中南大学混凝土结构设计原理课件绪论.ppt

1、刘 澍 2011年9月,参 考 书 籍,混凝土结构设计规范GB50010-2010,JTG D62-2004、TB10002.3-2005 混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图03G101-1(GJBT-611), 中国建筑标准设计研究所出版,2003,北京. 叶列平,赵作周.混凝土结构M. 清华大学出版社,2006 沈蒲生,梁兴文，混凝土结构设计原理（第3版）,高等教育出版社,2007.11,北京. 程文瀼,王铁成,颜德姮. 混凝土结构设计原理(3rd)M. 中国建筑工业出版社, 2003.,课程的地位和任务,地位：混凝土结构设计基本原理是土木工程专业的一门主要专业基础课程。

2、主要任务：研究混凝土结构的材料性能、设计原则、构件受力性能、设计计算方法和配筋构造措施。为混凝土结构设计奠定基础。 本课程在性质上相当于钢筋混凝土的“材料力学”，但它既与材料力学有不少相似之处，又有很多不同的地方。在学习本课程时要着重从它与材料力学的不同方面来掌握混凝土结构的特点。,课程的主要内容,绪 论 第一章 钢筋混凝土的力学性能 第二章 混凝土结构基本计算原则 第三章 钢筋混凝土（Reinforced Concrete）受弯构件 正截面承载力计算 第四章 RC受弯构件斜截面承载力计算 第五章 RC受压构件承载力计算 第六章 RC受拉构件正截面承载力计算 第七章 RC受扭构件承载力计算 第

3、八章 RC受冲切构件承载力计算 第九章 RC构件裂缝宽度和变形验算 第十章 预应力混凝土（Prestressed Concrete） 构件设计 第十一章 铁路桥涵混凝土结构设计基本原理,课程的要求,掌握混凝土结构的基本理论、设计计算方法和构造原则，达到具有进行混凝土结构设计和解决工程问题的初步能力,绪 论,主要内容： 介绍混凝土结构基本概念； 钢筋与混凝土共同工作的条件； 钢筋混凝土结构的优、缺点； 混凝土结构发展简况； 学习本课程需注意的问题。,要求,掌握混凝土结构的一般概念及特点 了解钢筋混凝土结构的优缺点； 了解本课程的主要内容、要求和学习方法,绪论,1.1 混凝土结构的基本概念 1.2

4、 混凝土结构的发展简况及其工程应用 1.3本课程的特点与学习方法,1、混凝土结构定义 2、素混凝土梁和配置钢筋的梁受力性能对比 3、钢筋与混凝土合理的组合原则 4、钢筋与混凝土长期共同工作的条件 5、钢筋混凝土结构的主要优缺点。,1.1 混凝土结构的基本概念,1.1混凝土结构的基本概念,1、混凝土结构,素混凝土结构,钢筋混凝土结构 ,预应力混凝土结构 ,以砼为主要材料制作的结构,无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土结构。主要用于承受压构件，如道路表层 和刚性基础等。,根据构件的受力特征在混凝土构件的适当部位配置受力普通钢筋的混凝土结构,配置受力的预应力钢筋，再经过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土结

5、构,此外，还有新型混凝土结构，如钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete）、钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube）、钢混凝土混合结构（Composite Structure或Hybrid Structure）。,返回上级目录,1.1混凝土结构的基本概念,1、混凝土结构定义,工程结构：是指土木工程中承重的骨架，即承受和传递荷载的部分，如梁、板、柱、基础等构件。,1.1混凝土结构的基本概念,1、混凝土结构定义,返回上级目录,常见混凝土构件形式,2、素混凝土梁和配置钢筋的梁受力性能对比,a) 素砼梁,b) 钢筋砼梁,由此得出钢筋和混凝土结合的有效性：,

6、大大提高结构的承载力, 结构的受力性能得到改善,试验情况,1.1混凝土结构的基本概念,2、素混凝土梁与钢筋混凝土梁受力性能对比,返回上级目录,例：一跨度为4m，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截面尺寸200300mm，混凝土为C20。如图所示：,素砼梁 开裂荷载Pcr=8kN， 破坏荷载 Pu=8kN ， 承载力由砼抗拉强度控制 破坏形态：脆性破坏,Pcr=8KN,1.1混凝土结构的基本概念,2、素混凝土梁与钢筋混凝土梁受力性能对比,返回上级目录,b),b）钢筋砼梁 开裂荷载Pcr=8kN, 极限荷载 Pu=32kN 承载力由钢筋抗拉强度、混凝土抗压强度控制。钢筋受拉、砼受压而破坏 破坏形态：塑性

7、破坏（延性破坏）,1.1混凝土结构的基本概念,2、素混凝土梁与钢筋混凝土梁受力性能对比,返回上级目录,1）材料特点,混凝土： 抗压强度较高 抗拉强度很低（1/10压）,局限：素混凝土结构主要适用于以受压为主的构件。素砼结构的破坏是脆性的,钢材料 拉压强度均高，延性好的材料,3、钢筋与混凝土合理的组合原则,1.1混凝土结构的基本概念,3、钢筋与混凝土合理的组合原则,返回上级目录,组合的原则： 发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点； 发挥混凝土抗压强度高，而避免抗拉强度低的弱点。,2）、钢筋与混凝土合理的组合原则,不同的结构和构件中，钢筋的位置及型式不完全相同，钢筋与混凝土不是任意组合，而是根据结构构件

8、和受力特点，主要在其受拉部位布置一定型式和数量的钢筋,1.1混凝土结构的基本概念,返回上级目录,3、钢筋与混凝土合理的组合原则,图 0-2,简支梁,连续梁,1.1混凝土结构的基本概念,返回上级目录,3、钢筋与混凝土合理的组合原则,3）、钢筋的作用,配置在RC构件中的钢筋，按其作用性质，可分为五类： 1）、受力钢筋：主要配置在各类构件的受拉区以代替或帮助砼承担拉力，其次钢筋也可用来加强砼的抗压能力。它的断面面积、位置、级别由计算决定。 2）、架立钢筋：用来保证受力钢筋的设计位置不因捣制砼而有所移动。 3）、纵向构造钢筋：当构件表面较大，沿构件纵向布置的构造钢筋。抵抗温度应力、混凝土收缩徐变、与受

9、力钢筋形成钢筋笼等作用。 4）、构造箍筋：提高混凝土的受力性能、固定受力钢筋 5）、分布钢筋：将构件所受到的外力分布在较广的范围，以改善在板中受力情况，同时固定受力钢筋,1.1混凝土结构的基本概念,返回上级目录,3、钢筋与混凝土合理的组合原则,1.1混凝土结构的基本概念,返回上级目录,3、钢筋与混凝土合理的组合原则,1.钢筋和砼之间具有良好的粘结力：混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传递应力，共同变形。,2. 二者具有相近的线胀系数，不会由于温度变化产生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。,钢筋 st = 1.2 105,混凝土 ct = 1.0 1.5 105,3.砼对钢筋具有良好的

10、保护作用，呈碱性的混凝土可以保护钢筋，使钢筋混凝土结构具有较好的耐久性。,4、钢筋与混凝土长期共同工作的条件,1.1混凝土结构的基本概念,4、钢筋与混凝土长期共同工作的条件,返回上级目录,1. 就地取材，节约钢筋；,2. 耐久性好，耐火性好；,3. 可模性好，便于结构型式的实现；,4. 现浇或装配整体式结构的整体性好，刚度大。,1. 自重大 g=25kN/m3,2. 抗裂性差,轻骨料砼。,施加预应力。,优点：,缺点：,5、钢筋混凝土结构的主要优缺点,3. 施工复杂、工序多,预制构件,1.1混凝土结构的基本概念,5、钢筋混凝土结构的主要优缺点,返回上级目录,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应

11、用,一、混凝土结构发展的几个阶段 二、混凝土结构的工程应用 三、混凝土结构计算理论的发展概况,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥 1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋 混凝土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，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。,1.2 混凝土结构的发展简况及其

12、工程应用,返回上级目录,一、 混凝土结构发展的几个阶段 1.从钢筋混凝土发明至20世纪初 钢筋和混凝土的强度都比较低。C10 主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。 计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。 2.从20世纪初到第二次世界大战前后 混凝土和钢筋强度的不断提高。C20 1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度结构。 计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（.）开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算

13、理论。,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,一、 混凝土结构发展的几个阶段,返回上级目录,3.从第二次世界大以后到现在,随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。 设计计算理论：发展了以可靠度理论为基础的极限状态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。,1.2 混凝土结构的发展简况及其

14、工程应用,一、 混凝土结构发展的几个阶段,返回上级目录,材料方面 结构方面 施工技术,强度 :C50C80已列入规范.400MPa混凝土 特殊用途混凝土:超耐久性(500年)、耐热混凝土（1800）、超轻混凝土（1418KN/m3）,高度:台北101,多伦多电视塔、东方明珠、中信广场 跨度:巴黎国家工业技术中心，最长的桥 结构形式：梁板柱墙、折板、薄壁空间结构、框架、框剪、剪力墙、筒体等,模板 混凝土输送 施工工艺,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,一、 混凝土结构发展的几个阶段,返回上级目录,二、 混凝土结构的工程应用,1.房屋建筑工程 2.桥梁工程 3.特种结构与高耸结构 4.水利

15、及其他工程,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,朝鲜平壤的柳京大厦，105层，高305m，1982年开始建造，至今未完工。为目前为止最高的钢筋砼结构建筑,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,台北101 位于台北市信义区的一幢摩天大楼，楼高508米，地上101层，地下5层，是目前全球最高的摩天大楼,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,法国巴黎国家工业与技术中心，它的平面为三角形，每边跨度218m，采用仅120mm厚度的双层双曲钢筋砼薄壳结构。,1.2 混

16、凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,马来西亚双塔,高452m，钢骨混凝土结构,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,中信大厦 华南第一高楼，广州市标志性建筑物。楼高391米，80层。,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,加拿大多伦多市中心国家电视塔CN Tower(Canada National Tower) ，是世界最高的独立式建筑物。电视塔高达553.3米，建于1976年，147 层。,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回

17、上级目录,我国上海东方明珠电视塔，1991年动工建造，1994年投入使用。电视塔主体结构高350米，全塔总高度为468米。其高度居亚洲第二,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,四川万县长江大桥,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,江阴大桥是中国第一座跨径超千米的桥梁，全桥总长近。主跨桥道梁采用带风嘴的扁钢梁结构。对一缆索的垂跨比为，由镀锌高强钢丝组成，采用平行钢丝束法(法)架设。桥塔高约6，为门式钢筋混凝土结构。北边孔由多跨预应力连续刚构组成。南北引桥均为预应力混凝土梁桥，分别长和。该桥年开工，年竣

18、工。,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,福建九江溪高架桥采用跨径30米预应力砼T梁准连续刚构（即先简支后连续刚构）及跨径16米的现浇预应力砼连续空心板以及悬浇箱梁。,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,联邦大桥13公里的跨海大桥，这座桥名为联邦大桥(Confederation Bridge)，桥在加拿大,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,三峡大坝1994年12月14日正式动工，它位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距下游葛洲坝水利枢纽工程38

19、公里。工程施工总工期自1993年到2009年共17年，分三期进行，到2009年工程全部完工。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3035米，坝顶高程185米，正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，其中防洪库容221.5亿立方米，能够抵御百年一遇的特大洪水。配有26台发电机的两个电站年均发电量849亿度。航运能力将从现有的1000万吨提高到5000万吨，万吨级船队可直达重庆，同时运输成本也将降低35。,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,二、 混凝土结构的工程应用,返回上级目录,三、混凝土结构计算理论的发展概况

20、,1.混凝土结构计算理论发展概况 容许应力法 破损阶段设计法 极限状态设计法 以概率理论为基础的极限状态法,2.我国混凝土结构设计规范发展概况 解放前用欧美规范 50年代用前苏联规范 60年代编制自己的规范,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,三、 混凝土结构计算理论的发展概况,返回上级目录,1. 1966年，第一部混凝土结构设计规范（GBJ21-66）多系数表达的极限状态设计法。 2. 1974年（TJ10-74）单一安全系数表达的极限状态设计法。 3. 1984年，建筑结构设计统一标准（GBJ68-84）规定我国各种建筑结构设计统一采用以概率理论为基础的极限状态设计法编制混凝土结构设

21、计规范（GBJ10-89）（2002.12.31废止） 4. 2002年，结合国有标准建筑结构可靠度设计统一标准（GB/T50068），颁布新混凝土结构设计规范（GB500102002）（于2011年7月1日废止）。 5.2011，颁布新混凝土结构设计规范（GB50010-2010）（于2011年7月1日实施）,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,三、 混凝土结构计算理论的发展概况,返回上级目录,建筑工程方向,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004 公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ023-85 公

22、路桥涵设计通用规范 JTJ 021-89,废止,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,三、 混凝土结构计算理论的发展概况,返回上级目录,铁路桥涵设计规范 TBJ2-85 铁路部分预应力混凝土梁设计及验收规定TBJ106-91,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,废止,1.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用,三、 混凝土结构计算理论的发展概况,返回上级目录,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 TB10002.3-2005,废止,1.3本课程的特点与学习方法,1.掌握好材料的力学性能 2.钢筋混凝土既然是一种复合材料，就存在着两种材料的数量比例和

23、强度搭配问题，超过一定范围，构件的受力性能就会改变，不能正常使用。 3.钢筋混凝土材料的力学性能和构件的计算方法都是建立在试验研究基础上的，许多计算公式都是在大量试验资料的基础上用统计分析方法得出的半理论半经验公式。,1.3 本课程的特点与学习方法,4.学习本课程是为了在工程建设中进行混凝土结构的设计，它包括方案、材料选择、截面形式、配筋、构造措施等，是一门实践性很强的课程。 5.学习本课程时，要学会运用现行的混凝土结构设计规范 6.结构设计的结构不是唯一的，是一种创造性劳动。 在解决问题时，其构件选择不同截面、混凝土强度等，其结构均不相同，我们需要的是那些比较经济合理且能保证安全的结果。,1.3 本课程的特点与学习方法,本章小结,1、混凝土的最基本力学性能：抗压强度高，但抗拉强度却很低。一般混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/201/8。另一方面，混凝土破坏时具有明显的脆性性质。 2、钢材的最基本力学性能：抗拉和抗压强度都很高，且钢材一般均具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性。 3、钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢