緒論(鋼筋混凝土結構課件)

鋼筋混凝土結構原理

PrincipleofReinforcedConcreteStructure

目的、意義1、房屋建筑基坑處理（樁基、地下連續(xù)墻等）2、水工結構（大壩、倒虹吸、引水溝渠等）3、地鐵車站4、公路5、橋梁（橋面、橋墩及基礎等）6、隧道襯砌等混凝土結構（上），東南大學等三校合編的（關于下冊）楊霞林，丁小軍.混凝土結構設計原理.中國建筑工業(yè)出版社混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2010公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》JTGD62-2004建筑荷載規(guī)范GB50009-2012教材及參考書緒論、材料力學性能、設計方法、受彎構件正、斜截面承載力計算、受壓構件、受拉構件、受扭構件、變形及裂縫驗算、預應力構件、梁板結構本學期主要任務平時作業(yè)15%考勤15%期末考試70%成績比例

第1章

緒論1.1混凝土結構的基本概念1.2混凝土結構的應用及發(fā)展1.3混凝土課程的特點與學習方法一、結構的基本概念1、結構的組成：由若干個單元所組成的受力骨架。2、基本(單元)構件

板：提供活動面，直接承受并傳遞荷載；

梁：板的支撐構件，承受板傳來的荷載并向下傳遞；

橋臺和橋墩：支撐上部結構，將上部結構荷載傳給基礎。

基礎：下部結構，將柱及墻等傳來的上部結構荷載傳給地基；

§1.1結構的基本概念柱（剛架橋的立柱）：承受梁、板傳來的荷載并傳遞；

墻（剛架橋的立墻）：承受樓面體系（梁、板）或者橋面?zhèn)鱽淼暮奢d并傳遞；

桿：組成空間構件，如屋架的各種桿件等，剛架橋的斜撐；索（懸索）：懸掛構件或結構體系的主要傳力單元；3、結構的分類?按材料分類：混凝土結構、鋼結構、砌體結構、木結構和混合結構?按受力體系分類：

（1）框架結構：主要(豎向)受力體系由梁和柱組成；

圖1-1框架結構（2）剪力墻結構：主要(豎向)受力體系由墻組成；

圖1-2框架剪力墻結構（3）筒體結構：四周封閉的墻形成筒；筒中筒結構：用樓蓋把內、外筒體連接成一個整體，稱筒中筒結構圖1-3外筒平面結構圖圖1-4筒中筒（4）塔式結構：下端固定、上端自由的高聳構筑物。

按材料分主要有：鋼塔、鋼筋混凝土塔、預應力混凝土塔、木塔和磚石塔。例電視塔、監(jiān)測塔等。

圖1-5鋼塔架立面和平面（5）桅式結構：由一根下端為鉸接或剛接的豎立細長桿身桅桿和若干層纖繩所組成的構筑物，纖繩拉住桿身使其保持直立和穩(wěn)定（見右圖）。桅式結構由纖繩、桿身和基礎組成。因此得到廣泛采用。例電視塔、監(jiān)測塔等。

圖1-6桅式結構(6)懸索、懸吊結構：由拉索及邊緣構件組成的承重結構；

圖1-7懸索與拱的受力比較

懸索是軸心受拉。軸心受力的構件最能充分利用結構材料的強度。利用鋼材去做“索”，就最能發(fā)揮鋼材受拉性能好的優(yōu)點，所以鋼懸索就是一種理想的結構。不過，單懸索結構與拱結構一樣，它們都是平面結構體系。如果我們利用很多單懸索互相交叉組成“索網”(好像利用桁架交叉組成網架一樣)，就形成多向受力的空間結構——懸索結構。

(7)殼體結構:由曲面形板與邊緣構件組成的空間結構；

新疆某機械廠金工車間采用的薄殼結構，直徑為60m。薄殼結構主要受壓，多為鋼筋混凝土結構，可以合理地利用混凝土材料抗壓性能好的特點，已在大跨度的屋蓋結構中得到廣泛應用。薄殼結構的形狀復雜，一般多采用鋼筋混凝土整體澆灌而成。(8)網架結構：由多根桿件通過節(jié)點連結形成的空間結構；網架結構大多由鋼桿件組成，具有多向受力的性能，空間剛度大，整體性強，并有良好的抗震性能，制作安裝方便。（9）充氣結構：用薄膜制成的，沖入氣體后而形成的結構；在以高分子材料制成的薄膜制品中充入空氣后而形成房屋的結構。分氣承式和氣管式兩種結構形式。圖為夏季劇場的氣球屋頂，氣球的形狀像一塊凸透鏡，跨度約45m，用泵充氣到500N/m2的超壓力。在氣球的頂部有一圓形孔，不斷泵入新鮮空氣以降低過度的熱量，保持氣球形狀。屋頂可以提升到它的支承圓環(huán)的頂部，并在不到20分鐘時間內被充氣。圖1-10氣球屋頂（10）膜結構：用柔性受拉索和薄膜及邊緣構件組成的結構；“水立方”是世界上最大的膜結構工程，建筑外圍采用世界上最先進的環(huán)保節(jié)能ETFE(四氟乙烯)膜材料，這種材料壽命為20多年，但實際會比這個長，人可以踩在上面行走，感覺特別棒。

“水立方”整體建筑由3000多個氣枕組成，氣枕大小不一、形狀各異，覆蓋面積達到10萬平方米，堪稱世界之最。除了地面之外，外表都采用了氣枕。安裝成功的氣枕將通過事先安裝在鋼架上的充氣管線充氣變成“氣泡”，整個充氣過程由電腦智能監(jiān)控，并根據當時的氣壓、光照等條件使“氣泡”保持最佳狀態(tài)。這種像“泡泡裝”一樣的膜材料有自潔功能，使膜的表面基本上不沾灰塵。即使沾上灰塵，自然降水也足以使之清潔如新。

此外，膜材料具有較好的抗壓性，人們在上面“玩蹦床”都沒問題，“正常的放上一輛汽車都不會壓壞”。

如果萬一出現(xiàn)外膜破裂，根據應急預案，可在8個小時內把破損的外膜修好或換新。“水立方”晶瑩剔透的外衣上面還點綴著無數白色的亮點，被稱為鍍點，它們可以改變光線的方向，起到隔

熱散光的效果。自身重量很輕，僅為鋼結構的1／5，混凝土結構的1／40；因此對地震力有良好的適應性，而對風的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少，故對它設計通常采用安全系數法。

（11）板柱結構：由樓板和柱組成承重體系的結構；（12）墻板結構：由樓板和墻組成承重體系的結構；（13）折板結構：由多塊條形平板組合而成的空間結構；

?按使用功能分類：

建筑結構、特種結構、橋梁結構、地下結構等??按照施工方法分類：

現(xiàn)澆結構、裝配結構和裝配整體式結構（1）現(xiàn)澆：現(xiàn)場支模、澆筑混凝土。整體性好，可模性好。但是，周期長，耗費模板，造價高。（2）預制裝配結構：預制好構件運到現(xiàn)場，用起重設備安裝。中小跨徑橋梁主要采用預制裝配施工法。（3）裝配整體：預制與現(xiàn)澆相結合。一部分構件預制后安裝，其余部分現(xiàn)澆并與預制部分形成整體。主要以混凝土材料，并根據需要配置鋼筋、預應力筋、鋼骨、鋼管等，作為主要承重材料的結構，均可稱為混凝土結構（concretestructure）。素混凝土結構鋼筋混凝土結構預應力混凝土結構鋼骨混凝土結構鋼管混凝土結構FRP筋混凝土緒論鋼－混凝土混合結構二、混凝土概述1.素混凝土結構（plainconcrete)foundationmasonrywall緒論素混凝土基礎抗壓強度很高，但抗拉強度很低。破壞呈脆性。2.鋼筋混凝土結構（reinforcedconcretestructure)reinforcementstirrupsupport緒論◆混凝土(concrete)：

◎抗壓強度高，而抗拉強度卻很低

◎破壞時具有明顯的脆性性質(brittle)

因此，素混凝土構件在實際工程的應用很有限，主要用于以受壓為主的基礎、柱墩和一些非承重結構。（1）基本材料性能basicmaterialsproperties◆鋼材(Steel)：◎抗拉和抗壓強度都很高◎具有屈服現(xiàn)象，破壞時表現(xiàn)出較好的延性(ductile)◎但細長的鋼筋受壓時極易壓曲，僅能作為受拉構件緒論例：一跨度為4m，跨中作用集中荷載的簡支梁，梁截面尺寸200×300mm，混凝土為C20。如圖所示：4000AAFa)200300A－Ab)4000BBB－B200300210316緒論a)

素砼梁極限荷載P=8kN由砼抗拉強度控制破壞形態(tài)：脆性b)

鋼筋砼梁極限荷載P=36kN由鋼筋受拉、砼受壓而破壞破壞形態(tài)：延性由此得出鋼筋和混凝土結合的有效性：大大提高結構的承載力結構的受力性能得到改善緒論（2）鋼筋與混凝土共同工作的條件c.呈堿性的混凝土可以保護鋼筋，使鋼筋混凝土結構具有較好的耐久性。b.鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(temperaturelinearexpandingindex)（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5），因此當溫度變化時，兩種材料不會產生過大的變形差而導致兩者間的粘結力破壞。a.鋼筋與混凝土之間存在良好的粘結力(bond)，在荷載作用下，保證兩種材料變形協(xié)調(samedeformationunderload)，共同受力；緒論1.就地取材，節(jié)約鋼筋；2.耐久性好，耐火性好；3.可模性好，便于結構型式的實現(xiàn)；4.現(xiàn)澆或裝配整體式結構的整體性好，剛度大。1.自重大g=25kN/m32.抗裂性差 輕骨料砼。施加預應力。優(yōu)點：缺點：（3）鋼筋混凝土結構的主要優(yōu)缺點3.承載力有限 高強、鋼骨、鋼管混凝土。4.施工復雜，工序多，工期長，受季節(jié)、天氣影響較 鋼模、飛模、滑模等，泵送、早強、商品、高性能、免振自密實混凝土等。5.混凝土結構一旦破壞，其修復、加固、補強較困難。采用碳纖維布加固混凝土結構技術，快速簡便。緒論3.預應力混凝土結構（pre-stressedconcretestructure)pre-stressrebarconcretehollowtubepre-stressedconcretehollowfloor緒論緒論概念：在構件投入使用前，預先對使用時的受拉區(qū)施加預壓應力，投入使用后，先抵消施工施加的預壓應力，然后才會出現(xiàn)拉應力，推遲裂縫的產生，甚至不出現(xiàn)裂縫，提高構件的抗裂度。緒論4.鋼骨混凝土結構（steelreinforcedconcrete)(encasedconcrete)steelreinforcementstirrupsteelreinforcedconcretecolumn緒論5.鋼管混凝土結構（concretefilledtube)steeltubeconcreteconcretefilledtubecolumn緒論6.FRP混凝土（fiberreinforcedpolymer(plastic)concrete)緒論7.鋼-混凝土組合（混合）結構(compositestructureorhybridstructure)緒論1824年英國人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水泥

1850年法國人朗波(L.Lambot)制造了第一只鋼筋混凝土小船

1872年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋混凝土結構的開始應用于土木工程距今僅150多年。與磚石結構、鋼木結構相比，混凝土結構的歷史并不長，但發(fā)展非常迅速，目前混凝土結構已成為大量土木工程結構中最主要的結構，而且高性能混凝土和新型混凝土結構形式還在不斷發(fā)展。緒論§1.2混凝土結構的應用與發(fā)展概況第一階段(Thefirststage):從鋼筋混凝土的發(fā)明至本世紀初鋼筋和混凝土的強度都比較低主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱和基礎等構件。計算理論：結構內力和構件截面計算均套用彈性理論(Elastictheory)，采用容許應力設計方法(Allowablestressdesignmethod)?；炷两Y構的發(fā)展緒論混凝土結構的發(fā)展第二階段(Thesecondstage)：從本世紀20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后混凝土和鋼筋強度的不斷提高1928年法國杰出的土木工程師E.Freyssnet發(fā)明了預應力混凝土，使得混凝土結構可以用來建造大跨度計算理論：前蘇聯(lián)著名的混凝土結構專家格沃茲捷夫（Α.Α.Гвоздев）開始考慮混凝土塑性性能的破損階段設計法(Failurestagedesignmethod)，50年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設計法(limitstatedesignmethod)，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結構的基本計算理論。緒論第三階段(Thethirdstage)：二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在高強混凝土和高強鋼筋的發(fā)展、計算機的采用和先進施工機械設備的發(fā)明，建造了一大批超高層建筑、大跨度橋梁、特長跨海隧道、高聳結構等大型工程，成為現(xiàn)代土木工程的標志。計算理論：發(fā)展了以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法，基礎理論問題大都得到解決，而新型混凝土材料及其復合結構形式的出現(xiàn)又不斷提出新的課題，并不斷促進混凝土結構的發(fā)展。混凝土結構的發(fā)展緒論混凝土結構的工程應用緒論房屋工程我國超過100m高的高層建筑中絕大多數是混凝土結構或為混凝土和鋼的組合結構。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奧體中心體育場國家體育場緒論悉尼歌劇院香港中國銀行緒論國家曲棍球場紐約世貿中心緒論交通工程隧道、橋梁、高速公路、城市高架公路、地鐵緒論斜拉索結構－上海南浦大橋懸索結構－