混凝土设计原理chapter1.ppt

1、第01章：绪论,第02章：钢筋和混凝土的力学性能,第03章：轴心受力构件承载力,第04章：受弯构件正截面承载力,第05章：受弯构件斜截面承载力,More 见下页,第06章：偏心受压构件承载力,第07章：偏心受拉构件承载力,第08章：受扭构件扭曲截面承载力,第09章：钢筋混凝土构件的变形和裂缝,第10章：预应力混凝土构件,教育科学“十五” 国家规划课题 研究成果,使用教材：,普通高等教育“十五” 国家级 规划教材,第1章 绪论,第一节 混凝土结构,第二节 混凝土结构的发展历史及其工程应用,第三节 课程的主要内容和课程特点,1.1 混凝土结构,基本概念,混凝土结构是以混凝土材料为主，并根据需要配置

2、和添加钢筋、钢筋网、钢骨、钢管、预应力钢筋和各种纤维，形成的结构。,有素混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、预应力混凝土结构及纤维混凝土结构等。,钢筋混凝土结构是指在混凝土结构中配置受力的钢筋、钢筋网或钢筋骨架形成的结构。是混凝土结构中最常用的结构。,由于混凝土的抗拉性能差，在集中荷载还不大的时候，混凝土就开裂，使截面缩小，梁迅速折断。破坏时梁的变形很小，无明显预兆，属脆性破坏类型。,混凝土材料抗压性能好，但抗拉性能差，因此，素混凝土结构在工程中的使用范围有限，主要用于水利工程。,配置受拉钢筋的梁受拉区还会开裂，但裂缝出现后，拉力主要由钢筋承担，所以荷载还能继续增加很多

3、，直至钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。破坏时梁的变形很大，有明显预兆，属延性破坏类型。,配筋不仅提高了梁的承载能力，而且也提高了它的变形能力。 钢筋混凝土结构将两者结合在一起协同工作，让钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受压力，从而充分地利用了材料。,物理力学性质不同的钢筋与混凝土协同工作的条件是：,(1)钢筋与周围混凝土能变形协调，共同工作；也使钢筋在受压时不易失稳。,(2)钢筋与混凝土线膨胀系数几乎相同，钢筋1.210-5，混凝土(1.01.5) 10-5。温度变形不能使粘结力遭到破坏。,(3)钢筋外有混凝土保护层，对钢筋固定和 保护，钢筋不容易生锈，能够长期工作；火灾时，不致使钢筋软

4、化导致结构的整体倒塌。,(4)钢筋的端部，应留有一定的锚固长度，有的还要做弯钩，以保证可靠地锚固，防止钢筋受力后被拔出或产生较大的滑移。,混凝土结构的优点:,可模性好 可以浇筑成各种形状和尺寸的结构,强度价格比合理 即单位货币可购得的材料强度合理,耐火性能好 钢筋有混凝土包裹，不因升温过快软化,耐久性能好 钢筋被混凝土包裹，不易生锈 ；,适应灾害环境能力强 整体浇筑的结构整体性好；,易于就地取材 节约钢材,弱点：,如自重大，不利于抗震和建造大跨及高层结构；抗裂性差，在要求防渗漏的结构使用中受到一定限制；现场浇筑施工工序多，需养护，工期长，并受施工环境和季节气候条件限制等。,1.2 混凝土结构的

5、发展历史及其工程应用,混凝土结构的发展历史,(1)第一阶段（1850-1920）,材料特点：,钢筋和混凝土强度都非常低；,应用范围：,一些小型梁、板、柱、基础等构件；,计算方法：,计算理论尚未形成，设计沿用材料力学的容许应力方法。,(2)第二阶段（1920-1955）,材料特点：,强度不断提高，1920年发明了预应力混凝土结构 ；,应用范围：,向大中型结构发展；,计算方法：,1938年左右已开始采用按破损阶段计算构件破坏承载力，50年代，出现了按极限状态设计方法，奠定了现代钢筋混凝土结构的设计计算理论。,(3)第三阶段（1945-）,材料特点：,向高强高性能发展，新型混凝土材料的产生 ；,应用

6、范围：,向超高层建筑、大跨度桥梁、大型水利工程、海洋钻井平台、核电站等巨型土木工程发展 ；,计算方法：,设计计算理论已过渡到以概率论为基础的极限状态设计方法。三维有限元分析，开始真实模拟混凝土的非线性行为。,混凝土结构的新发展,1992年，新西兰发布了性能化的新西兰建筑规范,1996年，澳大利亚颁布了性能化的澳大利亚建筑-1996,2001年，美国发布了国际建筑性能规范,性能化方法是确定工程结构要达到的总体目标或设计性能，设计师根据性能目标的不同，设计不同的设计方案，并评估设计方案是否达到性能目标的要求。,研究性能目标,确定结构方案,预估结构最大荷载环境(作用),结构性能分析、评价,完成性能设

7、计,重新确定结构方案,修改性能目标,否,是,或,或,评价是否达到性能要求,否,混凝土结构的工程应用,房屋工程,(1)单层及多层房屋，如框架、排架结构；,(2)高层建筑，如框架结构、剪力墙结构、筒体结构、框筒结构、筒中筒结构、桁架筒结构、成束筒结构等；,(3)大跨屋盖结构，包括平面结构体系和空间结构体系。,单层厂房、多层厂房和多层建筑常采用钢筋混凝土柱、梁、屋架和基础等。,房屋建筑结构1,2. 高层建筑,框架体系,剪力墙体系,内芯和外伸体系,筒式体系,筒中筒体系,桁架筒体系,成束筒体系,混合体系,转换大梁与框支剪力墙体系,1. 单层及多层房屋,框 架,排 架,3.大跨屋盖结构,平面结构体系,空间

8、结构体系,梁式体系,框架式体系,拱式体系,薄壳结构,空间网格结构,张拉结构,组合空间结构,房屋建筑结构2,奥体中心 体育场,国家体育场,悉尼歌剧院,香港中国银行,华盛顿杜勒斯国际候机楼,罗马小体育宫,第1章 绪论,国家曲棍球场,纽约世贸中心,上海体育馆,青岛国际帆船中心,地下建筑工程,地下建筑工程，是指建造在地下或水底以下的工程建筑物。包括各种工业、交通、民用和军用的地下工程。,如矿井和巷道、铁路隧道和道路隧道、地下铁道和水底隧道、地下仓库和油库，以及各种用途的输水和其他的水工隧洞等都采用了混凝土材料。,青岛地铁青纺医院车站工程,北京地铁,江西万家寨引水洞工程,兵马俑,古代地下工程,特种工程结

9、构,是指一般工程结构之外，具有特种用途的工程结构，包括高耸结构、海洋工程结构、管道结构和容器结构等。,特种结构中的烟囱、冷却塔、水池、筒仓、料斗、料仓和储罐、塔桅结构、电视塔等也多采用了钢筋混凝土结构。,东方明珠电视塔,多伦多电视塔,中央电视发射塔,冷却塔,筒仓,烟囱,道路，是指为陆地交通运输服务，通行各种机动车、人畜力车、驮骑牲畜及行人的各种路的统称。,桥梁，是指供铁路、道路、渠道、管线、行人等跨越河流、山谷或其他交通线路时使用的建筑物。,道路和桥梁工程中，钢筋混凝土结构主要用于中小跨径桥、涵洞、挡土墙及其他中、小型构件。,澳大利亚悉尼港桥,中承式,上海南浦大桥,大峡谷拱桥,涪陵乌江大桥,赵

10、州石拱桥,拱桥,丹麦大贝尔特桥,克利夫顿大桥,悬索桥,南京长江大桥,武汉长江大桥,重庆长江大桥,九江长江大桥,重庆长江二桥,武汉长江二桥,荷兰的waal桥,法诺曼底桥,造型奇特的斜拉桥,活动桥,香港汲水水门大桥,水利工程，是指用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程，包括防洪、农田水利、水力发电、航运工程等。,水利工程的坝、水电站、拦洪坝、引水渡槽、船闸、船坞、码头、污水、港口、排灌管等均采用钢筋混凝土结构。,二滩水电站,都江堰,三峡工程,水利工程,葛州坝,侨乡龙海渡槽,葛州坝水闸,凤滩拱坝,南水北调东线,引黄济津应急调水线路,混凝土结构除了应用于一般的土木工程中外，

11、还向超高、大跨、复杂结构等方面发展。,1.3 课程的主要内容和课程特点,主要内容,“混凝土结构设计原理”课程主要讲授钢筋混凝土基本构件。,“混凝土结构设计原理”包括钢筋混凝土材料的力学性能，弯、剪、拉、压、扭等基本构件的承载力计算，变形和裂缝宽度验算以及预应力混凝土构件的计算等。,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-99),公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004),混凝土结构设计规范（GB50010-2002）,水工混凝土结构设计规范(DL/T5057-1996),港口工程混凝土结构设计规范 (JTJ267-98),(1)深入理解材料的性

12、能,钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种材料组成的复合材料，是非均匀、非连续、非弹性的材料。某些计算公式开始是通过几何、物理和平衡关系建立的。,由于混凝土材料的复杂性、离散性，混凝土结构的计算公式多数是建立在半理论半实验（或全实验）基础上的。,钢筋混凝土构件中的两种材料在强度和数量上存在一个合理的配比范围。,学习本课程应当注意的问题,(2)应当在结构体系的框架下学习基本构件,本课程主要讲解钢筋混凝土基本构件，应当了解每一种构件在结构体系的作用、受力情况。例如梁、板是受弯构件；柱、墙是压弯剪构件；雨蓬梁是弯剪扭构件。,本课程所要解决的不仅是构件的承载力和变形计算等问题，还包括构件的截面形式、材料选用及

13、配筋构造等。,混凝土结构的组成,主要承受压力的竖向承重构件，将荷 载传给基础,水平构件，将荷载传给竖向承重构件或梁等水平构件,将荷载传给柱,与地基土直接接触，并将建筑物、 构筑物以及各种设施的上部结构所承受的各种作用和自重传递到地基的结构组成部分。,竖向承重构件，将荷 载传给基础,基本构件,杆,直杆,曲杆,梁,柱,受弯、受剪、受扭,受压、受弯,拱,曲梁,受压、受弯,受弯、受剪、受扭,板,平板,曲板,板,受弯,墙,受压、受弯,拱,受压、受弯,块体,独立基础,受压、受弯,混凝土结构的基本构件,(3)实践性、综合性强,本课程与数学、力学、建材、建筑学、施工等密切相关，具有很强的实践性和综合性。要搞好钢筋混凝土结构设计，应综合运用多门专业基础课的知识，综合考虑材料、施工、经济等多种因素。因此，学习本课程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。,(4)重点与难点,重点是第4章受弯构件正截面受弯承载力和第6章偏心受压构件的承载力。,难点是保证斜截面受弯承载力的构造措施