钢筋混凝土课件

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1、课课程程：钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构(应应和和教教材材同同名名) 教教材材：水水工工混混凝凝土土结结构构第第1章章 绪绪论论主主讲讲教教师师：张张玉玉峰峰 mail： Tel:18627065242本章主要内容本章主要内容1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概念念 1.2 混混凝凝土土结结构构的的优优点点和和缺缺点点 1.3 混混凝凝土土结结构构的的应应用用与与发发展展 1.4 混混凝凝土土结结构构设设计计规规范范的的发发展展 1.5 本本课课程程的的主主要要授授课课内内容容及及特特点点课程性质：1.是我校水利水电工程、农业水利工程专业的专业基础必修课，是水文与水资源工程、港口海岸及治

2、河工程专业的专业基础选修课；2.是一门关键的学位课程；3.今后报考“注册结构工程师”的一门难度较大的重要科目。水水工工混混凝凝土土结结构构1.定义：以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝土结 构(体积含量60%)。2.混凝土结构的分类：素混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构素混凝土结构是指不配置任何钢材的混凝土结 构，如：混凝土重力坝。素混凝土结构由于承载力 低、性质脆，很少用来作为土木工程的受力结构；1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概念念钢筋混凝土结构一般意义上是指用圆钢筋作为配筋的普通混凝土结构，是由钢筋和混凝土这两种材料组成的结构。1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概

3、念念钢筋混凝土结构Reinforced Concrete Structure，直译“加强混凝土结构”，如果用“加强”的概念来定义 型钢混凝土结构钢管混凝土结构钢筋混凝土结构钢混凝土组合结构钢纤维混凝土结构1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概念念预应力混凝土结构是指在制作混凝土构件时，在其受拉部位人为地预先施加压应力的混凝土结构。如受弯构件(梁)跨度较大时，可采用预应力混凝土梁，在梁的受拉区预先施加压应力，以减小或防止梁的受拉部位产生裂缝。本书重点讲述钢筋混凝土结构的材料性能、设计原则、计算方法和构造措施，对于预应力混凝土结构，将在本书的第十章中介绍。1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基

4、本本概概念念3. 钢筋混凝土的本质钢筋混凝土是由钢筋和混凝土这两种力学性能完全不同的材料结合成一个整体，共同受力、共同变形的一种块体材料。混凝土是由水泥、石子、砂和水按一定比例混合拌和后凝固而成的非匀质、非弹性的人工石材。混凝土是一种抗压强度高而抗拉强度比较低的材料，其抗拉强度/抗压强度1/10，且其变形能力比较差，是一种脆性材料。1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概念念钢筋则是一种匀质的线弹性材料，其抗拉强度和抗压强度均很高。且其变形能力较好，是一种延性材料，但用细长的钢筋受压时易压屈。如果把钢筋和混凝土这两种材料有机结合，可大幅度提高构件的承载能力和变形能力。如图0-2所示的一根素

5、混凝土简支梁和一根钢筋混凝土简支梁，受一对称的集中荷载作用，对其进行破坏性试验。1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概念念图图0 0- -2 2素素混混凝凝土土梁梁与与钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁的的破破坏坏情情况况比比较较试验结果表明： (1) 当荷载较小时，截面上的应力和应变则同弹性材料的 梁一样，沿截面高度呈直线分布； (2) 随着荷载P的增加，截面上的应力和应变也逐渐增 加，由于混凝土的抗拉强度较低，当荷载P增大到一定数 值，受拉区边缘混凝土的应力达到其极限抗拉强度时该处的 混凝土被拉裂。P素素混混凝凝土土梁梁承承载载力力小小，破破坏坏突突然然PPP钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁承承载载力

6、力大大，变变形形性性 能能好好，破破坏坏有有预预告告1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概念念素砼梁与钢筋砼梁（3）开裂以后的破坏形态对于素混凝土梁来说，由于混凝土的变形能力较差，受拉区边缘混凝土一旦开裂，裂缝沿截面高度方向迅速裂穿，试件随即发生断裂破坏；对于钢筋混凝土梁来说，由于钢筋的存在，可限止裂缝的开展，试件不会因混凝土的开裂而发生断裂破坏。混凝土开裂后，裂缝截面处的拉应力转交给钢筋承担，受压区的应力由混凝土承担，故荷载还可进一步增加。直到受拉钢筋的应力达到屈服强度，受压区混凝土被压坏，钢筋混凝土梁才破坏。两种材料的力学性能都得到充分发挥。1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概

7、概念念(4) 破坏性质素混凝土梁：破坏是突然的，没有明显的预兆，属于脆性破坏。钢筋混凝土梁：发生破坏时，其变形和裂缝都发展得很充分，呈现出明显的破坏预兆，属于延性破坏。4. 配筋的作用（1）提高结构构件的承载能力；（2）调整结构的破坏形态。1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概念念5.讨论：在钢筋混凝土梁中，钢筋的配置位置要正确，否则，材料的力学性能也不能得到充分发挥。配筋的基本原则：使钢筋在结构中处于受拉；使混凝土在结构中处于受压。6.钢筋和混凝土共同工作的原因钢筋和混凝土是两种力学性能不同的材料，它们可以相互结合在一起共同工作的主要原因有：1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概

8、念念(1) 混凝土凝结硬化后，能与钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力，可保证两种材料变形协调，共同受力，不致产生相对滑移。粘结力是钢筋和混凝土共同工作的基础；(2) 钢筋的线膨胀系数为1.210-5/，混凝土的为(1.01.5)10-5/，二者比较相近。因此，当环境温度变化时，钢筋与混凝土之间不会产生较大的相对变形和温度应力而使它们之间的粘结力破坏。(3) 混凝土包裹在钢筋外部，可使钢筋免遭腐蚀或高温软化。1.1 混混凝凝土土结结构构的的基基本本概概念念1. 钢筋混凝土结构的优点与砖结构和木结构相比，混凝土结构的发展历史并不长，但发展迅速，迄今为止已在建筑、水利、道路、桥梁和港口工程中得以广泛

9、地应用，主要是由于钢筋混凝土结构具有下列优点。易于就地取材；材料利用合理；整体性好； 可模性好；耐久性好；耐火性好；节约钢材；阻止射线的穿透。1.2 混混凝凝土土结结构构的的优优点点和和缺缺点点2. 钢筋混凝土结构的缺点 自重大。对建造大跨度结构、超高层结构和抗震结构极为不利采用轻质高强混凝土； 易开裂。抗裂性差，对水工混凝土结构尤为不利采用预应力混凝土结构； 承载力有限。高层底部易于肥梁胖柱，减少有效空间 采用钢结构； 施工复杂。工序多、工期较长、受气候环境的影响较 大，需要较多的脚手架、模板可采用预制构件在现场装配，加快施工进度。 隔热隔声性能差。1.2 混混凝凝土土结结构构的的优优点点和

10、和缺缺点点(1)建筑工程 我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为 钢-混凝土组合结构。(2) 交交通通工工程程 隧隧道道、桥桥梁梁、高高速速公公 路路、轻轻轨轨、地地铁铁等等大大都都采采 用用混混凝凝土土结结构构。1.3 混混凝凝土土结结构构的的应应用用与与发发展展1. 混混凝凝土土结结构构的的应应用用(3) 水水利利水水电电工工程程、港港口口工工程程 大大坝坝、水水电电站站厂厂房房、蜗蜗壳壳、尾尾水水管管、闸闸墩墩、调调压压塔塔、渡渡 槽槽、码码头头等等一一般般都都采采用用混混凝凝土土结结构构。1.3 混混凝凝土土结结构构的的应应用用与与发发展展(4) 特种工程 核电站的安全

11、壳、热电厂的冷却塔、烟囱、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等多采用混凝土结构。1.3 混混凝凝土土结结构构的的应应用用与与发发展展2. 混凝土结构的早期发展 1824年，英国人约瑟夫阿斯匹丁(Joseph Aspdin)发明了波特兰水泥，有了混凝土； 1850年，法国人蓝波特(Joseph Louis Lambot)用铁丝网作 为配筋制成了钢筋混凝土的小船最早的钢筋混凝土结构； 1854年，英国学者威尔金森 (W.B.Wilkinson)制作出了第一个钢筋混凝土板，并取得了专利； 1861年，法国巴黎花匠约瑟夫莫尼埃(Joseph Monier)用钢丝作为配筋制作了花盆并获得了专利，后又申

12、请了钢筋混凝 土梁、板、管、拱桥等专利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 混凝土结构的发明者；1866年，德国学者Wayss, Bauschingger（包辛格）和 Koenen（克内恩）等等发表了相应的计算理论和计算方法， 1887年又发表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受拉区的概念和板的计算方法。之后，钢筋混凝土的推广应用才有了 较快的发展。 1872年，美国人在纽约建造了第一座钢筋混凝土房屋； 1928年，法国学者尤金弗雷赛纳特(Eugene Freyssinet)发明了预应力混凝土结构； 1931年，法国人建造了第一座预应力钢筋混凝土桥梁；3

13、.材料方面的发展(1) 混凝土强度不断提高：20世纪60年代混凝土的抗压强度 平均约为30MPa；20世纪70年代初已提高到40MPa；到20世纪 80年代初，在发达国家C60级混凝土已经普遍采用；近年来国 内外采用附加减水剂的方法可制成抗压强度最高到300MPa的混凝土。 (2) 纤维混凝土的应用(纤维：钢纤维、合成纤维、玻璃纤 维、碳纤维等)改善了混凝土的性能(提高抗裂、抗冲击、抗疲 劳等)。钢纤维混凝土广泛应用于公路路面、机场跑道、桥面等。 (3) 轻质混凝土的应用：加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩 混凝土、碎砖混凝土等，其容重约为：(1418)kN/m3(普通 混凝土为3。有利于保温、隔

14、热、隔音、吸能抗震。1.3 混混凝凝土土结结构构的的应应用用与与发发展展(4) 智能混凝土的研发：在混凝土中添加智能修复材料和智能传感材料，使其具有损伤修复愈合和损伤预警功能。 (5) 特种混凝土的应用：膨胀混凝土、自密实混凝土、聚合物混凝土、耐腐蚀混凝土和水下不分散混凝土等。 (6) 钢筋：强度由低向高发展，延性大幅度改善；目前在工 程上已出现采用型钢、碳(玻璃)纤维棒材或纤维增强聚合物 （简称FRP）筋代替钢筋进行配筋的情况。4.结构形式的发展(1) 预应力混凝土结构的应用：在大跨度桥梁、空间结构中施加预应力以提高结构的抗裂度和减轻自重。 (2) 结构体系丰富：不同用途、不同结构功能具有相

15、应的结 构体系：混凝土结构、钢-混凝土组合结构、FRP混凝土及预 应力混凝土结构等。如： 钢-混凝土组合结构方面： 钢板-混凝土组合结构用于地下结构； 压型钢板-混凝土板用于楼板结构； 型钢-混凝土组合梁用于桥梁结构； 型钢-混凝土重载柱用于超高层建筑； 钢管混凝土（钢管约束核心混凝土处于三向受压状态，提高 了混凝土的抗压强度、极限应变、承载力和延性）用于超高层建筑。 FRP混凝土结构方面：FRP管混凝土柱、 FRP-混凝土组合桥面板，因FRP耐腐蚀、强度高等优点，适合广泛应用于沿海和近海工程、桥梁结 构。5. 设计理论方面的发展半半经经验验、半半概概率率法法近近似似概概率率法法生生命命全全过

16、过程程设设计计法法20世世纪纪30年年代代以以前前 对对材材料料的的力力学学性性能能认认识识不不够够20世世纪纪初初，人人们们就就对对混混凝凝土土的的 塑塑性性性性能能进进行行了了研研究究，直直到到 1938年年，前前苏苏联联颁颁布布了了一一本本 混混凝凝土土结结构构设设计计规规范范20世世纪纪50年年代代允允许许应应力力设设计计法法破破坏坏阶阶段段设设计计法法极极限限状状态态设设计计方方法法1.3 混混凝凝土土结结构构的的应应用用与与发发展展材材料料力力学学法法：按按经经验验确确定定 安安全全系系数数:K Pp考考虑虑材材料料和和荷荷载载的的变变异异性性 应应用用概概率率理理论论，融融可可靠靠度度于于 多多个个系系数数中中的的实实用用设设计计表表达达式式: 0SR全全概概率率法法TJ 10-74 SDJ 20-1978照照搬搬前前