第一章緒論 混凝土基本原理

1、第一章 緒論同濟大學土木工程學院建筑工程系顧祥林一、混凝土結(jié)構(gòu)的概念和特點 1. 一般概念PPPP素混凝土梁承載素混凝土梁承載力小，破壞突然力小，破壞突然鋼筋混凝土梁承鋼筋混凝土梁承載力大，變形性載力大，變形性能好，破壞有預能好，破壞有預告告一、混凝土結(jié)構(gòu)的概念和特點 1. 一般概念PP鋼筋鋼筋（加筋）（加筋）+混凝土混凝土鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）拉壓性能均好拉壓性能均好抗壓性能好抗壓性能好利用混凝土抗壓，鋼筋利用混凝土抗壓，鋼筋受拉（亦可受壓）受拉（亦可受壓）-各盡其能，相得益彰各盡其能，相得益彰一、混凝土結(jié)構(gòu)的概念和特點 2. 混凝土和鋼筋共同工作的原因* 混凝土和鋼筋

2、之間有良好的工作性能，兩者可靠地結(jié)合在混凝土和鋼筋之間有良好的工作性能，兩者可靠地結(jié)合在一起，可共同受力，共同變形一起，可共同受力，共同變形 * 兩者的溫度線膨脹系數(shù)很接近，避免產(chǎn)生較大的溫度應力兩者的溫度線膨脹系數(shù)很接近，避免產(chǎn)生較大的溫度應力破壞兩者的粘結(jié)力，混凝土：破壞兩者的粘結(jié)力，混凝土：1.010-51.5 10-5，鋼筋：，鋼筋： 1.2 10-5 * 混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化 PP一、混凝土結(jié)構(gòu)的概念和特點 3. 預應力混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念PPPP預應力鋼筋一、混凝土結(jié)構(gòu)的概念和特點 4. 混凝土結(jié)構(gòu)的組

3、成柱下基礎(chǔ)樓板柱梁梁墻樓梯墻下基礎(chǔ)地下室底板一、混凝土結(jié)構(gòu)的概念和特點 5.混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點： 耐久性好耐久性好 耐火性好耐火性好 整體性好整體性好 可模性好可模性好 就地取材就地取材 節(jié)約鋼材節(jié)約鋼材 阻止射線的穿透阻止射線的穿透缺點：缺點： 自重大自重大 易開裂易開裂 耗模板耗模板 施工受季節(jié)性影響施工受季節(jié)性影響 隔熱隔聲性能差隔熱隔聲性能差隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，正逐隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，正逐漸被克服漸被克服PP二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的誕生* 1824年，英國人年，英國人J. Aspdin 發(fā)明了波特蘭水泥，有了混凝土；發(fā)明了波特蘭水泥，有了混凝土； *

4、 1849年，法國人年，法國人Joseph Louis Lambot 用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面做成小船小船-最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)； * 1861年，法國花匠年，法國花匠J. Monier 用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請了專利，用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請了專利，后由申請了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專利后由申請了鋼筋混凝土板、管道、拱橋等專利-盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)盡管他不懂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他卻被認為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，他卻被認為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)明者；構(gòu)的發(fā)明者； P

5、P* 1884年，德國人年，德國人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提出了鋼筋應配置在構(gòu)等提出了鋼筋應配置在構(gòu)件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計算理論。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐件中受拉力的部位和鋼筋混凝土板的計算理論。后來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到了推廣應用。漸得到了推廣應用。二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 2.材料方面的發(fā)展PP強度不斷提高強度不斷提高 美國美國60年代混凝土抗壓強度平均值：年代混凝土抗壓強度平均值：28N/mm2，70年代年代 ：42N/mm2，有特殊需要時：有特殊需要時： 40N/mm2100 N/mm2，試驗室中：，試驗室中： 266 N/mm2輕質(zhì)混凝土的應用

6、輕質(zhì)混凝土的應用 容重一般為：容重一般為：14kN/m318kN/m3(普通混凝土為普通混凝土為24kN/m3)，加氣混凝，加氣混凝土、陶?；炷?、火山巖混凝土、碎磚混凝土等土、陶?；炷痢⒒鹕綆r混凝土、碎磚混凝土等無砂混凝土無砂混凝土 只有粗骨料，無細骨料只有粗骨料，無細骨料FRP筋的應用筋的應用 用用FRP筋代替鋼筋筋代替鋼筋二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 3.結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展PPPP預應力混凝土結(jié)構(gòu)的應用預應力混凝土結(jié)構(gòu)的應用 在混凝土的受拉區(qū)施加預應力，以提高混凝在混凝土的受拉區(qū)施加預應力，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂度，減輕構(gòu)件的自重土結(jié)構(gòu)的抗裂度，減輕構(gòu)件的自重結(jié)構(gòu)體系的豐富結(jié)構(gòu)體系的豐富 不同用途

7、、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應的結(jié)構(gòu)不同用途、不同結(jié)構(gòu)功能具有相應的結(jié)構(gòu)體系：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)、體系：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)、FRP混凝土及預應力混凝土結(jié)構(gòu)等混凝土及預應力混凝土結(jié)構(gòu)等二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 4.理論研究方面的發(fā)展設(shè)計方法設(shè)計方法允許應允許應力設(shè)計力設(shè)計法法破壞階破壞階段設(shè)計段設(shè)計法法極限狀極限狀態(tài)設(shè)計態(tài)設(shè)計法法半經(jīng)驗半概率半經(jīng)驗半概率法法近似概率法近似概率法全概率法全概率法生命全過程設(shè)生命全過程設(shè)計法（兼顧安計法（兼顧安全性、使用性全性、使用性和耐久性）和耐久性）材料力學的方法材料力學的方法按經(jīng)驗法確定安按經(jīng)驗法確定安全系數(shù)全系數(shù)二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 4.理論

8、研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-如何設(shè)計一個新結(jié)構(gòu)如何設(shè)計一個新結(jié)構(gòu)荷載的確定方法荷載的確定方法結(jié)構(gòu)的力學分析：線性和非線性結(jié)構(gòu)的力學分析：線性和非線性構(gòu)件的承載力計算、設(shè)計方法和構(gòu)造措施構(gòu)件的承載力計算、設(shè)計方法和構(gòu)造措施未來的方向：計算機的應用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)非未來的方向：計算機的應用與發(fā)展，結(jié)構(gòu)非線性分析、結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完線性分析、結(jié)構(gòu)整體空間作用分析方法的完善與應用善與應用二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 4.理論研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-如何評價一個既有結(jié)構(gòu)（如何評價一個既有結(jié)構(gòu)（80年代中期發(fā)展起來）年代中期發(fā)展起來）安全性評定安全性評定使用性評定使用性評定耐久性

9、評定耐久性評定損傷分析損傷分析壽命預測壽命預測災害評估等災害評估等二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 4.理論研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-既有結(jié)構(gòu)的維護、改造與加固（既有結(jié)構(gòu)的維護、改造與加固（80年代中期發(fā)展起來）年代中期發(fā)展起來）基于既有結(jié)構(gòu)性能評定理論的結(jié)構(gòu)修復技術(shù)基于既有結(jié)構(gòu)性能評定理論的結(jié)構(gòu)修復技術(shù)基于既有結(jié)構(gòu)性能評定理論的結(jié)構(gòu)改造技術(shù)基于既有結(jié)構(gòu)性能評定理論的結(jié)構(gòu)改造技術(shù)基于既有結(jié)構(gòu)性能評定理論的加固技術(shù)基于既有結(jié)構(gòu)性能評定理論的加固技術(shù)二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 4.理論研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-計算機仿真技術(shù)的應用計算機仿真技術(shù)的應用 二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 4.理論研究方

10、面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的完善結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的完善二、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 4.理論研究方面的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本理論結(jié)構(gòu)基本理論-結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的完善結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)的完善三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 1.建筑工程混凝土組合柱組合樓板鋼柱組合梁組合桁架鋼筋混凝土筒體我國超過我國超過100m高的高層建筑中高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 1.建筑工程我國超過我國超過100m高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 1

11、.建筑工程我國超過我國超過100m高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 1.建筑工程我國超過我國超過100m高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 1.建筑工程公共建筑絕大多數(shù)是混凝土結(jié)公共建筑絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 1.建筑工程公共建筑絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)公共建筑絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或為混凝土和鋼的組合結(jié)構(gòu)

12、三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 2.交通工程隧道、橋梁、高速公路、城隧道、橋梁、高速公路、城市高架公路、地鐵大都采用市高架公路、地鐵大都采用混凝土結(jié)構(gòu)。如混凝土結(jié)構(gòu)。如1994年建成年建成的上海內(nèi)環(huán)線浦西段高架公的上海內(nèi)環(huán)線浦西段高架公路，以及與之相連的南浦大路，以及與之相連的南浦大橋、楊浦大橋的塔架，橋、楊浦大橋的塔架，1995年建成的地鐵一號線、延安年建成的地鐵一號線、延安東路隧道、英吉利海峽隧道東路隧道、英吉利海峽隧道等等三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 2.交通工程三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 2.交通工程三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 2.交通工程三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 3.水利工程大壩、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)

13、大壩、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)瑞士大狄克桑期壩，瑞士大狄克桑期壩，1962年，高年，高285m，世界最高的混凝，世界最高的混凝土重力壩土重力壩三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 3.水利工程大壩、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)大壩、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 4.特種工程核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲水池、儲氣灌、核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲水池、儲氣灌、海洋石油平臺、電視塔等海洋石油平臺、電視塔等三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 4.特種工程核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲水池、儲氣灌、核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲水池、儲氣灌、海洋石油平臺、電視塔等海

14、洋石油平臺、電視塔等三、混凝土結(jié)構(gòu)的應用 4.特種工程核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲水池、儲氣灌、核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲水池、儲氣灌、海洋石油平臺、電視塔等海洋石油平臺、電視塔等四、本課程的目的和學習方法 1.目的是土木工程專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課是土木工程專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能和力學分析方法混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能和力學分析方法混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計方法混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計方法現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能評估現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能評估四、本課程的目的和學習方法 2.學習方法注意本課程與相關(guān)課程尤其是注意本課程與相關(guān)課程尤其是“材料力學材料力學”、“結(jié)構(gòu)力學結(jié)構(gòu)力學”課程的異同課程的異同點，正確運用已有的力學知識解決實際問題點，正確運用已有的力學知識解決實際問題混凝土結(jié)構(gòu)理論大都建立在試驗研究的基礎(chǔ)之上，目前還缺乏完善的理論混凝土結(jié)構(gòu)理論大都建立在試驗研究的基礎(chǔ)之上，目前還缺乏