混凝土结构设计原理课件

混凝土结构设计原理混凝土结构的组成混凝土结构的组成柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地下室底板本章要点：本章要点：1.混凝土结构的定义和分类混凝土结构的定义和分类2.配筋的作用与原则配筋的作用与原则3.钢筋与混凝土能够协同工作的条件钢筋与混凝土能够协同工作的条件4.钢筋混凝土结构的特点钢筋混凝土结构的特点5.混凝土结构的发展与应用概况混凝土结构的发展与应用概况5.本课程的学习方法本课程的学习方法第 一 章 绪 论混凝土结构混凝土结构素混凝土结构素混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构：根据构件的受力特征，在混凝根据构件的受力特征，在混凝土构件的适当部分配置钢筋。土构件的适当部分配置钢筋。1 1 混凝土结构的定义和分类混凝土结构的定义和分类例：例：一跨度为一跨度为4m，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截跨中作用集中荷载的简支梁，梁截面尺寸面尺寸200300mm，混凝土为混凝土为C20。如图所示：如图所示：4000AAFa)200300AAb)4000BBBB200300210316现将素混凝土梁和配置钢筋的梁进行荷载试验：现将素混凝土梁和配置钢筋的梁进行荷载试验：a)素砼梁素砼梁 极限荷载极限荷载 P=8kN 由砼抗拉强度控制由砼抗拉强度控制 破坏形态：脆性破坏形态：脆性b)钢筋砼梁钢筋砼梁 极限荷载极限荷载 P=36kN 由钢筋受拉、砼由钢筋受拉、砼受压而破坏受压而破坏 破坏形态：延性破坏形态：延性由此得出钢筋和混凝土结合的有效性：由此得出钢筋和混凝土结合的有效性：大大提高结构的承载力大大提高结构的承载力 结构的受力性能得到改善结构的受力性能得到改善PP 钢筋钢筋+混凝土混凝土钢筋混凝土结构（构件）钢筋混凝土结构（构件）拉压性能均好拉压性能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，相得益彰钢筋混凝土结构不是钢筋和混凝土之间的钢筋混凝土结构不是钢筋和混凝土之间的任意组合。任意组合。其组合的原则：发挥钢筋抗拉、抗压强度其组合的原则：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。拉强度低的弱点。2 配筋的作用与原则配筋的作用与原则板PPPPee柱简支梁PPPP连续梁1.混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传递应力。递应力。2.二者具有相近的温度线膨胀系数，不会由于温度变二者具有相近的温度线膨胀系数，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。化产生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。钢筋钢筋 st=1.2 105混凝土混凝土 ct=（1.0 1.5）1053.呈碱性的混凝土可以保护钢筋，使钢筋混凝土结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。构具有较好的耐久性。3 3 钢筋与混凝土长期共同工作的条件钢筋与混凝土长期共同工作的条件 1.就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；2.耐久性好，耐火性好；耐久性好，耐火性好；3.可模性好，便于结构型式的实现；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，现浇或装配整体式结构的整体性好，刚度大。刚度大。1.自重大自重大 =25kN/m32.抗裂性差抗裂性差轻骨料砼轻骨料砼施加预应力施加预应力优点：优点：缺点：缺点：4 4 钢筋混凝土结构的主要优缺点钢筋混凝土结构的主要优缺点 5 混凝土结构的发展与应用概况v1824年英国人阿斯普丁年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。发明硅酸盐水泥。v1849年法国人朗波年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混制造了第一只钢筋混凝土小船。凝土小船。v 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。v混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。多年。v与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且最为广泛结构，而且高性能混凝土高性能混凝土和和新型混凝土结构新型混凝土结构形式还在不断发展。形式还在不断发展。第一阶段：第一阶段：从钢筋混凝土的发明至上世纪初从钢筋混凝土的发明至上世纪初。钢筋和混凝土的强度都比较低。钢筋和混凝土的强度都比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性计算理论：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。理论，采用容许应力设计方法。混凝土结构的发展第二阶段：第二阶段：从上世纪从上世纪20年代到第二次世界大战前后年代到第二次世界大战前后。混凝土和钢筋强度的不断提高。混凝土和钢筋强度的不断提高。1928年法国杰出的土木工程师年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应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力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫计算理论：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，开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋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理论。混凝土结构的基本计算理论。第三阶段：第三阶段：二战以后到现在二战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。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。为现代土木工程的标志。设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计计算理论：发展了以概率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，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。并不断促进混凝土结构的发展。混凝土结构的实际应用混凝土结构的实际应用 1.房屋工程房屋工程我国超过我国超过100m高的高层建筑中高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构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.交通工程交通工程隧道、桥梁、高速公路、城隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如混凝土结构。如1994年建成年建成的上海内环线浦西段高架公的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成的地铁一号线、延安年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道东路隧道、英吉利海峡隧道等等 3.水利工程水利工程大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构瑞士大狄克桑斯坝，瑞士大狄克桑斯坝，1962年，高年，高285m，世界最高的混，世界最高的混凝土重力坝凝土重力坝我国湖北宜昌的三峡大坝，高我国湖北宜昌的三峡大坝，高186m，装机容量，装机容量1786千瓦千瓦 4.特种工程特种工程核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、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、电视塔等海洋石油平台、电视塔等6 6 本课程的特点与学习方法本课程的特点与学习方法1.掌握好材料的力学性能掌握好材料的力学性能2.钢筋混凝土材料的力学性能和构件的计算方法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实验研究基础上的，许多计算公式都是建立在实验研究基础上的，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。得出的半理论半经验公式。3.学习本课程是为了在工程建设中进行混凝土结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、构的设计，它包括方案、材料选择、截面形式、配筋、构造措施等。配筋、构造措施等。4.学习本课程时，要学会运用现行的学习本课程时，要学会运用现行的混凝土结混凝土结构设计规范（构设计规范（GB500102002）等。等。5.多接触具体工程，建立感性认识。多接触具体工程，建立感性认识。