混凝土结构(上)

,单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,混凝土结构(上),土木工程专业混凝土结构课程配套电子课件,第一章,绪 论,混凝土结构,土木工程专业混凝土结构课程配套电子课件,使用教材：普通高等学校土木工程专业新编系列教材,?混凝土结构?(上)吴培明主编,?混凝土结构?(下)彭少民主编,武汉理工大学出版社,授课对象：土木工程专业本专科学生,授课形式：采用多媒体电子课件自编，辅以传统教学方式；屡次采用课堂互动式教学手段，师生共同探索和学习。,课程说明,课程性质：,1.?混凝土结构?是土木工程专业最主要的一门专业根底课;,2.是一门关键的学位课程;,3.是报考结构工程硕士研究生的考试课程;,4.该课程的实践性强后续包含3个课程设计，实用性强，与该专业的毕业设计有着很大的联系;,5.今后报考“注册结构工程师的一门难度较大的科目。,存在的困难和问题：学时少，内容多，要求高。,对学生的要求：积极配合教师上好每一节课，认真听讲，积极思考，,积极参与交互式教学活动中,，认真完成课后作业。,对教师的要求：认真对待每一节课和每一个学生，不断探索新的教学理念，积极采用新的教学手段和方法，认真倾听学生的意见和建议，努力提高教学质量，真正为学生所想、所思，共同完成我们的任务。,章节,内容,第1章,绪 论,第2章,第3章,钢筋混凝土材料的力学性能,混凝土结构基本设计原则,第4章,受弯构件正截面承载力计算,第5章,受弯构件斜截面承载力计算,第6章,受压构件截面承载力计算,第7章,受拉构件承载力计算,第8章,受扭构件承载力计算,第9章,钢筋混凝土构件的变形与裂缝验算,第10章,预应力混凝土构件,本章摘要,本章表达了混凝土结构的一般概念,钢筋和混凝土这两种性质不同的材料能够组合在一起共同工作的条件,以及混凝土结构的优缺点。介绍了混凝土结构在房屋建筑工程、交通土建工程、水利工程及其他工程中的应用;介绍了混凝土结构的开展前景,包括在材料、结构、施工技术、计算理论等方面的开展.本章还介绍了混凝土结构课程的特点和学习方法,以及指导工程设计的混凝土结构设计标准的概况。,绪论,以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。它包括,素,混凝土结构、,钢筋,混凝土结构、,预应力,混凝土结构和各种其他形式的加筋混凝土结构(,型钢,混凝土结构、,钢管,混凝土结构等)。,素,混凝土结构是指,不配置任何钢材,的混凝土结构。常用于路面和一些非承重结构。,预应力,混凝土结构是在结构或构件中配置了预应力钢筋并施加预应力的结构。,1.1 混凝土结构的一般概念,在多数情况下,混凝土结构是由钢筋和混凝土组成的钢筋混凝土结构。,钢筋,和,混凝土结构,是土木工程中重要的建筑材料,钢筋的抗拉和抗压强度都很高,混凝土的抗压强度较高而抗拉强度却很弱。,1.1 混凝土结构的一般概念,钢筋混凝土结构,是指用,圆钢筋,作为配筋的,普通,混凝土结构、,图1-1a,b为钢筋混凝土梁和板的配筋实例;,图0-1为常见钢筋混凝土结构和构件的配筋实例。,1.1 混凝土结构的一般概念,图1-1a、b钢筋混凝土梁和板配筋实例,钢筋混凝土结构是由一系列受力类型不同的构件所组成,这些构件称为根本构件。钢筋混凝土根本构件按其主要受力特点的不同可以分为:,受弯构件,如各种单独的梁、板以及由梁组成整体的楼盖、屋盖等。,受压构件,如柱、剪力强和屋架的压杆等。,受拉构件,如屋架的拉杆、水池的池壁等。,受扭构件,如带有悬挑雨蓬的过梁、框架的边梁等。也有不少构件受力情况复杂,如压弯构件、拉弯构件、弯扭构件、拉弯扭构件等。,1.1 混凝土结构的一般概念,型钢筋混凝土,结构又称为钢骨混凝土结构。它是指用,型钢或用钢板焊成的钢骨架,作为配筋的混凝土结构。图0-2为用型钢作为混凝土梁配筋的截面形式、图0-3为用型钢作为混凝土柱配筋的截面形式。,钢管混凝土,结构是指在,钢管内,浇捣混凝土做成的结构。,预应力混凝土结构是指在结构构件制作时，在其受拉部位上人为地预先施加压应力的混凝土结构。,素混凝土结构由于承载力低、性质脆，很少用来作为土木工程的承力结构。,型钢混凝土结构承载能力大、抗震性能好。但耗钢量较多，可在高层、大跨或抗震要求较高的工程中采用。,钢管混凝土结构的构件连接较复杂，维护费用大。,本书(上)重点讲述钢筋混凝土结构的材料性能、设计原那么、计算方法和构造措施.,钢筋混凝土结构的特点和主要优缺点：,1.受力特点：,1素混凝土简支梁的破坏试验：,图0-4a为一根未配置钢筋的素混凝土简支梁，跨度4 m，截面尺寸bh=200mm300mm、混凝土强度等级为C20。梁的跨中作用一个集中荷载F，对其进行破坏性试验。,试验结果说明：,1当荷载较小时，截面上的应变那么同弹性材料的梁一样，沿截面高度呈直线分布；,2当荷载增大使截面受拉区边缘纤维拉应变到达混凝土抗拉极限应变时该处的混凝土被拉裂，裂缝沿截面高度方向迅速开展，试件随即发生断裂破坏。,3破坏的性质：破坏是突然的，没有明显的预兆，属于脆性破坏。,尽管混凝土的抗压强度比其抗拉强度高几倍或十几倍，但得不到充分利用，因为该试件的破坏是由混凝土的抗拉强度控制，破坏荷载值很小，只有 8 kN左右。,2钢筋混凝土梁的破坏试验：,在梁的受拉区布置三根直径为16 mm的HPB235级钢筋(记作316)并在受压区在布置两根为 10 mm的架力钢筋和适量的箍筋。,再进行同样的荷载试验(图 0-4b),当加载到一定阶段使截面受拉区边缘纤维拉应力到达混凝土抗拉极限强度时，混凝土虽被拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速开展，试件也不会随即发生断裂破坏。,混凝土开裂后，裂缝截面的混凝土拉应力由纵向受拉钢筋来承受，故荷载还可进一步增加。此时变形将相应开展，裂缝的数量和宽度也将增大。,受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度都被充分利用时，试件才发生破坏。,破坏性质：试件破坏前，变形和裂缝都开展得很充分，呈现出明显的破坏预兆，属于塑性破坏。,虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整个截面面积的 1左右，但破坏荷载却可以提高到36 kN左右。,归纳总结一下：在混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋，可以收到以下的效果：,结构的承载能力有很大的提高；,结构的受力性能得到显著的改善破坏前带有明显的预兆即：变形和裂缝都较明显。,3钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料，它们可以相互结合共同工作的主要原因是：,混凝土硬化后，钢筋和混凝土之间存在粘结力，使两者之间能传递力和变形。粘结力是使这两种性质不同的材料能够共同工作的根底；,钢筋的线膨胀系数为1.210-5-1，混凝土的为1.010-5-11.510-5-1，二者的线膨胀系数数值相近。所以.当温度变化时，钢筋与混凝土的粘结力不会因两者之间过大的相对变形和温度应力而发生粘结破坏。,4钢筋混凝土结构的主要优点：,钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较好的受力性能以外。与其他结构相比还具有以下优点：,就地取材。钢筋混凝土结构中，砂和石料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小。砂和石料一般可以由建筑工地附近供给。,节约钢材。钢筋混凝土结构的承载力较高。大多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。,耐久、耐火。钢筋埋放在混凝土中，受混凝土保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的耐久性。当火灾发生时。钢筋混凝土结构不会象木结构那样被燃烧，也不会象钢结构那样很快软化而破坏。,可模性好。可以根据需要浇捣成任何形状和尺寸的结构。,现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性好，刚度大,对抗震,抗爆有利。,5钢筋混凝土结构的缺点：,自重大。钢筋混凝土的重度约为25kN/m3，比砌体和木材的重度都大。尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸比钢结构的大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构。,抗裂性较差。如前所述，混凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成不平安感。,施工的周期较长，受天气的影响较大，需要较多的脚手架、模板。,损坏补强维修较难。,综上所述不难看出：,钢筋混凝土结构的优点远多于其缺点。,因此，它已经在房屋建筑教学楼、地下结构钢筋混凝土桩基、桥梁城市立交桥、铁路钢筋混凝土枕木、隧道钢筋混凝土砌衬、水利三峡大坝、港口码头平台等工程中得到广泛应用。,针对其缺点人们研究出许多的有效措施：为了克服钢筋混凝土自重大的缺点，已经研究出许多高强轻质的混凝土和强度很高的钢筋；为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应力等等。采用植筋或粘钢等技术可以较好地对发生局部损坏的混凝土结构或构件进行修复。但还有许多工程实际问题等待我们的同学们去探索和研究。,1.2混凝土结构的开展简况及其工程应用,一、混凝土早期的开展,1824年英国约瑟夫阿斯匹丁创造了波特兰水泥并取得了专利。,1850年，法国蓝波特L.Lambot制成了铁丝网水泥砂浆的小船。,1861年法国约瑟夫莫尼埃Joseph Momier获得了制造钢筋混凝土板、管道和拱桥等的专利。,德国学者1866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开展。,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钢筋并形成专利。1890年在旧金山建造了一幢两层高、321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开展。,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。,二、混凝土结构开展的几个阶段,混凝土结构的开展,大体上可以分为三个阶段:,1第一阶段是从钢筋混凝土创造至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、拱和根底等构件。计算理论套用弹性理论，设计方法采用容许应力法。,2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创造和应用,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。,3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。在计算理论上已过度到充分考虑混凝土和钢筋塑性的极限状态设计理论，在设计方法上已过度到以概率论为根底的多系数表达的设计公式。,三、混凝土结构用材料的开展高强轻质,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，在兴旺国家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开展，其重度为1418KN/m3。,四、预应力混凝土结构的开展,1928年法国工程师弗耐西涅成功地将高强钢丝用于预应力混