二次世界大战以后到现在。这一阶段的特点是随着高强钢筋和高强混凝土的出现， 预制装配式混凝土结构、高效预应力混凝土结构、泵送商品混凝土以及各种新的施工技术等广泛地应用于各种土木工程,如超高层建筑、大跨度桥梁、跨海隧道、高耸结构等。在计算理论上已过渡到充分考虑混凝土和钢筋塑性的极限状态设计理论，在

16、设计方法上已过渡到以概率论为基础的多系数表达的设计公式。德国学者1886年发表了计算理论和计算方法，1887年又发表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受拉区的概念和板的计算方法。在此之后，钢筋混凝土的推广应用才有了较快的发展。1891年1894年，欧洲各国的研究者发表了一些理论和试验研究结果。但是在18501900年的整整50年内，由于工程师们将钢筋混凝土的施工和设计方法视为商业机密，因此总的来说公开发表的研究成果不多。美国学者1850年进行过钢筋混凝土梁的试验，但其研究成果直到年才1877发表并为人所知。19世纪70年代有学者曾使用过某些形式的钢筋混凝土，并且于1884年第一次使用变形（扭转）

17、钢筋并形成专利。1890年在旧金山建造了一幢两层高、312英尺（95m）长的钢筋混凝土美术馆。从此以后，钢筋混凝土在美国获得了迅速的发展。从20世纪30年代开始，从材料性能的改善，结构形式的多样化，施工方法的革新，计算理论和设计方法的完善等多方面开展了大量的研究工作，工程应用十分普遍，使钢筋混凝土结构进入了现代化阶段。 钢筋混凝土结构计算理论的发展钢筋混凝土结构计算理论的发展第一阶段结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计法。第二阶段考虑砼塑性性能的破损阶段设计法，。第三阶段50年代提出极限状态设计法，之后又发展了以概率理论为基础的极限状态设计法。新型砼材料及其复合结构形式的出现

18、又不断提出新的课题，不断促进砼结构的发展。（1）混凝土材料强度大幅提高在20世纪30年代混凝土平均强度约为10MPa，到20世纪50年代初已提高到20 MPa，20世纪60年代约为30 MPa，20世纪70年代初已提高到40 MPa。到20世纪80年代初，在发达国家C60级混凝土已经普遍采用。 近年来国内外采用附加减水剂的方法已制成强度为200 MPa以上的混凝土。高强混凝土的出现更加扩大了混凝土结构的应用范围，为钢筋混凝土的防护工程、压力容器、海洋工程等领域的应用创造了条件。（2）轻质混凝土的研究与应用从20世纪60年代以来，轻骨料（陶粒、浮石等）混凝土和多孔（主要是加气）混凝土得到迅速发展，其重度为1418KN/m3。钢筋混凝土结构材料的发展钢筋混凝土结构材料的发展第一阶段钢筋和砼的强度较低，主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。第二阶段砼和钢筋强度提高，1928年发明了预应力砼，使得砼结构可以用来建造大跨度。第三阶段材料向高强、轻质、耐久和高性能发展。建造了高坝、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，成为现代土木水利工程的标志。钢筋混凝土结构 如何才能学好水工钢筋混凝土结构学？ 以材料