第一章 混凝土設(shè)計原理緒論

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第一章緒論

本章要點混凝土和鋼筋的最基本力學(xué)性能；配筋的作用與要求；鋼筋與混凝土共同工作的條件；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點；學(xué)習(xí)本課程需注意的問題；一、混凝土結(jié)構(gòu)的定義和分類

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)，均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)，主要有：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)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)素混凝土結(jié)構(gòu)（PlainConcrere)：無筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（ReinforcedConcrete):由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（PrestressedConcrete):由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（SteelReinforcedConcrete):用型鋼或鋼板焊成的鋼骨架作為配筋的混凝土結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（ConcreteFilledTube):鋼管內(nèi)澆搗混凝土做成的結(jié)構(gòu)。

1、混凝土的基本特性：

◎抗壓強度高，而抗拉強度卻很低

◎一般抗拉強度只有抗壓強度的1/8~1/20

◎破壞時具有明顯的脆性性質(zhì)因此，素混凝土構(gòu)件在實際工程的應(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)。二、配筋的作用與要求1503002500素混凝土梁fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2Pcr=9.7kN150300

ftksc=ftk2500素混凝土梁跨中受拉邊緣應(yīng)力達到混凝土抗拉強度時，梁底將開裂，梁隨即破壞，表現(xiàn)為脆性斷裂，無明顯預(yù)兆。fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2Pcr=9.7kN150300ftsc=ft2500素混凝土梁Pu≈Pcrsc=ftk

ftk破壞時跨中截面受壓邊緣的壓應(yīng)力與抗拉強度相近，遠未達到混凝土的抗壓強度?；炷量箟簭姸雀叩奶攸c未得到充分利用。fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2Pcr=9.7kN150300ftsc=ft2500素混凝土梁Pu≈Pcrsc=ftk

ftkfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2★混凝土抗拉強度低，承載能力低?！镆涣丫蛪?，無明顯的預(yù)兆，脆性破壞?！锲茐臅r抗壓強度得不到充分發(fā)揮。2、

鋼材的基本特點

◎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◎細長的鋼筋受壓時極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件★鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就是將混凝土和鋼材這兩種材料有機地結(jié)合在一起，可以取長補短，充分利用材料的性能。1503002500鋼筋混凝土梁2f16在前面素混凝土梁底部配置2根鋼筋fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2Pcr=9.7kN

ftksc=ftk1503002500鋼筋混凝土梁2f16開裂前，與素混凝土梁受力類似。當(dāng)梁底應(yīng)力達到ftk時，梁受拉區(qū)將開裂。fck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁2f16受拉區(qū)開裂后，拉力由鋼筋承擔(dān)，荷載可以繼續(xù)增加。

ss

scfck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁2f16當(dāng)鋼筋應(yīng)力達到屈服后，鋼筋所能承受的拉力不能再繼續(xù)增加。梁的承載力比開裂前有很大增加。Py≈

50.0kNfyk

scfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fy鋼筋屈服后，梁的變形持續(xù)發(fā)展一段后，受壓區(qū)混凝土壓碎而達到極限承載力。Py≈

50.0kN

fcfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fy★鋼筋混凝土梁的承載力比素混凝土梁大大提高?！镤摻畹目估瓘姸群突炷恋目箟簭姸染玫匠浞掷?。★破壞過程有明顯預(yù)兆。Py≈

50.0kN

fcfck=13.4N/mm2ftk=1.54N/mm2fyk=335N/mm2Pcr=9.7kNftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu≈

52.5kNsc=ftftsssc2f16

fyPy≈

50.0kN

fc★但從開裂荷載到屈服荷載，在很長的過程帶裂縫工作；★通常裂縫寬度很小，不致影響正常使用?！锏芽p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)以及對裂縫和變形要求較高的結(jié)構(gòu)。如何解決？fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2

除在構(gòu)件的受拉區(qū)配筋外，還可：在構(gòu)件受壓區(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)點區(qū)、剪力墻等）配置箍筋或縱橫交錯的鋼筋。當(dāng)構(gòu)件受力很大時，可以直接配置鋼骨。還可以利用箍筋約束混凝土來提高混凝土的抗壓強度，甚至直接采用鋼管約束混凝土。采用纖維（鋼纖維、玻璃纖維等）與混凝土一起攪拌形成的纖維混凝土，其抗拉強度可以提高。在混凝土中配置適量的受力鋼筋，并混凝土主要承受壓力，鋼筋主要承受拉力，充分利用材料，提高結(jié)構(gòu)承載能力和變形能力的作用。受力鋼筋的布置和數(shù)量由計算和構(gòu)造要求確定，施工也要正確。預(yù)應(yīng)力混凝土梁◆鋼筋和混凝土之間存在有良好的粘結(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；◆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，兩種材料不會產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞。粘結(jié)力——Bond3、

鋼筋與混凝土共同工作的條件

1、優(yōu)點材料利用合理：鋼筋和混凝土的材料強度可以得到充分發(fā)揮，結(jié)構(gòu)承載力與剛度比例合適，基本無局部穩(wěn)定問題，對于一般工程結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)?？赡Ｐ院茫夯炷量筛鶕?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)，如空間薄殼等。耐久性和耐火性較好，維護費用低：鋼筋有混凝土保護層，不易產(chǎn)生銹蝕，而混凝土的強度隨時間而增長；混凝土是不良熱導(dǎo)體，30mm厚混凝土保護層可耐火2小時，使鋼筋不致因升溫過快而喪失強度。三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，且通過合適的配筋，可獲得較好的延性，適用于抗震、抗爆結(jié)構(gòu)；同時防振性和防輻射性能較好，適用于防護結(jié)構(gòu)。剛度大、阻尼大，有利于結(jié)構(gòu)的變形控制。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，已有利用工業(yè)廢料來制造人工骨料，或作為水泥的外加成分，改善混凝土的性能。

2、缺點自重大：不適用于大跨、高層結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)、高強和預(yù)應(yīng)力?？沽研圆睿浩胀≧C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)時會影響耐久性；也限制了普通RC用于大跨結(jié)構(gòu)，高強鋼筋無法應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力混凝土。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、鋼骨、鋼管混凝土。施工復(fù)雜，工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護），工期長，施工受季節(jié)、天氣的影響較大。鋼模、滑模等，泵送、早強、商品、高性能、免振自密實混凝土等。一旦破壞，其修復(fù)、加固、補強比較困難。四、混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

混凝土結(jié)構(gòu)約有150年的歷史，與鋼、木和砌體結(jié)構(gòu)相比，由于它在物理力學(xué)性能、材料來源以及工程造價等方面有許多優(yōu)點，所以發(fā)展速度很快，應(yīng)用也最廣泛。

我國是采用混凝土結(jié)構(gòu)最多的國家，在高層建筑和多層框架中大多采用混凝土結(jié)構(gòu)。

1824年英國人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水