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1、1,混凝土结构原理与设计,华中科技大学文华学院,主讲教师：符蓉,2,0 绪论,本章提要 混凝土结构分类和结构组成材料 不同组成材料共同工作的原因 混凝土结构的优缺点 本课程学习方法 符号和量纲,3,0.1 混凝土、钢筋、混凝土结构,1. 混凝土、钢筋混凝土和钢筋是两种不同性质的材料。混凝土(concrete) 非匀质、非连续、非弹性; 抗压强度较高而抗拉强度很低;破坏呈脆性,与石材类似;混凝土的性能还与时间有关。钢筋(steel bar)_ 材质均匀,是较理想的匀质弹性材料;抗拉强度和抗压强度都很高。,4,2. 混凝土结构,(1).三种结构形式1) 钢筋混凝土结构_混凝土主要承受压力,钢筋承受
2、拉力(或部分压力);2)预应力混凝土结构_ 改善钢筋混凝土结构构件性能;3)素混凝土结构_ 用于设备基础、地面、大体积混凝土。,5,正在施工的华夏学院教学楼,6,素混凝土结构和 钢筋混凝土结构,素混凝土梁因混凝土抗拉强度低,承载力小，破坏突然,钢筋混凝土梁在受拉混凝土开裂后,钢筋继续承担拉力,承载力大，变形性能好，破坏有预告,7,(2). 混凝土和钢筋共同工作的原因,混凝土和钢筋之间有良好的粘结力，两者可以牢固地结合在一起，共同受力，共同变形 :, 两者的温度线膨胀系数很接近，可避免产生较大的温度应力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋： 1.2 10-5, 混凝土包裹在钢筋的外部，
3、其碱性环境可使钢筋免于锈蚀。,8,3. 混凝土结构构件的类型 按照构件的受力状态可分为:受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件,9,(1).受弯构件,是最基本的受力构件 如楼盖、屋盖、楼梯、挡土墙 以梁或板的形式出现 承受荷载作用下产生的弯矩M和剪力V,10,(2).受压构件,是另一种最基本的受力构件 在房屋结构中通常竖向放置,以柱或墙的形式出现 主要承受轴向压力 N,还有弯矩M和剪力V,11,4 .混凝土结构的优缺点,(1).优点：耐久性好耐火性好整体性好可模性好就地取材节约钢材,(2).缺点：自重较大容易开裂施工繁琐工期受季节性影响隔热隔声性能差,随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服,12
4、,0.2 混凝土结构的发展 1. 钢筋混凝土结构的诞生,* 1824年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；,* 1849年，法国人Joseph Louis Lambot 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；,13,* 1861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，后由申请年了钢筋混凝土板、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；,* 1884年，德国人Wayss, Bauschingger和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢
5、筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。,14,2. 混凝土结构的发展 (1).材料方面的发展,强度不断提高美国60年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代 ：42N/mm2，有特殊需要时： 40N/mm2100 N/mm2，试验室中： 266 N/mm2,15,轻质混凝土的应用,容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等,16,无砂混凝土 只有粗骨料，无细骨料,FRP筋的应用FRP筋主要由碳素纤维制作而成用FRP筋代替钢筋,具有高强、耐腐蚀等优点,17,(2).结构方面的发展,预应
6、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，减轻构件的自重,结构体系的丰富不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等,18,(3).理论研究方面的发展,设计方法,允许应力设计法,破坏阶段设计法,极限状态设计法,半经验半概率法,近似概率法,全概率法,生命全过程设计法,材料力学的方法,按经验法确定安全系数,19,(4).结构设计方法的发展,结构基本理论-设计方法-如何设计一个新结构,荷载的确定方法,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,未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体
7、空间作用分析方法的完善与应用,20,结构基本理论-计算机仿真技术的应用,21,结构基本理论-结构试验技术的完善,22,3 .混凝土结构的应用 (1)房屋工程,我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构,23,(2)交通工程,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1994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，1995年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等,24,(3).水利工程,大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构,瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝,我国湖
8、北宜昌的三峡大坝，高186m，装机容量1786千瓦,25,(4).特种工程,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,26,0.3 本课程的特点和学习方法 1. 本课程的特点,本课程是土木工程专业的一门学科基础课和主要专业技术课,有如下特点:,混凝土材料的特殊性,公式的实验性、公式的适用性,解答的多样性、设计的规范性 混凝土结构设计规范 GB50010-2010,27,2. 学习方法,注意本课程与相关课程尤其是“材料力学”、“结构力学”课程的异同点，正确运用已有的力学知识解决实际问题,如平衡条件、变形协调条件等;,混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上，很多公式不能有严密的逻辑推导得出，只能由试验结果回归而成。学习和应用时要注意思维方式的转变;,结构设计单靠理论分析还不够，还要辅以一定的构造措施，才能保证安 全可靠,这也是本课程的难点;,注意理论联系实际，积累一定的感性认识，对学习本课程十分有益。,28,0.4 本书的主要符号和计量单位,1. 符号采用主体符号带上、下标的书写方法,主体符号如材料强度 f ,弹性模量 E,内力符号M、N、V、T,截面几何特征b、h、A等等。2 . 计量单位采用以牛顿亳米制(N mm)为基础的法定计量单位。,
