《高混-2013.2.26-第一章绪论,高等混凝土,同济大学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高混-2013.2.26-第一章绪论,高等混凝土,同济大学（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、研究生课程 高等混凝土结构理论 同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所 吕西林、蒋欢军、李培振 2 教学内容及课时分配教学内容及课时分配 第一章：绪论 (3学时) 第二章：混凝土结构材料的性能和本构关系 (6学时) 第三章：混凝土构件正截面特性和分析 (6学时) 第四章：混凝土构件斜截面特性和分析 (6学时) 第五章：混凝土构件受扭的特性和分析 (3学时) 第六章：粘结和锚固的特性和分析 (3学时) 第七章：钢筋混凝土板的特性和分析 (6学时) 第八章：预应力混凝土结构的特性和分析 (3学时) 第九章：混凝土结构的使用性能 (6学时) 第十章：混凝土结构抵抗地震、火灾等灾害的性能 (6学时)
2、 第十一章：混凝土结构的设计方法和理念 (3学时) 3 主要教材及参考书主要教材及参考书 R. Park and T. Pauley. Reinforced Concrete Structures. John- Wiley 工程造价低，混凝土原材料易于就地取材，用钢量小。 10 缺点： 自重大，对于建造大跨结构和抗震结构不利； 抗裂性差，开裂过早，在防渗、防漏结构中的应用有一 定限制； 施工较复杂，室外施工受气候和季节的限制，工序多， 工期长； 补强修复有一定难度，新旧混凝土不易连接； 隔热隔声性能较差 11 钢筋与混凝土两种材料共同工作的原因： 混凝土与钢筋之间有良好的粘结性能，二者在荷载
3、作用下能协调变形，共同受力； 混凝土和钢筋的温度线膨胀系数接近，混凝土为 1.01.5X10-5，钢筋为1.2X10-5，避免温度变化时产生 过大的相对变形而破坏二者间的粘结力； 混凝土对钢筋的保护：混凝土包裹在钢筋外部，使 钢筋免于过早腐蚀或高温软化。 12 1.3 混凝土结构的发展简况混凝土结构的发展简况 1.3.1 混凝土结构的诞生 1824年，英国人Joseph Aspdin发明了波特兰水泥； 1854年，法国人Joseph Louis Lambot将铁丝网放入混凝 土中制成了小船，并于第二年在巴黎博览会上展出，标 志着混凝土结构的诞生； 1867年，法国人Joseph Monier取
4、得了用格子状配筋制 作桥面板的专利，RC工艺迅速地向前发展，1867这一年， 是全世界公认为最早的RC桥梁建设的一年。 1872年，在美国纽约第一幢钢筋混凝土结构房屋建成。 13 1.3.2 混凝土结构在世界范围内的发展 第一阶段：19世纪50年代至19世纪末 所采用的钢筋和混凝土的强度都比较低，主要用来 建造中小跨度的楼板、梁、拱和基础等构件； 计算理论则采用弹性理论，设计则采用容许应力法； 设计计算理论比较粗略，所以发展比较缓慢。 14 第二阶段：20世纪初到第二次世界大战前 混凝土和钢筋材料强度有所提高，被用来建造大跨 度空间结构； 预应力混凝土的发明和应用(1928年法国工程师E. F
5、reyssinet发明)； 在计算理论上，已开始考虑材料的塑性，如板的塑 性铰线理论，设计采用破损内力设计理论； 随着生产的发展，以及试验工作的开展、计算理论 的研究、材料及施工技术的改进，这一技术得到了较 快的发展。 15 第三阶段：第二次世界大战后至现在 高强混凝土和高强钢筋的出现及其广泛应用； 建筑工业化：预制混凝土构件、装配式及装配整体 式结构的出现，采用工具式模板，采用泵送商品混凝 土生产混凝土结构，加快建设速度、降低建筑造价、 保证施工质量； 计算理论上已经过渡到充分考虑混凝土和钢筋塑性 的极限状态设计理论，在设计方法上已经过渡到以概 率论为基础的多系数表达的设计公式； 由于轻质、
6、高强混凝土材料的发展以及结构设计理 论水平的提高，使得混凝土结构应用跨度和高度都不 断地增大。 16 1.3.3 混凝土结构在国内的发展 19世纪末，混凝土传入中国，1890年，上海第一次在 铺设马路时采用混凝土，上海第一家混凝土制品厂建成 投产； 19世纪末20世纪初，我国开始有了钢筋混凝土建筑物， 如上海市的外滩建筑群、广州市的沙面建筑群等，但工 程规模小，建筑数量也少； 解放以后，我国进行了大规模的工程建设，混凝土结 构在我国各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用， 20世纪50年代开始应用预应力混凝土结构。 17 改革开放后，混凝土高层建筑在我国也有了较大的发 展。80年代，高层建筑
7、的发展加快了步伐，结构体系更 为多样化，层数增多，高度加大，已逐步在世界上占据 领先地位； 作为反映我国混凝土结构学科水平的混凝土结构设计 规范也随着工程建设经验的积累、科研工作的成果和世 界范围技术的进步而不断改进： 1955年制定钢筋混凝土结构设计暂行规范（结 规655），采用了前苏联规范中的按破坏阶段设计 法。 18 1966年颁布了我国第一本钢筋混凝土结构设计规范 （BJG2l66），采用了当时较为先进的以多系数表达的极 限状态设计法。 1974年颁布了钢筋混凝土结构设计规范（TJ1074）， 采用了单一安全系数表达的极限状态设计法 1989年颁布了混凝土结构设计规范（GBJ1089）
8、， 采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法 2002年颁布了混凝土结构设计规范（GB500102002） 2010年颁布了混凝土结构设计规范（GB500102010） 19 1.3.4 混凝土结构的应用 在房屋建筑中，混凝土结构 占有相当大的比例；目前最 高的混凝土结构建筑为位于 芝加哥的Trump International Hotel & Tower (423m，98层， 2009年竣工，世界排名11名)； 国内最高的混凝土结构建筑 为位于广州的中信广场(390m， 80层，1996年竣工，世界排 名16名) 20 悉尼歌剧院：耗时16年，于1973年建成，主体结构由三组巨大的 壳片组成
9、，由2194块每块重15.3吨的弯曲形混凝土预制件，用钢缆拉 紧拼成(实为组合拱)，耸立在南北长186米、东西最宽处为97米的现 浇钢筋混凝土结构的基座上 21 桥梁工程 中小跨度桥梁中很大一部分采用混凝土结构，结构 形式有梁、拱、桁架等； 有些大跨度桥梁虽然采用钢悬索或钢制斜拉索，但 其桥面结构、桥塔常采用混凝土结构 香港青马大桥：全长2160m，主桥跨度1377m，两座吊塔，每座 高206米，离海面62米，是全世界最长的行车、铁路两用悬索桥。 22 特殊结构与高耸结构 混凝土结构在道路、港口工程 中有大量应用，储水池、储仓、 电线杆、下水道等均可采用混 凝土结构； 由于滑模施工方法的发展，
10、许 多高耸结构采用混凝土结构， 如加拿大多伦多电视塔(1975年 建成，高553.3m)，我国的东方 明珠电视塔(1994年建成，高 467.9m)、天津电视塔(高 415.2m)、北京中央电视塔(高 405m)。 23 水利及其他工程 大坝(因混凝土自重大，砂石比例大，易于就地取 材)，如瑞士大迪克桑斯坝(Grande Dixence Dam，世界 最高的混凝土重力坝，1962年建成，高285m，坝顶宽 15m，坝底宽225m，长695m，库容量4亿m3)； 核电站的安全壳、海上采油平台、渡槽、隧道、地 铁车站等。 24 1.4 混凝土结构的发展展望混凝土结构的发展展望 1.4.1 材料方面
11、：主要发展方向是高强、轻质、 耐久（抗磨损、抗冻融、抗渗）、抗灾（地震、 风、火）、抗爆、易于成型等。 高性能混凝土（high performance concrete，HPC）：具 有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。 高强混凝土 是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、 F矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高 强的混凝土； 混凝土强度高可减小断面，减轻自重，提高空间利用率。 目前国内常用混凝土强度为2040N/mm2（MPa），国外常 用的强度等级在C60以上； 25 不同国家采用不同定义：美国将混凝土抗压强度等级为 C100及以上的混凝土定义为高强混凝土
12、，在日本定义为C80及 以上混凝土，在前苏联定义为C90及以上的混凝土，在挪威定 义为C70及以上的混凝土； 结合我国当前的混凝土材料研究和应用水平，行业内的专家 一般认为抗压强度等级C60及以上的混凝土为高强混凝土； 在实验室内，我国已经制成C100以上的混凝土，国外在试 验室高温、高压的条件下，已制成抗压强度达到662MPa的混 凝土。在实际工程中，美国西雅图双联广场泵送混凝土56 d抗 压强度达133.5MPa。在不远的将来，常用的混凝土强度可达 100MPa以上； 高强混凝土的塑性不如普通强度混凝土，研制出塑性好的高 强混凝土仍然是当今要研究的问题。 26 轻质混凝土 轻质混凝土的密度
13、小于1800kg/m3；轻质混凝土主要采用 轻质骨料。轻质骨料主要有天然轻骨料（如浮石、凝灰岩 等）、人造轻骨料（页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等） 和工业废料（如炉渣、矿渣、粉煤灰等）； 另一类为泡沫混凝土，常用泡沫混凝土的密度等级为 3001200 kg/m3，是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机 械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过 发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护 所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质材料； 轻质混凝土强度等级一般为LC15LC20，高强度轻质混 凝土已在实验室中配置成功，今后会进一步得到应用； 目前在建筑物的内外墙体、屋面、楼面、立柱等
14、构件中 采用该种材料。 27 轻质混凝土优点： 自重小，有利于结构抗震； 具有低的弹性模量，对冲击载荷具有良好的吸收和分 散作用； 保温隔热性能好； 隔音性能好； 对于利用工业废料的轻质混凝土可以变废为用，减少 占用农田，减轻环境污染。 28 纤维(增强)混凝土 改善了混凝土的抗裂性、耐磨性和延性，在混凝土中掺加 纤维，目前研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、 芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等； 目前发展较快、应用较广的是钢纤维混凝土，钢纤维主要 有用于土木建筑工程的碳素钢纤维和用于耐火材料工业中的 不锈钢纤维； 当纤维长度及长径比在常用范围，钢纤维混凝土的抗拉强 度可提高40
15、%80%，抗弯强度提高50%120%，抗剪强度提 高50%100%，抗压强度提高025%之间，可大幅度提高韧 性，纤维掺量在1%到2%（体积分数）的范围内，； 国内外正在研究一种钢纤维掺量达5%27%的简称为 SIFCON的砂浆渗浇钢纤维混凝土，抗压强度有大幅度提高， 可达100200MPa，其抗拉、抗弯、抗剪强度以及延性、韧 性等也比普通掺量的钢纤维混凝土有更大的提高。 29 自密实混凝土（self-compacting concrete） 自密实混凝土不需机械振捣，而是依靠自重使混凝土密实； 混凝土的流动度虽然高，但仍可以防止离析； 优点： 在施工现场无振动噪音； 可进行夜间施工，不扰民；
16、 混凝土质量均匀、耐久； 钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑； 施工速度快，现场劳动量小。 在高层建筑的泵送混凝土中，有相当一部分是自密实混 凝土。 30 碾压混凝土 近年发展较快，可用于大体积混凝土结构（如水工大坝、 大型基础）、工业厂房地面、公路路面及机场道面等； 用于大体积混凝土的碾压混凝土的浇筑机具与普通混凝土 不同，其平整使用推土机，振实用碾压机，层间处理用刷毛 机，切缝用切缝机； 在碾压混凝土中再加入钢纤缝，成为钢纤维碾压混凝土， 则其力学性能及耐久性还可进一步改善； 优点：整个施工过程的机械化程度高，施工效率高，劳动 条件好，可大量掺用粉煤灰，与普通棍凝土相比，浇筑工期 可缩短1/31/2，用水量可减少20%，水泥用量可减少 30%60% 。 31
