钢筋混凝土结构原理绪论

,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,绪论,以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝土结构。它包括,素,混凝土结构、,钢筋,混凝土结构、,型钢,混凝土结构、,钢管,混凝土结构和,预应力,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。,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,0-1,为常见钢筋混凝土结构和构件的配筋实例。,0.1,钢筋混凝土结构的基本概念,图,0-1a,、,b,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,重点讲述钢筋混凝土,结构的材料性能、设计原则、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,b,h,=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,。,试验结果表明：,（,1,）当荷载较小时，截面上的,应变,则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达到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达到,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。,此时变形将相应发展，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，变形和裂缝都发展得很充分，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，可以收到下列的效果：,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：,混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力。,粘结力,是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础；,钢筋的,线膨胀系数,为,1.2,10,-5,-1,，混凝土的为,1.0,10,-5,-1,1.5,10,-5,-1,，二者数值,相近,。因此,.,当温度变化时，钢筋与混凝土之间不会存在较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,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下列优点：,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应。,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,。钢筋混凝土结构可以根据需要浇捣成任何形状。,现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的,整体性好，刚度大,。,（,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/m,3,，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，还将给人造成不安全感。,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。,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。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。,0.2,钢筋混凝土结构的应用与发展概况,一、钢筋混凝土早期的发展,1824,年英国约瑟夫,阿斯匹丁发明了波特兰,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发展。,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,1850,1900,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发展。,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、混凝土结构用材料的发展,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，在发达国家,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）混凝土得到迅速发展，其重度为,14,18KN/m,3,。,三、预应力混凝土结构的发展,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凝土，使,预应力混凝土的概念,得以在工程实践中成为现实。,预应力混凝土的概念在,19,世纪,80,年代已提出，但是当时因钢筋强度偏低及对预应力损失缺乏深入研究，使预应力混凝土未能成功地实现。预应力混凝土的广泛应用是在,1938,年弗耐西涅发明锥形楔式锚具（弗式锚具）和,1940,年比利时的门格尔发明门格尔体系之后。预应力混凝土结构的抗裂性得到根本的改善，使,高强钢筋能够在混凝土结构中得到有效的利用,，使混凝土结构能够用于大跨结构、压力贮罐、核电站容器等领域中。,四、在结构形式方面的发展,1.,钢筋混凝土在高层建筑中的应用,高强混凝土的发展，促进了混凝土结构在超高层建筑中的应用。,1976,年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达,74,层，高,262,米。朝鲜平壤的柳京大厦，,105,层，高,305,米，也是混凝土结构。美国、俄罗斯等国在高层建筑中采用的混凝土，强度已达,C80C100,。美国西雅图市的,Two Union Square,大厦（,58,层）,60%,的竖向荷载由中央四根直径为,10,英尺（,3.05m,）的钢管混凝土柱承受，钢管内填充的混凝土强度等级达,C135,。,2.,钢筋混凝土结构在桥梁，特种结构、水利工程、海洋工程、港口码头工程等各个领域内的发展,世界高楼排行（,2008,年）：,1,：阿联酋迪拜塔（阿联酋迪拜）,2,：纽约世贸中心自由之塔（美国纽约）,3,：台北,101(Taipei 101),（中国台北）,4,：上海环球金融中心,(Shanghai World Financial Center),（中国上海）,5,：双峰塔（,Petronas,Twin Towers,，或称佩重纳斯大厦、马来西亚国家石 油大厦、国家石油双塔、双子塔）（马来西亚吉隆坡）,6,：西尔斯大厦,(Sears Tower),（美国芝加哥）,7:,南京紫峰大厦（中国南京）,8,：金茂大厦,(Jin Mao Tower),（中国上海）,9,：香港国际金融中心二期,(Two International Finance Centre),（中国香港）,10,：中信广场大厦（中国广州）,11,：地王大厦（中国深圳）,12:,纽约帝国大厦,(,又名“帝国之州大厦”）,Empire State Building,New York,USA,（美国纽约）,13:,中央广场大厦，,374,米，位于中国香港。（中国香港）,1875,年法国莫尼埃曾主持修建过一座长达,16m,的钢筋混凝土桥，,1983,年巴西建成主跨为,440m,的预应力混凝土斜拉桥，,1997,年我国在四川万县建成主跨,420m,的混凝土拱桥等。在这些方面所取得的瞩目成就这里不再一一不列举了。,从,1925,年德国第一次采用折板结构大型煤仓开始，薄壁空间结构逐渐在屋盖及贮仓水塔、水池等构筑物中得到广泛应用。,五、在计算理论与设计方法方面的发展,20,世纪,30,年代以前，将钢筋混凝土视为理想弹性材料，按材料力学的,允许应力,法进行设计计算。但从,20,世纪初即开始了对钢筋混凝土构件考虑材料塑性性能的研究。前苏联在,1938,年颁布了世界上第一本按,破损阶段设计,钢筋混凝土构件的规范，标志着钢筋混凝土构件承载力计算的实用方法进入了一个新的发展阶段。,20,世纪,30,年代以后，在钢筋混凝土超静定结构中考虑,塑性内力重分布,的计算理论也取得了很大进展，从,20,世纪,50,年代开始，已在双向板、连续梁及框架的设计中得到了应用。,20,世纪,60,年代以来，随着电子计算机的普及与计算力学的发展，将,有限