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1、,第一章 钢筋混凝土结构的基本 概念及材料的物理力学性能,2018/9/17,目录,钢筋混凝土结构的基本概念 混凝土结构的发展状况 混凝土的强度指标及变形性能 钢筋的强度指标及变形性能 钢筋和混凝土的粘结性能,2018/9/17,以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管或纤维等形成的主要承重结构，均可称为混凝土结构（Concrete Structures）。,1.钢筋混凝土结构的基本概念,素混凝土 Plain Concrete,纤维增强混凝土 Fiber Reinforced Concrete,钢骨混凝土 Steel Reinforced Concrete,钢筋混凝土 Rei
2、nforced Concrete,钢管混凝土 Concrete Filled Steel Tube,预应力混凝土 Prestressed Concrete,钢混凝土组合结构 Composite Structure,1基本概念,2018/9/17,混凝土结构的特点,由上述对比试验可知：钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高（14倍）；素混凝土梁破坏突然，没有明显预兆；而钢筋混凝土梁则表现出较好的延性，破坏前有明显预兆；钢筋混凝土梁最终由于混凝土被压碎而破坏，此时钢筋已经屈服，钢筋和混凝土的材料强度均得到充分利用。,1基本概念,2018/9/17,抗压强度高，而抗拉强度却很低通常抗拉强度只有抗压
3、强度的1/81/20破坏时具有明显的脆性特征,混凝土的材料特性,1基本概念,2018/9/17,抗拉和抗压强度都很高具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性细长的钢筋受压时极易压曲,钢筋的材料特性,1基本概念,2018/9/17,将混凝土和钢筋这两种材料有机地结合在一起， 可以取长补短，充分发挥各自的材料性能。共同工作的主要原因： *混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形 * 两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，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，可使钢筋免于腐蚀或高温软
4、化,1基本概念,2018/9/17,目录,钢筋混凝土结构的基本概念 混凝土结构的发展状况 混凝土的强度指标及变形性能 钢筋的强度指标及变形性能 钢筋和混凝土的粘结性能,2018/9/17,2.混凝土结构的发展状况,混凝土结构的发展取决于混凝土材料的发展 2.1 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；,* 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
5、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。,2018/9/17,强度不断提高，性能不断改善美国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,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
6、土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等,无砂混凝土(Non-fines concrete):只有粗骨料，无细骨料容重小，水的毛细现象不显著，透水性大，水泥用量少，施工简单,FRP筋的应用(强度高，质量轻，抗腐蚀)用FRP筋代替钢筋,2.2 材料方面的发展,2 发展状况,高强，高流动性，自密实，质量轻,2018/9/17,2.3 结构方面的发展,2 发展状况,预应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,2018/9/17,2.4 理论
7、研究方面的发展,2 发展状况,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,按经验法确定安全系数,材料力学的方法,2018/9/17,结构基本理论-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,计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用,2.4 理论研究方面的发展,2 发展状况,2018/9/17,2.4 理论研究方面的发展,结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）,承载力计算,耐久性评估,寿命预测,损伤分析,加固理论,修复理论,灾害评估等,2 发展状
8、况,2018/9/17,2.4 理论研究方面的发展,2 发展状况,结构基本理论-计算机仿真技术的应用 Ansys, Abaqus, Femap，PKPM,2018/9/17,2.5 混凝土结构的应用,2 发展状况,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,http:/ ：位于中国台北，2004年建成，共101层，楼高1671英尺(509米)，到目前为止，是世界上最高的建筑物。八根巨型的钢管混凝土,2018/9/17,马来西亚首都吉隆坡的双子塔：(Petronas Towers)，高1483英尺(452米)，88层。这两座高楼于1998年完工，也是目前
9、世界上最高的双子楼。钢骨混凝土，C80,http:/ 发展状况,2018/9/17,上海环球金融中心（492米）,阿拉伯酋长国 迪拜摩天大楼（ 800米）,国际金融中心 （415米）,2018/9/17,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。,2 发展状况,2018/9/17,Raftsundet Bridge is a balanced cantilever cast-in-place segmental with the longest span in the world for a prestressed concrete bridge. The main
10、 span at Raftsundet Bridges is 298 meters,deck prestressed concrete piers reinforced concrete deck of main span prestressed lightweight concrete,2018/9/17,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,湖北宜昌的三峡大坝，高186m，装机容量1786千瓦,2 发展状况,2018/9/17,http:/ （549米） 预应力混凝土结构,2 发展状况,2018/9/17,h
11、ttp:/ 450吨800吨50吨;最引人瞩目的是长118米、重450吨的钢天线桅杆,2018/9/17,钢 筋,混 凝 土,两者间的粘结,强 度,变 形,粘结破坏的 过程和机理,2018/9/17,目录,钢筋混凝土结构的基本概念 混凝土结构的发展状况 混凝土的强度指标及变形性能 钢筋的强度指标及变形性能 钢筋和混凝土的粘结性能,2018/9/17,3.混凝土的强度指标及变形性能,Paste,Sand,Mortar,Gravel,Concrete,Cement,Water,混凝土结构的三个层次 Micro：水泥石 Meso：水泥砂浆 Macro：砂浆和粗骨料,混凝土材料是由水泥、砂、石子和水按
12、一定比例组成，经凝结和硬化形成的，属于复合材料。,2018/9/17,3 砼,3.1 混凝土强度(Strength of Concrete),混凝土立方体抗压强度,混凝土轴心抗压强度,混凝土抗拉强度,混凝土复合强度,Cubic Compressive Strength,Compressive Strength,Tensile Strength,Multi-Strength,抵抗外力产生的某种应力的能力,2018/9/17,3 砼,2018/9/17,3 砼,混凝土立方体抗压强度fcu,不涂润滑剂,涂润滑剂,混凝土强度等级应按边长为150mm立方体试件的抗压强度标准值确定。抗压强度标准值系指用标
13、准方法制作、养护至28d龄期，以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度(以MPa计).C15, C20, C25, C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80,Normal-strength concrete,high-strength concrete,?结果,2018/9/17,立方体抗压强度影响因素 实验方法：润滑剂 试件尺寸：加载速度：C30, 0.3-0.5MPa/s；C30, 0.5-0.8MPa 龄期：随龄期逐渐增长,3 砼,标准试块：150150 150,非标准试块：100100 100 换算系数 0.95200200 200
14、换算系数 1.05,混凝土立方体抗压强度fcu,2018/9/17,混凝土轴心抗压强度fc：按照与立方体试件相同条件制作和试验方法测得的棱柱体试件的极限抗压强度值,3 砼,标准试块:150150 300mm,c1棱柱体强度与立方体强度之比值，对C50及C50以下混凝土取0.76；C55取0.78,对C80砼取0.82,中间按线性规律变化； c1C40以上混凝土脆性折减系数，对C40取1.0，对C80取0.87，中间按线性规律变化。 0.88-考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异，对混凝土强度的修正系数。,对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件6*12in (152*305mm
15、),2018/9/17,混凝土抗拉强度ft,3 砼,劈裂强度 Splitting Strength,2018/9/17,f150150mm立方体抗压强度的变异系数。,2018/9/17,复合应力状态下的混凝土强度,双轴应力下的强度(Biaxial Stress State),3 砼,2018/9/17,复合应力状态下的混凝土强度,剪应力和正应力共同作用(shear and normal stress),混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大 当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大， 压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。,3 砼,2018/9/17,复合应力状态下的混凝土强度,三向受压强度(Triaxial compressive strength testing ),
