混凝土结构课件第1章.ppt

1、土木工程学院建筑工程系夏珊2014年9月素混凝土结构素混凝土结构 钢管混凝土结构钢管混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 FRP筋混凝土结构筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构 钢钢-混凝土结构混凝土结构钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构 纤维混凝土纤维混凝土 素混凝土结构素混凝土结构素混凝土基础 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土梁钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构梁、柱、板组合预应力混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土空心楼板预应力混凝土结构预应力混凝土结构钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构钢骨混凝土柱钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构钢管混凝土结构钢管混凝土结构FRPFRP混凝土结构混凝土结构F

2、RPFRP筋混凝土结构筋混凝土结构钢钢- -混凝土组合结构混凝土组合结构钢钢- -混凝土组合结构混凝土组合结构PP三三.结构和构件结构和构件受弯构件受弯构件受压构件受压构件受拉构件受拉构件受扭构件受扭构件四四.混凝土结构的优缺点混凝土结构的优缺点强度高强度高 耐久性好耐久性好 耐火性好耐火性好 可模性好可模性好 整体性好整体性好 易于就地取材易于就地取材 节约钢材节约钢材自重大自重大 抗裂性差抗裂性差 隔热隔声性能较差隔热隔声性能较差 损坏后修复困难损坏后修复困难 施工耗费大量模板施工耗费大量模板 施工受季节性影响大施工受季节性影响大* 1824年，英国人年，英国人J. Aspdin 发明了波

3、特兰水泥，为混凝土的诞生奠定基础；发明了波特兰水泥，为混凝土的诞生奠定基础；* 1849年，法国人年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船-最早的钢筋混凝土结构；最早的钢筋混凝土结构；* 1861年，法国花匠年，法国花匠J. Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后又用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后又申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的受力原理

4、，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；发明者；* 1884年，德国人年，德国人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。到了推广应用。 从发明至从发明至2020世纪初，两种材料强度都很低。世纪初，两种材料强度都很低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱、基础等构件。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱、基础等构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，计算理论：

5、结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采取容许应力设计方法。采取容许应力设计方法。从从2020世纪世纪2020年代到第二次世界大战前后，两种材料强度年代到第二次世界大战前后，两种材料强度不断提高。不断提高。19281928年，法国杰出的土木工程师年，法国杰出的土木工程师E.FreyssnetE.Freyssnet发明发明了预了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用于建造大跨度。应力混凝土，使得混凝土结构可以用于建造大跨度。计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹杰夫开计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹杰夫开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，505

6、0年代又提年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。结构的基本计算理论。从第二次世界大战后至今，随着战后建设速度加快，对从第二次世界大战后至今，随着战后建设速度加快，对材料性能及施工技术提出了更高要求，出现装配式混凝材料性能及施工技术提出了更高要求，出现装配式混凝土结构，泵送商品混凝土等工业化生产技术。土结构，泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度工机械设备的发明，建造了一大批

7、超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。土木工程的标志。计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。凝土结构的发展。混凝土材料混凝土材料: : 高强高强、轻质、耐久、提高抗裂性、易于成型、外加、轻质、耐久、提高抗裂性、易于成型、外加剂、无砂混凝土

8、、纤维混凝土等剂、无砂混凝土、纤维混凝土等钢筋材料钢筋材料: : 高强、延性好、防腐、高粘结锚固性高强、延性好、防腐、高粘结锚固性2.结构体系方面的发展结构体系方面的发展预应力混凝土结构的应用预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度, , 减减轻构件的自重轻构件的自重。钢和混凝土组合结构的应用钢和混凝土组合结构的应用 在混凝土构件中配置型钢或在钢管中填充混凝土在混凝土构件中配置型钢或在钢管中填充混凝土, ,其强度高、截其强度高、截面小、延性好。面小、延性好。结构体系的丰富结构体系的丰富 不同用途、不同结构功

9、能具有相应的结构体系不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系; ;同一结构中可以同一结构中可以同时使用钢构件同时使用钢构件、钢钢- -混凝土组合构件和混凝土构件组成钢混凝土组合构件和混凝土构件组成钢- -混凝土混凝土混合结构混合结构。PP设计方法设计方法允许应力允许应力设计法设计法破坏阶段破坏阶段设计法设计法极限状态极限状态设计法设计法半经验半概率法半经验半概率法近似概率法近似概率法全概率法全概率法生命全过程设计法生命全过程设计法材料力学的方法材料力学的方法按经验法确定安按经验法确定安全系数全系数结构基本理论结构基本理论-如何设计一个新结构如何设计一个新结构荷载的确定方法荷载的确定方法结构的力

10、学分析：线性和非线性结构的力学分析：线性和非线性构件的承载力计算、设计方法和构造措施构件的承载力计算、设计方法和构造措施未来的方向：未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用善与应用。 结构基本理论结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（旧结构的维护、改造与加固（80年代中年代中期发展起来）期发展起来）承载力计算承载力计算耐久性评估耐久性评估寿命预测寿命预测损伤分析损伤分析加固理论加固理论修复理论修复理论灾害评估等灾害评估等 厂房、住宅、办公楼等多高层建筑广泛采用混凝土结构。我国超过厂房、住宅、办公楼等多高层建筑广泛采用

11、混凝土结构。我国超过100m100m的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构。的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构。 隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如19941994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，杨浦大桥的塔架，19951995年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等峡隧道等。 大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土

12、结构大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构。 如核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、如核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等电视塔等。 上海莘庄大型立交工程该工程由15条线路，6条主线、20个定向匝道构成；占地面积45.8公顷，整个立交桥梁结构长度11.1公里、面积8.4万平方米。基本构件基本构件受力形态受力形态受弯构件受弯构件 梁、板梁、板受弯、受剪受弯、受剪受压构件受压构件柱、墙、柱、墙、 受压弦杆受压弦杆受压弯受压弯受压剪受压剪双向受压弯双向受压弯受扭构件受扭构件雨蓬梁雨蓬梁 柱柱受扭受扭受弯、剪、扭受弯、剪、扭受压、弯、剪、

13、扭受压、弯、剪、扭受拉构件受拉构件受拉弦杆受拉弦杆受拉弯受拉弯梁柱节点梁柱节点受剪受剪基本理论基本理论受力性能受力性能理论分析理论分析工程应用工程应用构件设计构件设计结构设计结构设计1. 1.构件和结构设计是一个综合性问题构件和结构设计是一个综合性问题 设计过程包括结构方案、构件选型、配筋构造、施工方案等，设计过程包括结构方案、构件选型、配筋构造、施工方案等， 还需要考虑安全适用和经济合理。还需要考虑安全适用和经济合理。 设计中许多数据可能有多种选择方案，因而设计结果不是唯设计中许多数据可能有多种选择方案，因而设计结果不是唯一的。一的。 最终设计结果应经过各种方案的比较，综合考虑使用、材料、最

14、终设计结果应经过各种方案的比较，综合考虑使用、材料、造价、施工等各项指标的可行性，才能确定较为合适的一个造价、施工等各项指标的可行性，才能确定较为合适的一个设计结果。设计结果。2. 2. 工程项目建设是国家的重要工作，必须依照国家颁布的法规工程项目建设是国家的重要工作，必须依照国家颁布的法规进行进行 强制性法规强制性法规具有法律效应具有法律效应 国家技术标准国家技术标准合同合同 行业技术标准行业技术标准不低于国家标准，合同不低于国家标准，合同 企业技术标准企业技术标准不低于国家标准，竞争不低于国家标准，竞争2. 2. 工程项目建设是国家的重要工作，必须依照国家颁布的法规工程项目建设是国家的重要

15、工作，必须依照国家颁布的法规进行进行l设计人员必须遵照各种结构类型的设计人员必须遵照各种结构类型的设计规范或规程设计规范或规程进行设计。进行设计。l各种设计规范或规程各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件，其目的是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保证设是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保证设计质量和工程项目的安全可靠。计质量和工程项目的安全可靠。l注意在学习中，有关基本理论的应用最终都要落实到规范的注意在学习中，有关基本理论的应用最终都要落实到规范的具体规定。具体规定。2. 2. 工程项目建设是国家的重要工作，必须依照国家颁布的法

16、规工程项目建设是国家的重要工作，必须依照国家颁布的法规进行进行l由于工程结构类型很多，不同的结构类型对应不同的规范或由于工程结构类型很多，不同的结构类型对应不同的规范或规程。规程。l混凝土结构的基本理论是一致的，应重点学好基本理论。混凝土结构的基本理论是一致的，应重点学好基本理论。l本学期以基本理论为主，并结合主要用于建筑结构的本学期以基本理论为主，并结合主要用于建筑结构的混凝混凝土结构设计规范土结构设计规范学习。学习。3. 3. 设计工作是一项创造性工作设计工作是一项创造性工作l一方面，在设计中只能按照规范的条例进行；一方面，在设计中只能按照规范的条例进行；l另一方面，只有深刻理解规范的理论

17、依据，才能更好的应用另一方面，只有深刻理解规范的理论依据，才能更好的应用规范，充分发挥设计者的主动性和创造性。规范，充分发挥设计者的主动性和创造性。l某种意义上说，规范是给傻瓜设计师编写的。某种意义上说，规范是给傻瓜设计师编写的。l注意学习体会工程中的创造性。注意学习体会工程中的创造性。l本学科还在不断发展更新，设计工作也不应被规范和规程所本学科还在不断发展更新，设计工作也不应被规范和规程所束缚，在试验和理论均得到可靠论证后，应积极采用先进的束缚，在试验和理论均得到可靠论证后，应积极采用先进的理论技术。规范一般十年修订一次，为的就是反映学科最新理论技术。规范一般十年修订一次，为的就是反映学科最

18、新发展成果。发展成果。3. 3. 设计工作是一项创造性工作设计工作是一项创造性工作l美国美国ACIACI混凝土结构设计规范的第一章第一句话：混凝土结构设计规范的第一章第一句话： “本规范仅提供设计与施工本规范仅提供设计与施工的最低要求的最低要求” 也就是说，设计人员应从具体出发采用不同于规范的要求。也就是说，设计人员应从具体出发采用不同于规范的要求。l美国公路部门的美国公路部门的ASSHTOASSHTO桥梁设计规程写得更清楚：桥梁设计规程写得更清楚： “本规程无意取代设计人所具有的专门教育和工程判断的训本规程无意取代设计人所具有的专门教育和工程判断的训练，仅在规程中规定为保证公共安全的最低要求

19、。业主和设练，仅在规程中规定为保证公共安全的最低要求。业主和设计人可能需要在设计中采用新的先进技术，或需对材料及施计人可能需要在设计中采用新的先进技术，或需对材料及施工质量提出更高的要求。工质量提出更高的要求。”(1)(1)某些理论处在半经验半理论状态，应注意公式的适用条件。某些理论处在半经验半理论状态，应注意公式的适用条件。(2) (2) 注意两种材料的配比。注意两种材料的配比。(3) (3) 设计过程是一个复杂的过程设计过程是一个复杂的过程, , 考虑适用、经济、安全、施工可考虑适用、经济、安全、施工可行。行。(4)(4)正确地看待规范。正确地看待规范。(5)(5)充分发挥设计人员的主观能动性。充分发挥设计人员的主观能动性。(6)(6)学以致用学以致用, ,不仅是懂得一些理论，更重要的是实践和应用。不仅是懂得一些理论，更重要的是实践和应用。