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混凝土结构设计原理主讲：王鑫联系电话：18971300620,课程的学习方法：,1.深入掌握材料性能。因为两类结构的许多特性都是由材料性能决定的。,2.结构开裂前、后其受力特征发生许多变化，应注意结构设计公式和力学理论公式的区别和联系。,3.要熟悉各种结构设计规范,建筑结构荷载规范(GBJ50009-2001),混凝土结构设计规范(GB50010-2002),4.计算固然重要，构造不能忽视。,1.1混凝土结构的概念和特点,Introduction,1.2混凝土结构的应用与发展,1.3学习内容、目的及方法,1.4本课程考核方式,以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为混凝土结构（ConcreteStructures）。,1.1混凝土结构的概念和特点,素混凝土结构PlainConcrete,型钢混凝土结构SteelReinforcedConcrete,钢筋混凝土结构ReinforcedConcrete,钢管混凝土结构ConcreteFilledSteelTube,预应力混凝土结构PrestressedConcrete,图0-1a、b,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：,图0-1,现将素混凝土梁和配置钢筋的梁进行荷载试验：,a)素砼梁极限荷载P=8kN由砼抗拉强度控制破坏形态：脆性,b)钢筋砼梁极限荷载P=36kN由钢筋受拉、砼受压而破坏破坏形态：延性,由此得出钢筋和混凝土结合的有效性：,1.结构的承载能力有很大的提高；,2.结构的受力性能得到显著的改善。,混凝土结构的特点,由上述对比试验可知：钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高（14倍）；素混凝土梁破坏突然，没有明显预兆；而钢筋混凝土梁则表现出较好的延性，破坏前有明显预兆；钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。,抗压强度高，而抗拉强度却很低通常抗拉强度只有抗压强度的1/81/20破坏时具有明显的脆性特征,混凝土的材料特性,抗拉和抗压强度都很高具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性细长的钢筋受压时极易压曲,钢筋的材料特性,将混凝土和钢筋这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分发挥各自的材料性能。,除在构件的受拉区配置钢筋外在构件的受压区也可配置钢筋，来协助混凝土承受压力,bc段称为纯弯段，ab、cd段称为弯剪段,在复杂应力区域配置钢筋,当构件所受压力很大时，可直接配置钢骨混凝土,钢骨混凝土SteelReinforcedConcrete(SRC),核心混凝土三向受压,可利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度，甚至直接采用钢管来约束混凝土,钢管混凝土ConcretefilledSteelTube,配置预应力筋，形成预应力混凝土构件或结构,张拉钢筋,砼成型及养护,放张钢筋,钢筋和混凝土共同工作的基础：两者之间有良好的粘结力，可以保证两者协同工作温度线膨胀系数相近，因此当温度变化时两者之间不会产生过大的变形差（钢材为1.210-5，混凝土为1.01.510-5）,本课程主要研究钢筋混凝土基本构件和基本原理，不同的结构和构件中，钢筋位置和形式并不相同，可见钢筋和混凝土不是随意结合的，而应根据构件的受力特点布置钢筋。,1.2混凝土结构的应用与发展,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年在纽约建造了第一所钢筋混凝土房屋混凝土结构开始应用距今仅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，目前已成为大量土木工程中主要采用的结构形式，而且高性能混凝土和新型钢混凝土组合结构还在不断发展。,钢筋混凝土结构的优点材料利用合理钢筋与混凝土的材料强度可充分发挥；可模性好适用于各种复杂的结构形式；耐久和耐火性好维护费用低；结构整体性好有利于结构的抗震、抗爆；刚度、阻尼大有利于结构的变形控制；材料易获得混凝土材料可就地取材，还可利用工业废料作为其原材料，进而保护环境。,台北101大厦（508米）,吉隆坡国家石油双子星座大厦（452米）,多伦多电视塔（549米）预应力混凝土结构,上海金茂大厦（421米）,外形轮廓共十三层，每隔若干层渐渐收进，似中国古代的宝塔，具有独特的民族风格。,金茂大厦主体结构中部为八角形型钢配筋混凝土(SRC)核心筒束，筒内井字形墙到56层结束，然后单筒升到335.3m；核心筒四周为八根SRC大柱，截面由1.5m5m逐渐收至1m3.5m，以适应逐渐收进的外形。,上海环球金融中心（492米）,阿拉伯酋长国迪拜摩天大楼（800米）,国际金融中心（415米）,钢筋混凝土结构的缺点,自重大不适于发展高层和大跨结构；,？,承载力较低往往导致受力构件的截面尺寸较大；抗裂性差对防渗防漏的结构不利，还会影响结构的耐久性；施工较复杂工期长，受季节影响；修复、加固难混凝土产生裂缝或被压碎后修复困难；早期容易开裂高性能混凝土水胶比较小，早期收缩大。,自重大抗裂性差承载力较低施工较复杂修复、加固难,混凝土结构的发展取决于混凝土材料的发展,轻质混凝土,纤维混凝土,高性能混凝土,自密实混凝土,碳纤维加固,高性能、高功能和智能化是21世纪混凝土科技的主要发展趋势,结构的功能FunctionsofStructure,设计方法TheDesignMethods,基本设计原则TheBasicDesignApproach,极限状态LimitState,结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。,承载力极限状态UltimateLimitState,正常使用极限状态ServiceabilityLimitState,结构整体或部分作为刚体失去平衡结构或构件达到最大承载力受动力荷载作用而产生疲劳破坏结构塑性变形过大而破坏结构形成几何可变体系构件由于压屈而丧失稳定,过大的变形和侧移过大的裂缝过大的振动侵蚀性介质腐蚀等,结构功能的表达,S作用效应ActionEffect结构上的作用是使结构产生内力、变形和裂缝的原因的总称，分为直接作用和间接作用，作用效应即为作用引起的构件内力。,R结构抗力Resistant结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度w。,SR失效,荷载,荷载效应(Loadeffect),永久荷载(DeadLoad),可变荷载(LiveLoad),偶然荷载(AccidentalLoad),荷载效应的基本概念,如何衡量荷载大小？,采用荷载代表值来描述荷载的大小对于永久荷载，其代表值就是标准值，即结构自重；对于可变荷载，其代表值分别为标准值、组合值和准永久值。,荷载效应与荷载的关系？,如何衡量荷载效应？,荷载分项系数：考虑荷载超过标准值的可能性，是一个变量,荷载分项系数分为恒荷载分项系数和活荷载分项系数,材料分项系数分为砼分项系数和钢筋分项系数,结构抗力,材料强度,结构抗力的基本概念,如何衡量材料强度的大小？,结构抗力与材料强度的关系？,如何衡量结构抗力的大小？,材料强度标准值,材料分项系数：是一个大于1.0的系数，考虑材料强度低于标准值的可能性。,1.3学习内容、目的及方法,本课程的学习目的：学会解决工程中的问题：尤其是工程综合问题学会分析工程中的问题：学会工程结构设计方法：钢筋混凝土构件和结构学会发现工程中的问题：创新和发展学会研究工程中的问题：理论研究,钢筋混凝土基本构件,受剪构件,受弯构件,受拉构件,受压构件,受扭构件,受拉,受压,受弯,受剪,受扭,截面基本受力形态,基本构件的受力往往是基本受力形态的复合,考核方法,韩愈进学解,
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