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1、第1章 绪 论1.1第1章 绪 论1.1第1章 绪 论返回总目录返回总目录 第1章 绪 论1.2第1章 绪 论1.2教学提示：本章主要讲述了混凝土结构的一般概念，重点阐述了性质不 同的两种材料(钢筋和混凝土)能够结合在一起共同工作的可能性和有效性 以及混凝土结构的特点；简要地介绍了钢筋混凝土结构在工程中的应用、 发展前景及混凝土结构设计规范(GB 500102002)，并对混凝土结构 课程的特点及学习方法提出了建议。教学要求：要求学生在了解混凝土结构一般概念的基础上，深刻理解和 掌握钢筋和混凝土共同工作的条件，充分认识钢筋与混凝土的优缺点，了 解钢筋混凝土结构在土木工程中的应用及发展前景，做好
2、学习本课程的准 备。第1章 绪 论1.3第1章 绪 论1.3 1.1 混凝土结构的一般概念 1.2 钢筋和混凝土共同工作的可能性 1.3 钢筋混凝土结构的分类 1.4 钢筋混凝土结构的特点 1.5 混凝土结构的发展概况及工程应用 1.6 导 学 1.7 思 考 题本章内容第1章 绪 论1.4第1章 绪 论1.41.1 混凝土结构的一般概念混凝土，一般是指由胶凝材料(水泥)，粗、细骨料(石子、砂粒)，水及其他 材料，按适当比例配制，拌和并硬化而成的具有所需形体、强度和耐久性 的人造石材。也被形象地称为“砼”。混凝土结构是以混凝土为主要材料制成的结构，包括素混凝土结构、钢筋 混凝土结构和预应力混凝
3、土结构等。诉混凝土结构是由无筋或不配置受力 钢筋的混凝土制成的结构，常用 于路面(如图1.1所示)和一些非承重 结构。图1.1 素混凝土路面 第1章 绪 论1.5第1章 绪 论1.51.1 混凝土结构的一般概念钢筋混凝土结构是由配置受力的普通 钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制 成的结构(如图1.2所示)。图1.2 钢筋混凝土梁 预应力混凝土结构是充分利用高强度 材料来改善钢筋混凝土结构的抗裂性 能的结构。是由配置受力的预应力钢 筋通过张拉或其他方法建立预应力的 混凝土结构(如图1.3所示)。图1.3 预应力混凝土板 第1章 绪 论1.6第1章 绪 论1.61.1 混凝土结构的一般概念钢筋混凝土
4、结构和预应力混凝土结构常用作土木工程中的主 要承重结构。在多数情况下混凝土结构是指钢筋混凝土结构 。钢筋和混凝土都是土木工程中重要的建筑材料，钢筋的 抗拉和抗压强度都很高，但混凝土的抗压强度较高而抗拉强 度却很低。为了充分发挥这两种材料性能的优势，把钢筋和 混凝土按照合理的组合方式有机地结合在一起共同工作，使 钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受压力，以满足工程结构 的使用要求。第1章 绪 论1.7第1章 绪 论1.7两端搁置在砖墙上的一根梁，在外力作用下会产生弯曲变形，上 部为受压区，下部为受拉区(如图1.4所示)。当此梁由素混凝土制 成时，由于混凝土抗拉强度很低，于是在很小的荷载作用下，梁 下
5、部受拉区边缘的混凝土就会出现裂缝，而受拉区混凝土一旦开 裂，在荷载持续作用下，裂缝会迅速向上发展，梁在瞬时间就会 骤然脆裂断开，而梁上部混凝土的抗压能力却还未能充分利用。 素混凝土梁的承载力很低。1.1 混凝土结构的一般概念图1.4 简支梁的受力分析第1章 绪 论1.8第1章 绪 论1.8当此梁在受拉区配置适量的钢筋，即构成钢筋混凝土梁。在荷载 作用下，梁的受拉区混凝土仍会开裂，但钢筋的存在，可以代替 受拉区混凝土承受拉力，裂缝不会迅速发展，受压区的压应力仍 由混凝土承受，因此，梁可以承受继续增大的荷载，直到钢筋的 应力达到其屈服强度。随后荷载仍可略有增加致使受压区混凝土 被压碎，混凝土抗压强
6、度得到了充分利用，梁终告破坏。可见， 配制在受拉区的钢筋明显地加强了受拉区的抗拉能力，从而使钢 筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁有很大的提高。这样，混凝土 的抗压能力和钢筋的抗拉能力都得到了充分利用，而且在梁破坏 前，其裂缝充分发展，其变形迅速增大，有明显的破坏预兆。结 构的受力特性得到显著改善。1.1 混凝土结构的一般概念第1章 绪 论1.9第1章 绪 论1.9承受压力的受压构件柱(如图1.5 所示)，通常也配置钢筋，以协助混 凝土承受压力，以达到减小柱的截 面尺寸、改善柱的受力性能、提高 柱的承载能力、增加柱的延性的目 的。1.1 混凝土结构的一般概念图1.5 柱的受力分析第1章 绪 论1.
7、10第1章 绪 论1.101.2 钢筋和混凝土共同工作的可能性钢筋和混凝土这两种物理和力学性能不同的材料，之所以可能有机地结合 在一起共同工作，主要是建立在以下的基础之上的。 黏结力是使这两种不同性质的材料结合在一起共同工作的基础。由于混 凝土中的水泥是胶凝材料，在混凝土硬化后，钢筋和混凝土之间存在黏结 力促成这两种性能不同的材料可能而有效地共同工作，承受荷载，并保证 钢筋与相邻混凝土的变形一致。 相近的温度线膨胀系数。混凝土的温度膨胀系数约在(1.01.5) /之间 ，钢筋的线膨胀系数为1.2 /。因此，当温度变化时，两种材料间不致产 生温度应力，不会产生较大的相对变形，不破坏结构的整体性，
8、使黏结得 以保持，不会在未受荷载之前，钢筋和混凝土之间就产生相互作用而产生 开裂或破坏。第1章 绪 论1.11第1章 绪 论1.11 防止钢筋锈蚀。暴露在空气介质中的钢材，由于受空气中酸 性介质的影响，很容易锈蚀，而埋在混凝土中的钢筋，受到呈 弱碱性的混凝土保护，只要钢筋至构件边缘间的保护层具有足 够的密实度和厚度以及控制构件裂缝不致过宽，混凝土能够起 着保护钢筋免遭锈蚀的作用，从而保证结构具有良好的耐久性 ，使钢筋和混凝土长期可靠地共同工作。1.2 钢筋和混凝土共同工作的可能性第1章 绪 论1.12第1章 绪 论1.121.3 钢筋混凝土结构的分类钢筋混凝土结构按结构受力状态和结构外形可分为
9、杆件系 统和非杆件系统两大类。杆件系统按其主要受力特点，分 为： 受弯构件，如各种独立的梁、板以及基础底板等。 受压构件，如柱、屋架的上弦和压腹杆等。 受拉构件，如储液池的池壁，屋架下弦和拉腹杆等。 受扭构件，如带有悬挑雨篷的雨篷梁(过梁)、吊车梁等 。 复合受力构件，如压弯构件、拉弯构件、弯扭构件、拉 弯扭构件等。 非构件系统可以是空间薄壁结构，也可以是外型复杂的大 体积结构。第1章 绪 论1.13第1章 绪 论1.13钢筋混凝土结构按照建造方式的不同，一般可分为现浇混凝土结构、装配式 混凝土结构和装配整体式混凝土结构。 现浇混凝土结构是由现场支模并整体浇筑而成的混凝土结构。它的整体性比 较
10、好，刚度比较大但生产较难工业化，施工工期长，模板用料较多。 装配式混凝土结构是由预制混凝土构件或部件通过焊接、螺栓等连接方式装 配而成的混凝土结构。采用装配式结构可使建筑事业工业化(设计标准化、制 造工业化、安装机械化)；制造不受季节限制，能加快施工进度；利用工厂有 利条件，提高构件质量；模板可重复使用，还可免去脚手架，节约木料或钢 材。目前装配式混凝土结构在建筑工程中已普遍采用。但装配式结构的接头 构造较为复杂，整体性较差，对抗震不利，装配时还需要有一定的起重安装 设备。 装配整体式混凝土结构是由预制混凝土构件或部件通过钢筋或施加预应力的 连接并现场浇注混凝土而形成整体的结构。预制装配部分通
11、常可作为现浇部 分的模板和支架。它比整体式结构有较高的工业化程度，又比装配式结构有 较好的整体性。 按结构的初始应力状态还可分为普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。(1-2) 1.3 钢筋混凝土结构的分类第1章 绪 论1.14第1章 绪 论1.141.4 钢筋混凝土结构的特点钢筋混凝土结构之所以有广泛的应用，是因为它有很多的优点：承载力高。和砌体、木结构相比，其承载力高。在一定条件下，可以用 来代替钢结构，达到节约钢材、降低造价的目的。耐久性好。在钢筋混凝土结构中，混凝土的强度随时间的增加而增长， 抗风化能力强，且钢筋受混凝土的保护而不易锈蚀，所以钢筋混凝土的 耐久性是很好的，不像钢结构那样
12、需要经常的保养和维修。处于侵蚀性 气体或受海水浸泡的钢筋混凝土结构，经过合理的设计及采取特殊的措 施，一般也可满足工程需要。整体性好。钢筋混凝土结构特别是现浇的钢筋混凝土结构，由于整体性 好，对于抵抗地震作用(或抵抗强烈爆炸时冲击波的作用)具有较好的性 能。第1章 绪 论1.15第1章 绪 论1.15电磁吸力由电磁机构产生，当电磁线圈断电时使触点恢复常态的力称为反耐火 性好。混凝土是热的不良导体，导热性差。混凝土包裹在钢筋之外，起着 保护作用。若有足够的保护层，就不致因遭受火灾时使钢材很快达到软化 的危险温度而造成结构整体破坏，与钢木结构相比，钢筋混凝土结构的耐 火性很好。 可模性好。钢筋混凝
13、土可根据设计需要浇制成各种形状和尺寸的结构。便 于建筑造型的实现和建筑设备、工程开孔、留洞需要。特别适宜于建造外 形复杂的大体积结构及空间薄壁结构。这一特点是砖、石、钢、木等结构 所没有的。 就地取材。钢筋混凝土所用的原材料砂和石，一般均较易于就地取材。在 工业废料(例如矿渣、粉煤灰等)比较多的地方，还可将工业废料制成人造骨 料用于钢筋混凝土结构中。 节约钢材。钢筋混凝土结构合理地发挥了材料的性能，在某些情况下可以 代替钢结构，从而节约钢材并降低造价。 刚度大，整体性好。钢筋混凝土结构刚度较大，现浇式钢筋混凝土结构的 整体性尤其好。宜用于变形要求小的建筑，也适用于抗震、抗爆结构.1.4 钢筋混
14、凝土结构的特点第1章 绪 论1.16第1章 绪 论1.16隔声性好。与钢、木结构相比，钢筋混凝土结构的隔声性能相对较好。 保养费省。钢筋混凝土结构很少需要维修，不像钢、木结构需要经常地保养。 但是钢筋混凝土结构也有不少缺点： 自重大。在承受同样荷重的情况下，混凝土构件的自重往往比钢结构构件大很 多，这对材料的消耗、建造大跨度结构和高层建筑以及抗震等都是不利的。但 也有不少措施可以用于减轻自重，例如：采用轻骨料制成的轻质混凝土；采用 受力性能好且能减轻自重的构件型式，如空心板、槽形板、薄腹梁、空间薄壁 结构等；还可以采用预应力混凝土结构，应用高强材料达到缩小构件截面尺寸 ，从而减轻自重。 抗裂性
15、能差。由于混凝土抗拉强度低，所以钢筋混凝土构件在使用阶段往往免 不了带有裂缝。当然，要是采用预应力混凝土就可以有效地提高构件的抗裂性 。 施工的季节性。在严寒地区冬季施工，混凝土浇筑后可能冻坏，这时可采用预 制装配式结构，也可在混凝土中掺加化学拌和剂加速凝结、增加热量，防止冻 结，还可以采用保温措施。在酷热地区或雨季施工，可采用防护措施，控制水 灰比，加强保养，或采用预制装配式结构。1.4 钢筋混凝土结构的特点第1章 绪 论1.17第1章 绪 论1.17费工、费模板。现场施工期长而建造的整体式钢筋混凝土结构比较费工 ；同时又需大量模板和支撑，且混凝土需要在模板内进行一段时间的养 护。采用装配式预制构件，将木模板改用可重复使用的钢模板或工具式 模板，以及采用顶升或提升等施工技术，可以不同程度地克服这些缺点 。 加固和拆修较费事。1.4 钢筋混凝土结构的特点第1章 绪 论1.18第1章 绪 论1.18钢筋混凝土结构与砖石砌体结构、钢木结构相比，历史并不长，至今约 有150年的历史，但发展很快。大体上可分为3个阶段。第一阶段：从钢筋混凝土发明至20世纪初。1824年英国人J.阿斯普汀 (J.Asptin)发明了波特兰水泥，1856年转炉炼钢成功，为钢筋混凝土的发 明提供了充分而坚实的物质基础。19世纪80年代初步奠定钢筋混凝土在 建筑工程上应
