第1章 概论.ppt

1、混凝土结构设计原理,梁兴文 史庆轩 主编,马乐为 课件制作,童岳生 主审,土木工程结构,混凝土结构 混凝土结构设计原理 混凝土结构设计 钢结构 钢结构设计原理 钢结构设计 砌体结构 砌体结构（包括原理和设计） 钢-混凝土组合结构 组合结构设计原理,第1章 概论,本章主要内容,混凝土结构的基本概念和特点 混凝土结构的应用和发展 本课程的主要内容及特点 ,混凝土结构的基本概念 混凝土结构的特点,1.1 混凝土结构的基本概念和特点,1.1.1 混凝土结构的基本概念,1. 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、预应力钢筋、钢骨、钢管等。,混凝土结构的主要类型,素

2、混凝土结构,素混凝土基础,1.1.1混凝土结构的基本概念,钢筋混凝土结构,钢筋混凝土梁,1.1.1混凝土结构的基本概念,预应力混凝土结构,预应力的概念,预应力混凝土电杆,预应力的锚具,预应力混凝土构件,1.1.1混凝土结构的基本概念,钢管混凝土结构,建国门地铁,1.1.1混凝土结构的基本概念,钢骨（型钢）混凝土结构,1.1.1混凝土结构的基本概念,FRP (Fiber Reinforced Polymer) 混凝土结构,1.1.1混凝土结构的基本概念,钢混凝土组合结构,组合楼板,钢混凝土 组合柱,1.1.1混凝土结构的基本概念,纤维混凝土,纤维混凝土井盖,1.1.1混凝土结构的基本概念,1.1

3、.1 混凝土结构的基本概念,2. 为什么会有混凝土结构？ 素混凝土梁的破坏特征 断裂，承载力很低，脆性破坏 RC混凝土梁的破坏特征 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,素混凝土柱的破坏特征 承载力和变形能力均较低，脆性破坏 RC混凝土柱的破坏特征 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（延性好）,1.1.1 混凝土结构的基本概念,钢筋与混凝土两种材料共同工作的基础 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。 钢筋与混凝土两

4、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。 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,就地取材 耐久性 耐火性 整体性 可模性 节约钢材,混凝土结构的缺点及改进,自重大： 轻质高强混凝土 抗裂性差：预应力混凝土 需用模板：钢模板，预制构件（工业化） 施工复杂：预制装配式结构,1.1.2 混凝土结构的特点,混凝土结构的应用 混凝土结构的发展,1.2 混凝土结构的应用及发展,1.2.1发展阶段,1824年，英国泥瓦匠Joseph Aspdin发明硅酸盐

5、水泥耐久性 1848年，法国人朗波J. J. Lambot 制造了第一只钢筋混凝土小船 18711875年，在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋,早期阶段（1850-1920）,第二阶段（1920-1950）,预力应混凝土的应用,第三阶段（1950-1980）,高强材料的应用，先进施工方法的应用,第四阶段（1980- ）,新结构体系在高层建筑中的应用 近代混凝土力学-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,1.2.2 应用,应用范围：建筑工程，桥梁工程，隧道与地下工程，水利 工程，特种结构，高耸结构，,混凝土结构,1.2.2 应用,世界最高建筑的前10幢,1.2.2 应用,Petr

6、onas Tower, Kuala Lumpur, Malaysia,Taipei 101, Taipei, Taiwan,Sears Tower, Chicago,Jin Mao Building, Shanghai,Two International Finance Center, Hong Kong,1.2.2 应用,Central Plaza, Hong Kong,Empire State Building, New York,Citic Plaza, Guangzhou, China,Shun Hing Square, Shenzhen, China,Bank of China (B

7、OC) Tower,1.2.2 应用,混凝土桥梁结构,1.2.2 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。,混凝土桥梁结构,1.2.2 应用,高性能混凝土(High Performance Concrete) 高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性 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,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 . 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

8、等。,1.2.3 拓展,1.2.3 拓展,活性粉未混凝土（Reactive Powder Concrete, RPC） 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。 工程化纤维增强水泥基复合材料 （Engineered Cementitious Composites，ECC） 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，抗压弹性模量较低，但受

9、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,钢与混凝土组合结构 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)。 压型钢板与混凝土组合楼板 钢与混凝土组合梁 型钢混凝土结构 钢管混凝土结构 外包钢混凝土结构,本课程的主要内容 课程特点与学习方法,1.3 本课程的主要内容及特点,1.3.1 主要内容,混凝土结构设计步骤 结构方案（构件选型、结构布置等） 计算简图，荷载计算，内力和变形分析 构件截面承载力计算，变形和裂缝宽度控

10、制 构造措施 本课程内容-后两部分混凝土结构设计原理 后继课程 前两部分-混凝土结构设计,主要内容,受弯构件 受压构件 受拉构件 受扭构件 混凝土构件的裂缝宽度与挠度 预应力混凝土构件,1.3.1 主要内容,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； 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 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。 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。,1.3.2 课程特点与学习方法,1.3.2 课程特点与学习方法,构件与结构设计是一个综合性问题 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。 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。 两种材料在强度和数量上存在一个合理的配比范围。 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，这是学习时必须注意的一个方面。,1.3.2 课程特点与学习方法,课程的实践性强，应注意对规范的理解和运