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1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 Concrete Structure Design Theory 主讲教师主讲教师：隋莉莉隋莉莉 深圳大学土木工程学院深圳大学土木工程学院 绪绪 论论 第第1 1章章 混凝土结构用材料的性能混凝土结构用材料的性能 第第2 2章章 混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法 第第3 3章章 受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算 第第4 4章章 受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算 第第5 5章章 受压构件承载力计算受压构件承载力计算 第第6 6章章 受扭构件承载力计算受扭构件承载力计算 第第7 7章章 轴心拉构件承载力计算轴心拉构件承载力计
2、算 第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性 第第9 9章章 钢筋混凝土肋梁楼盖钢筋混凝土肋梁楼盖 绪绪 论论 Introduction 混凝土结构的概念和特点混凝土结构的概念和特点 混凝土结构的发展概况混凝土结构的发展概况 混凝土结构的符号体系混凝土结构的符号体系 混凝土结构的计量单位混凝土结构的计量单位 本课程的学习内容本课程的学习内容 学习方法学习方法 绪论 主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、 预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材 料的结构，均可称为料的结构，均可
3、称为混凝土结构混凝土结构 ( (Concrete Structure)。也写作：。也写作：砼结构砼结构 一、混凝土结构的概念和特点 绪论 1 1、混凝土结构的概念、混凝土结构的概念 素混凝土结构素混凝土结构（Plain Concrete) 钢筋混凝土梁钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete) 钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube) 钢骨混凝土柱1.1 混凝土结构一般概念和特点 钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete) 预应力混凝土结构（Prestressed Concrete) 钢-混凝土混合
4、结构(Composite Structure) (Hybrid Structure) 纤维增强塑料混凝土（Fiber Reinforced Plastic) 素混凝土结构：素混凝土结构： Plain concrete structure 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构： Reinforced concrete structure 预应力混凝土结构：预应力混凝土结构： Prestressed concrete structure 钢管混凝土结构钢管混凝土结构: Concrete-filled tube structure (钢骨钢骨)劲性混凝土：劲性混凝土： Still-reinforced c
5、oncrete structure 钢钢- -混凝土混合结构混凝土混合结构: : Composite Structure （Hybrid Structure） 纤维增强混凝土结构纤维增强混凝土结构：FRP concrete structure 2、为什么要将钢筋配置在混凝土中？ 砼： 抗压强度高，抗拉强度低，性脆； 钢筋：抗拉、抗压强度高，塑性好。 Pcr = 9.7kN 150 300 fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 ft s sc= ft 2500 素混凝土梁 Pu Pcr s sc= ft ft 破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到破坏时跨中截面受压
6、边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。 Pcr = 9.7kN fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2 ft s sc= ft 150 300 2500 钢筋混凝土梁 Pu 52.5kN s sc= ft ft s ss s sc 2f16 fy 配置钢筋后，配置钢筋后，RC梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明显
7、预兆。显预兆。(As/bh=1%) Py 50.0kN fc 受压构件中配置受压钢筋受扭构件配筋螺旋箍筋约束混凝土梁中配置箍筋图 1-3 常见配筋方式良好的粘结力（Bond）：在荷载作用下，可 以保证两种材料协调变形，共同受力； 温度线膨胀系数:钢材为1.210-5(/t) 混凝土为(1.01.510-5）(/t) (3)钢筋至混凝土构件边缘之间的混凝土保护层： 砼保护钢筋不锈蚀。 3 钢筋与混凝土共同工作的条件 优点优点(merits)： 材料利用合理材料利用合理 （2）就地取材就地取材 （3）可模性好可模性好 （4）耐久性和耐火性较好耐久性和耐火性较好，维护费用低维护费用低 （5）整体性好
8、整体性好，刚度大刚度大 4、钢筋混凝土结构的特点、钢筋混凝土结构的特点 缺点缺点(demerits)： 自重大：不适用于大跨、高层结构。自重大：不适用于大跨、高层结构。 轻质、高强和预应力。轻质、高强和预应力。 抗裂性差：普通抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作， 环境较差环境较差(露天、沿海、化学侵蚀露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了时会影响耐久性；也限制了 普通普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。用于大跨结构，高强钢筋无法应用。 预应力混凝土。预应力混凝土。 承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太承载力有限：
9、在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太 大，减小使用空间。大，减小使用空间。 高强、钢骨、钢管混凝土。高强、钢骨、钢管混凝土。 施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长， 施工受季节、天气的影响较大。施工受季节、天气的影响较大。 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。 钢模、飞模、滑模等，钢模、飞模、滑模等， 泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等。泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等。 混凝土结构加固技术混凝土结构加固技术不断得到发展，如最近研究开发的采
10、用碳不断得到发展，如最近研究开发的采用碳 纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。 1824年英国人阿斯普丁年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。发明硅酸盐水泥。 1849年法国人朗波年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝制造了第一只钢筋混凝 土小船。土小船。 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。 混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。多年。 与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不 长，但发展非常
11、迅速，目前混凝土结构已成为大量土木长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量土木 工程结构中最主要的结构，而且工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土高性能混凝土和和新型混新型混 凝土结构凝土结构形式还在不断发展。形式还在不断发展。 二、混凝土结构的发展简况及应用 第一阶段：第一阶段： 从钢筋混凝土的发明至上世纪初。从钢筋混凝土的发明至上世纪初。 钢筋和混凝土的强度都比较低。钢筋和混凝土的强度都比较低。 主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等 构件。构件。 计算理论计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性：结构内力和构件截面计算均套用弹性 理论
12、，采用容许应力设计方法。理论，采用容许应力设计方法。 混凝土结构的发展 混凝土结构的发展 第二阶段：第二阶段： 从本世纪从本世纪2020年代到第二次世界大战前后。年代到第二次世界大战前后。 混凝土和钢筋强度的不断提高。混凝土和钢筋强度的不断提高。 19281928年法国杰出的土木工程师年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应发明了预应 力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度。力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度。 计算理论计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫 （.）开始考虑混凝土塑性性能）开始考虑混凝土塑性性能 的破损阶段
13、设计法，的破损阶段设计法，5050年代又提出了极限状态设计法，年代又提出了极限状态设计法， 奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。 第三阶段第三阶段：二战以后到现在：二战以后到现在 随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要 求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工 业化生产技术。业化生产技术。 C10-C25-C60-C80-C100-C200 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
14、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。 设计计算理论：设计计算理论：以概率理论为基础的极限状态设计法，以概率理论为基础的极限状态设计法， 三、混凝土结构的符号体系三、混凝土结构的符号体系 采用主体符号或带上、下标的主体符号如采用主体符号或带上、下标的主体符号如 M、fy、 主体符号：用斜体大，小写字母主体符号：用斜体大，小写字母 上、下标：用小写正体字母上、下标：用小写正体字母 例外：例外： f cE yf
15、lsE四、计量单位 力：力：N（牛顿），（牛顿），kN(千牛千牛) 应力：应力：N/mm2, MPa(兆帕兆帕) 长度：长度：mm、cm、m 五、学习内容 （1）材料性能 （2）设计方法 受弯构件（弯剪） 受压构件 受拉构件 受扭构件 变形，裂缝计算 楼盖设计 单厂设计 多、高层建筑 框架结构 构构 件件 设设 计计 基基 础础 知知 识识 结结 构构 设设 计计 受压构件受扭构件受弯构件受拉构件受弯构件受压构件六、学习中应注意的问题 截面的基本受力形态有：截面的基本受力形态有： 正截面受力正截面受力 斜截面受剪斜截面受剪 扭曲截面受扭扭曲截面受扭 基本构件的受力往往是基本受力形态的复合基本构
16、件的受力往往是基本受力形态的复合 基本构件基本构件受力形态受力形态受弯构件受弯构件?板梁受弯、受剪受弯、受剪受压构件受压构件?受压弦杆柱、墙受压弯受压弯 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 柱柱受扭受扭 受弯、剪、扭受弯、剪、扭 受压、弯、剪、扭受压、弯、剪、扭 受拉构件受拉构件? 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 工程应用工程应用 问题的复杂性问题的复杂性 问题的综合性问题的综合性 问题不是单一的问题不是单一的 解答是不唯一的解答是不唯一的 受力性能受力性能 理论分析理论分析 构件设计构件设计 结构设计结构设计 材料的力学性能材料的力学性能 两种材料的
