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1、2014/4/17 1 主要以混凝土为材料，并根据需要配置主要以混凝土为材料，并根据需要配置钢筋钢筋、预应力筋预应力筋、 型钢型钢、钢管钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为等，作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土结混凝土结 构构(Concrete Structure)。 素混凝土素混凝土 钢筋混凝土钢筋混凝土(RC) 预应力混凝土预应力混凝土(PC) 型钢混凝土型钢混凝土(SRC) 钢管混凝土钢管混凝土(STC) 钢钢-混凝土混合结构混凝土混合结构 FRP筋混凝土筋混凝土 纤维混凝土纤维混凝土 混凝土结构混凝土结构 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 钢钢-混凝土组合结构 新型混凝土结构 混凝
2、土组合结构 新型混凝土结构 Questions: 1. What disadvantages do RC structures have? 2. How to overcome the disadvantages? 3. What is the concept of Prestressed Concrete(PC)? 4. What is the difference in performance of PC beam compared with RC beam? 混凝土结构的混凝土结构的特点特点 素混凝土梁 L=1500mm 120 200 C20 P 钢筋混凝土梁 L=1500mm 120
3、 200 2 14 C20 P P=4.4 kN P=62.5 kN qk=10kN/m L0 跨度跨度5.2m的简支梁，截面尺寸的简支梁，截面尺寸200450mm2，作用均布活 载 ，作用均布活 载qk=10kN/m，均布恒载，均布恒载gk=5kN/m。 梁的跨中截面梁的跨中截面 L0 5.2m bh 200450 自重自重 gk 5kN M 67.6kNm fy HRB335 As 603mm2 Mk 50.7kNm f 16.4=L0/317 sk 232MPa wmax=0.3 0.23(0.25) 跨度增加一倍跨度增加一倍 10.4m 400900 20kN 513.76kNm HR
4、B335 2106mm2 405.6kNm 38.1=L0/273 264MPa 0.36(0.4) 跨度增加两倍跨度增加两倍 20.8m 8001900 80kN 5948.8kNm HRB335 12650mm2 4867.2kNm 88.8=L0/234 采用高强钢筋采用高强钢筋 5.2m 200450 5kN 67.6kNm A A T T785 308mm2 50.7kNm 32.2=L0/162 453MPa 0.68(0.75) 根据承载能力极限状态计算根据承载能力极限状态计算 1、普通钢筋混凝土在应用于大跨度结构时有其局限性、普通钢筋混凝土在应用于大跨度结构时有其局限性 2、高
5、强度钢材应用于普通钢筋混凝土结构时不能充分发挥其、高强度钢材应用于普通钢筋混凝土结构时不能充分发挥其 强度（受构件变形及裂缝宽度限制）强度（受构件变形及裂缝宽度限制） 2014/4/17 2 建筑物或构筑物完成预定功能要求：可靠性建筑物或构筑物完成预定功能要求：可靠性 耐久性耐久性 (Durability) 安全性安全性 (Safety) 适用性适用性 (Service ablity) 预 定 功 能 预 定 功 能 承载能力极限状态 承载能力极限状态 影响正常使用 振动、变形过大 对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等 心理承受：不安全感，振动噪声 影响正常使用 振动、变形过大 对非结构构
6、件的影响：门窗开关，隔墙开裂等 心理承受：不安全感，振动噪声 裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使 用寿命 外观感觉 裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使 用寿命 外观感觉 1. 水泥基材料服役特性与提升的关键科学问题 负责人：刘加平 金额：200万万 申请时间：2012 学科代码：混凝土结构材料(E080511) 项目批准号：51225801 申请单位：江苏省建筑科学研究院有限公司 研究类型：基础研究 关键词：抗裂性;耐久性;高性能化;基础理论;提升技术 2. 多壁碳纳米管水泥基复合材料的耐久性能及机理研究 负责人：王宝民 参与人：任铮钺, 潘宝峰, 艾红梅, 吕兴军, 韩瑜, 郭志
7、强, 马海楠, 张源 金额：83万万 申请时间：2012 学科代码：混凝土结构材料(E080511) 项目批准号：51278086 申请单位：大连理工大学 研究类型：基础研究 关键词：多壁碳纳米管;水泥基复合材料;耐久性;机理 3. 非理想相变控温混凝土温控机理研究 负责人：史巍 参与人：侯景鹏, 毕春丽, 李东, 黎燕霞, 杜冰, 艾建 金额：25万万 申请时间：2012 学科代码：混凝土结构材料(E080511) 项目批准号：51208082 申请单位：东北电力大学 研究类型：基础研究 关键词：非理想相变材料;相变控温;混凝土;建筑节能 4. 硅酸根、偏铝酸根电迁移反应致密化混凝土及其耐久
8、性研究 负责人：徐金霞 参与人：刘大智, 储洪强, 贾艳涛, 孙林林, 严海, 吴珊珊, 唐力, 崔立 金额：80万万 申请时间：2012 学科代码：混凝土结构材料(E080511) 项目批准号：51278168 申请单位：河海大学 研究类型：基础研究 关键词：电迁移反应;混凝土;孔结构;耐久性;提升方法 5. 新疆严寒盐渍地区锂渣粉对钢筋混凝土抗氯离子渗透性的影响及机理研究 负责人：温勇 参与人：张广泰, 肖正华, 罗玲, 邝艳华, 刘耘, 李梅, 姚亚楠 金额：50万万 申请时间：2012 学科代码：混凝土结构材料(E080511) 项目批准号：51268055 申请单位：新疆大学 研究类
9、型：基础研究 关键词：严寒;盐渍;锂渣;氯离子渗透性;机理研究 ct q ep Npc ct-pc N q 预应力 预应力 预应力 预应力 2014/4/17 3 ctpc 0 ctpctk 0f ctpctk f 预加压应力预加压应力 pc较大，受拉边缘处于受压状 态， 较大，受拉边缘处于受压状 态，不会出现开裂不会出现开裂； 受拉边缘应力虽然处于受拉状态，但拉应 力小于混凝土的抗拉强度， ； 受拉边缘应力虽然处于受拉状态，但拉应 力小于混凝土的抗拉强度，一般不会出现 开裂 一般不会出现 开裂； 受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然 会产生裂缝，但比普通钢筋混凝土构件的 ； 受拉边缘应力超
10、过混凝土的抗拉强度，虽然 会产生裂缝，但比普通钢筋混凝土构件的开 裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小 开 裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。 ct-pc N q 预应力一般通过张拉高强度钢筋、高强钢丝或钢绞线施予预应力一般通过张拉高强度钢筋、高强钢丝或钢绞线施予 对高强度钢材进行对高强度钢材进行预拉预拉，使其产生一定的初始变形，从而降低高，使其产生一定的初始变形，从而降低高 强度钢筋在构件强度钢筋在构件使用阶段使用阶段的变形量（的变形量（高强度钢筋的应用高强度钢筋的应用） 1、普通钢筋混凝土在应用于大跨度结构时有其局限性、普通钢筋混凝土在应用于大跨度结构时有其局限性 2、高强度钢材应用于普通钢筋混凝
11、土结构时不能充分发挥其、高强度钢材应用于普通钢筋混凝土结构时不能充分发挥其 强度（受构件变形及裂缝宽度限制）强度（受构件变形及裂缝宽度限制） 预应力预应力 预应力结构定义：预应力结构定义： 在结构承受外载荷之前，预先对其在外载荷作用下的在结构承受外载荷之前，预先对其在外载荷作用下的受拉受拉 区区施加施加压应力压应力，以改善结构使用性能的结构型式称之为预应力，以改善结构使用性能的结构型式称之为预应力 结构 。结构 。 预应力是改善构件抗裂性能的有效途径，同时也是使高强 度钢筋可以合理使用的一种 预应力是改善构件抗裂性能的有效途径，同时也是使高强 度钢筋可以合理使用的一种工艺方法工艺方法。 在混凝
12、土构件承受外载荷之前，对其受拉区预先施加在混凝土构件承受外载荷之前，对其受拉区预先施加压应压应 力力，就形成了预应力混凝土。这种预压应力可以部分或全部抵，就形成了预应力混凝土。这种预压应力可以部分或全部抵 消外载荷产生的消外载荷产生的拉应力拉应力，因而可，因而可推迟甚至避免推迟甚至避免裂缝的出现。裂缝的出现。 ACI（美国混凝土协会）定义：（美国混凝土协会）定义：预应力混凝土预应力混凝土是根据需要人为是根据需要人为 地引入某一数值与分布的地引入某一数值与分布的内内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力，用以全部或部分抵消外荷载 应力的一种加筋混凝土。应力的一种加筋混凝土。 预应力的基本原理并不限于
13、使用预应力的基本原理并不限于使用钢筋混凝土钢筋混凝土建 造的结构物，它同样可应用于 建 造的结构物，它同样可应用于 钢结构钢结构 砌体结构砌体结构 组合结构组合结构 膜结构膜结构 目标：目标： 较小使用阶段的变形较小使用阶段的变形 阻止或延迟裂缝出现阻止或延迟裂缝出现 1-1 预应力发展简史预应力发展简史 第一讲预应力总论第一讲预应力总论第一讲预应力总论第一讲预应力总论 1-2 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 1-3 预应力结构应用实例预应力结构应用实例 1-4 预应力结构发展方向预应力结构发展方向 一一. 预应力结构的简史预应力结构的简史 1-1 预应力发展简史预应力发展简史 生活中使
14、用预应力的实例生活中使用预应力的实例 2014/4/17 4 1886年年美国工程师美国工程师P.H.Jackson 1888年前后年前后德国的德国的C.E.W. Doehring 混凝土抗混凝土抗压压能力强，但抗能力强，但抗拉拉能力弱能力弱抵着抵着混凝混凝 土土预拉预拉钢筋使混凝土产生钢筋使混凝土产生压应力压应力，从而抵消由外，从而抵消由外 荷载在混凝土内所产生的荷载在混凝土内所产生的拉拉应力。应力。 钢筋的强度钢筋的强度 混凝土的收缩和徐变混凝土的收缩和徐变 混凝土混凝土收缩和徐变收缩和徐变产生与上述值不相上下的产生与上述值不相上下的缩缩 短量短量，钢筋的伸长最后可能完全消失钢筋的伸长最后
15、可能完全消失。 120MPa 0.06% 200000MPa f E 普通钢筋普通钢筋(HRB400)预加应力至预加应力至120MPa(fy/3)， 钢材弹性模量 ， 钢材弹性模量200GPa HRB400 HRB400 预应力混凝土的现代发展应归功于法国的预应力混凝土的现代发展应归功于法国的弗来西奈弗来西奈（E. Freyssinet）。他在）。他在1928年开始将年开始将高强度钢丝高强度钢丝用于预应力混凝土。用于预应力混凝土。 这种钢丝极限强度高达这种钢丝极限强度高达1725MPa，屈服点超过，屈服点超过1240MPa，预加 应力至大约 ，预加 应力至大约1000MPa时 ，产生的应变为时
16、 ，产生的应变为 1000MPa 0.5% 200000MPa f E 假定由于混凝土收缩和徐变以及其它因素引起的应变总损失 为 假定由于混凝土收缩和徐变以及其它因素引起的应变总损失 为0.08%，则在钢丝中仍能保留净应变，则在钢丝中仍能保留净应变0.5%-0.08%0.42%， 这相当于应力 ， 这相当于应力 200000MPa0.42%840MPafE 将将高强度钢丝高强度钢丝用于预应力混凝土，克服了因混凝土收缩和徐用于预应力混凝土，克服了因混凝土收缩和徐 变等造成的预应力变等造成的预应力完全丧失完全丧失问题，从而使预应力混凝土结构在 工程上得以广泛应用。 问题，从而使预应力混凝土结构在 工程上得以广泛应用。 高应力张拉状态高应力张拉状态 二二. 预应力混凝土结构的特点预应力混凝土结构的
