混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 第1章

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理ConcreteStructureBasicTheoryPowerPoint東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院秦力第1章緒論（Introduction）§1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念§1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況§1.3學(xué)習(xí)本課程要注意的問(wèn)題學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解并掌握混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念；2.掌握鋼筋和混凝土共同工作的原因；3.了解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)；4.了解混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展簡(jiǎn)況。

主要以混凝土材料，并根據(jù)需要配置鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨、鋼管等，作為主要承重材料的結(jié)構(gòu)，均可稱(chēng)為混凝土結(jié)構(gòu)(ConcreteStructure)。1.1混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念素混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)纖維增強(qiáng)塑料混凝土第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)素混凝土結(jié)構(gòu)（PlainConcrete)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（ReinforcedConcrete)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PrestressedConcrete)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（ConcreteFilledTube)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念纖維增強(qiáng)塑料混凝土（FiberReinforcedPlastic)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)(CompositeStructure)(HybridStructure)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念◆混凝土：

◎抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度卻很低。

◎一般抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/8~1/20。

◎破壞時(shí)具有明顯的脆性性質(zhì)。因此，素混凝土構(gòu)件在實(shí)際工程的應(yīng)用很有限，主要用于以受壓為主的基礎(chǔ)、柱墩和一些非承重結(jié)構(gòu)。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念Pcr=9.7kN150300fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2ftsc=ft2500素混凝土梁Pu≈Pcrsc=ftft破壞時(shí)跨中截面受壓邊緣的壓應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度相近，遠(yuǎn)未達(dá)到混凝土的抗壓強(qiáng)度，破壞表現(xiàn)為脆性斷裂，無(wú)明顯預(yù)兆。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念素混凝土梁試驗(yàn)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念◆鋼材：

◎抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高。

◎具有屈服現(xiàn)象，破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性。

◎但細(xì)長(zhǎng)的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件。而純鋼構(gòu)件的承載力也往往取決于鋼材的壓曲，材料強(qiáng)度一般得不到充分地發(fā)揮。將混凝土和鋼材這兩種材料有機(jī)地結(jié)合在一起，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分利用材料的性能。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念Pcr=9.7kNfck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fy配置鋼筋后，RC梁的承載力比素混凝土梁大大提高，鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度均得到充分利用，且破壞過(guò)程有明顯預(yù)兆。Py≈

50.0kN

fc第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fyPy≈

50.0kN

fc★但從開(kāi)裂荷載到屈服荷載，在很長(zhǎng)的過(guò)程帶裂縫工作?！锿ǔＡ芽p寬度很小，不致影響正常使用。★但裂縫導(dǎo)致梁的剛度顯著降低，使得鋼筋混凝土梁不能應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)。如何解決？第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念鋼筋混凝土梁試驗(yàn)第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念◆鋼筋混凝土——ReinforcedConcrete◆除在構(gòu)件的受拉區(qū)配筋外，還有許多其他配筋方式?！艨梢栽跇?gòu)件的受壓區(qū)配置鋼筋協(xié)助混凝土承受壓力。◆在復(fù)雜應(yīng)力區(qū)域（如梁在受剪區(qū)段、受扭構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)區(qū)、剪力墻等），可以配置箍筋或縱橫交錯(cuò)的鋼筋。◆當(dāng)構(gòu)件受力很大時(shí)，可以直接配置鋼骨?！暨€可以利用箍筋約束混凝土來(lái)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，甚至直接采用鋼管?！舨捎美w維（鋼纖維、玻璃纖維等）與混凝土一起攪拌形成的纖維混凝土，其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到提高。★因此，多種材料的有機(jī)組合，充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，可以創(chuàng)造出多種形式的復(fù)合材料，適應(yīng)各種不同受力的要求，取得很好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念鋼筋與混凝土共同工作的條件鋼筋（材）和混凝土兩種材料的物理力學(xué)性能很不相同，他們可以結(jié)合在一起共同工作，是因?yàn)椋孩配摻詈突炷林g存在有良好的粘結(jié)力，在荷載作用下，可以保證兩種材料協(xié)調(diào)變形，共同受力；⑵鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5），因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞；⑶混凝土包裹在鋼筋的外部，可使鋼筋免于腐蝕或高溫軟化。粘結(jié)力——Bond第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：⑴材料利用合理：鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度可以得到充分發(fā)揮，結(jié)構(gòu)承載力與剛度比例合適，基本無(wú)局部穩(wěn)定問(wèn)題，單位應(yīng)力價(jià)格低，對(duì)于一般工程結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。⑵可模性好：混凝土可根據(jù)需要澆筑成各種性質(zhì)和尺寸，適用于各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如空間薄殼、箱形結(jié)構(gòu)等。⑶耐久性和耐火性較好，維護(hù)費(fèi)用低：鋼筋有混凝土的保護(hù)層，不易產(chǎn)生銹蝕，而混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng)；混凝土是不良熱導(dǎo)體，30mm厚混凝土保護(hù)層可耐火2小時(shí)，使鋼筋不致因升溫過(guò)快而喪失強(qiáng)度。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念⑷現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，且通過(guò)合適的配筋，可獲得較好的延性，適用于抗震、抗爆結(jié)構(gòu)；同時(shí)防振性和防輻射性能較好，適用于防護(hù)結(jié)構(gòu)。⑸剛度大、阻尼大，有利于結(jié)構(gòu)的變形控制。⑹易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石易于就地取材，近年來(lái)，已有利用工業(yè)廢料來(lái)制造人工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性能。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：⑴自重大：不適用于大跨、高層結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)、高強(qiáng)和預(yù)應(yīng)力。⑵抗裂性差：普通RC結(jié)構(gòu)，在正常使用階段往往帶裂縫工作，環(huán)境較差(露天、沿海、化學(xué)侵蝕)時(shí)會(huì)影響耐久性；也限制了普通RC用于大跨結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)鋼筋無(wú)法應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土。⑶承載力有限：在重載結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu)，構(gòu)件尺寸太大，減小使用空間。高強(qiáng)、鋼骨、鋼管混凝土。⑷施工復(fù)雜，工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護(hù)），工期長(zhǎng)，施工受季節(jié)、天氣的影響較大。⑸混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞，其修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)比較困難。鋼模、飛模、滑模等，泵送、早強(qiáng)、商品、高性能、免振自密實(shí)混凝土等?；炷两Y(jié)構(gòu)加固技術(shù)不斷得到發(fā)展，如最近研究開(kāi)發(fā)的采用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，快速簡(jiǎn)便。第1章緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一般概念1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用

1824年英國(guó)人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水泥。

1849年法國(guó)人朗波(L.Lambot)用水泥砂漿涂在鋼絲網(wǎng)的兩面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(jié)構(gòu)的開(kāi)始應(yīng)用于土木工程距今僅150多年。

與磚石結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展非常迅速，目前混凝土結(jié)構(gòu)已成為大量土木工程結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)，而且高性能混凝土和新型混凝土結(jié)構(gòu)形式還在不斷發(fā)展。1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第1章緒論第一階段：從鋼筋混凝土的發(fā)明至本世紀(jì)初。鋼筋和混凝土的強(qiáng)度都比較低。主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱和基礎(chǔ)等構(gòu)件。計(jì)算理論：結(jié)構(gòu)內(nèi)力和構(gòu)件截面計(jì)算均套用彈性理論，采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法?；炷两Y(jié)構(gòu)的發(fā)展第1章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展第二階段：從本世紀(jì)20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后?；炷梁弯摻顝?qiáng)度的不斷提高。1928年法國(guó)杰出的土木工程師E.Freyssnet發(fā)明了預(yù)應(yīng)力混凝土，使得混凝土結(jié)構(gòu)可以用來(lái)建造大跨度。計(jì)算理論：前蘇聯(lián)著名的混凝土結(jié)構(gòu)專(zhuān)家格沃茲捷夫（Α.Α.Гвоздев）開(kāi)始考慮混凝土塑性性能的破損階段設(shè)計(jì)法，50年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算理論。第1章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)況及其應(yīng)用第三階段：二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在隨著建設(shè)速度加快，對(duì)材料性能和施工技術(shù)提出更高要求，出現(xiàn)裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、泵送商品混凝土等工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的發(fā)展、計(jì)算機(jī)的采用和先進(jìn)施工機(jī)械設(shè)備的發(fā)明，建造了一大批超高層建筑、大跨度橋梁、特長(zhǎng)跨海隧道、高聳結(jié)構(gòu)等大型工程，成為現(xiàn)代土木工程的標(biāo)志。設(shè)計(jì)計(jì)算理論：發(fā)展了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，基礎(chǔ)理論問(wèn)題大都得到解決，而新型混凝土材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)又不斷提出新的課題，并不斷促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展?；炷两Y(jié)構(gòu)的發(fā)展第1章緒論1.2混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)