砼原理绪论及材料性能

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1、,土建学院结构教研室 编制,绪论,绪 论,一、混凝土结构的一般概念,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，作为主要承重材料的结构，均可称为砼结构，主要有：,素砼结构由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。,钢筋砼结构由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的 砼制成的结构。,预应力砼结构由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方 法建立预加应力的混凝土制成的结构。,钢骨砼结构,钢管砼结构,钢 砼混合结构,素砼结构,素砼路面,钢筋砼结构,预应力砼结构,钢骨砼结构,钢管砼结构,钢 砼混合结构,型钢支撑架,压型钢板,受力钢筋,抗剪横向钢筋,现浇砼结合面层,砼结构的特点,通过建筑材

2、料课程可知，砼是由石子、沙子、水泥和水经拌和硬化后形成的人工石材。由于砼的抗拉强度比较低，大约为抗压强度的1/81/17，所以素砼结构的应用受到很大的限制。因此在实际工程中，应用比较多的是在砼中配有钢筋的砼结构，即钢筋砼结构和预应力砼结构。,问题一：为什么要把钢筋和砼这两种力学性能不同的材料结合在一起呢？,砼的抗压强度高 优点 应予以采用,绪 论,砼的抗拉强度低 缺点 应设法用抗拉强度 高的材料予以替代,钢筋混凝土是由两种力学性能截然不同的材料钢筋和混凝土结合成整体,共同发挥作用的一种建筑材料。,绪 论,素砼梁,当外力足够大，跨中受拉边缘应力达到砼抗拉强度 ft 时，梁底将开裂，梁随即破坏，表

3、现为脆性断裂，无明显预兆。破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到砼的抗压强度。砼抗压强度高的特点未得到充分利用。,梁出现裂缝后立即破坏,绪 论,ft ft,ft,sc= ft,素砼中加入钢筋，加载后梁下侧受拉区的应力首先达到 ft ，梁的下侧出现裂缝，砼中的应力转嫁到钢筋中，在正截面中钢筋受拉砼受压，以达到两种材料分工负责的理想目的。,ft,绪 论,由于钢筋的强度和砼的抗压强度比砼的抗拉强度高出许多倍，大大地提高了梁的承载力。而且在破坏之前，裂缝显著开展，挠度明显增加，在破坏之前有明显的预兆。,由此可见：虽然钢筋面积只占截面面积的1%左右，但是钢筋砼梁的承载力却是素砼梁的几倍或

4、十几倍。,结论： 通过素混凝土梁和钢筋混凝土梁的试验比较可知： （1）结构的承载力有很大提高； （2）结构的受力性能得到显著改善。 （3）钢筋的存在，不能阻止裂缝的出现，但却能阻碍裂 缝的开展。,另： 对于受压的钢筋混凝土柱中配置了抗压强度较高的钢筋可协助混凝土抗压，从而缩小柱截面尺寸或在同截面情况下提高柱的承载力。,绪 论,问题二：这两种材料力学性能不同的材料能否结合在一起呢？ 钢筋与砼共同工作的原因,（1）钢筋与砼之间有良好的粘结力，粘结力是这两种不同材料共同工作的基础，粘结力使两者结为整体，共同工作，共同受力，共同变形； （2）钢筋与砼的温度线膨胀系数接近，砼1.01.5105，钢筋1.

5、2105，当温度变化时，两者之间不会产生较大的温度应力而破坏粘结； （3）砼包围着钢筋，保护钢筋不易锈蚀。,1.3 高层建筑结构的类型,1、砌体结构 优点：取材容易、施工简便、造价低廉； 缺点：脆性材料，其抗拉、 抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差； 配筋砌体可改善砌体的受力性能，但较少用于高层。 公元524年的河南嵩岳寺塔(15层简筒结构，高50m) 公元704年的西安大雁塔(7层砖木结构，总高64m) 公元1055年的河北定县料敌塔(11层筒体结构，高82m),绪 论,二、钢筋砼结构的优缺点,1.3 高层建筑结构的类型,2、 混凝土结构 优点：取材容易、良好耐久性和耐火性、承载能力大，刚度

6、好、节约钢材、降低造价、可模性好； 缺点：自重大、构件截面较大、施工工序复杂、建造周期较长且受季节的影响； 应用情况：我国绝大多数高层建筑都是采用混凝土结构，今后仍将是高层建筑发展的主流。 最早混凝土框架结构高层建筑，是1903年在美国辛辛那提建造的因格尔斯大楼，16层，高64m。 目前世界上最高的混凝土建筑为香港中环广场达78层374m、其次是平壤柳京饭店达105层300m,平壤市的柳京饭店,绪 论,1.3 高层建筑结构的类型,3、 钢结构 优点：材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制造简便、施工周期短、抗震性能好； 缺点：用钢量大、造价高、防火性能差、刚度差； 应用情况：采用钢结构的

7、高层建筑不断的增多；美国、日本等从钢结构起步建造高层建筑的国家已转向发展混凝土结构。 目前世界上最高的钢结构建筑为美国芝加哥西尔斯大厦，110层、高443m。,芝加哥西尔斯大厦(Sears Tower)， 110层，高443m，钢结构,绪 论,1.3 高层建筑结构的类型,定义：钢-混凝土组合结构、钢-混凝土混合结构 （1）组合结构：将钢骨放在构件内部，外部，采用外包或内填混凝土，称为钢骨混凝土 或钢管混凝土。（形成组合构件） （2）混合结构：指由钢构件、钢筋混凝土构件或钢骨混凝土组合构件一起组成的空间结构。（形成混合结构）,4、钢-混凝土组合结构或混合结构 不仅具有钢结构自重轻、截面尺寸小、施

8、工进度快、抗震性能好等特点，同时还兼有混凝土结构刚度大、防火性能好、造价低的优点。 近年来，这种结构形式逐渐增多，而且发展前景非常好。,绪 论,1.3 高层建筑结构的类型,绪 论,上海环球金融中心,RC核心筒+外伸桁架和巨型（型钢）柱 (三重结构体系)， 101层，高492m，7度抗震设防,核芯筒,底部剪力墙,1.3 高层建筑结构的类型,绪 论,台北101金融大楼 高508米，超过美国芝加哥的西尔斯大楼， 马来西亚双塔等大楼，成为新的全球第一高楼。 采用方钢管混凝土柱，混凝土核心筒混合结构。,1.3 高层建筑结构的类型,大楼历时5年多，耗资600亿币。总面积7万多平方米，共容纳了160多家商店

9、。(包括地下5层、其中B2到B5为地下停车场、地上101层，其中有78层是办公大楼 ，裙楼部分则是购物中心。,绪 论,1.3 高层建筑结构的类型,1998年在马来西亚吉隆坡建成的彼得罗纳斯大厦（Petronas Tower），88层，高452m，为当时世界最高的建筑。,绪 论,三、钢筋混凝土结构的发展及应用,（一）发展简况 混凝土结构使用至今已约有 150 年的历史。因其发展速度很快，应用非常广泛。 1824年 英国人 J.Aspdin 发明水泥。 1849年 法国人 J.L.Lambet 水泥砂浆沫在钢丝两边做成小船 最早的混凝土结构。 1867年 法国花匠 J.Monier 申请花盆专利

10、发明混凝土结构。 1884年 德国人提出钢筋放在受拉部位概念，板的计算方法 混凝土结构推广应用。 20世纪20年代后复杂结构出现，计算理论发展迅速。 1938 年前苏联提出破损阶段计算方法。 20世纪50年代提出按极限状态设计方法。,绪 论,（二）应用现状 1. 材料方面 高强度钢筋 高强度高性能混凝土（强度达到 100N / mm2） 高性能外加剂和混合材料 钢纤维混凝土和聚合物混凝土 轻质、节能、环保型砼 轻质混凝土、加气混凝土、陶粒 混凝土以及利用工业废渣的“绿色混凝土” 特种砼 防射线、耐磨、耐腐蚀、防渗透、保温等特殊需要的砼以及智能型混凝土,2. 结构方面 A 、大跨、高层建筑中砼结

11、构越来越多：轻质、高强砼材料发展及设计理论水平提高 大跨度结构：飞机库（德国）跨度 90m 预应力轻骨料砼建造 大跨度桥梁：日本滨各大桥跨度240m预应力砼箱型桥梁 B 、应用广泛：除工业与民用建筑外，还广泛应用在路、桥、隧道、水电站和码头等。 C 、应用范围不断扩大：扩大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核电站安全壳等领域，甚至已开始构思和实验用于月面建筑。,四、学习本课程要注意的问题,3. 设计理论、方法方面： 新规范：混凝土结构设计规范（ GB50010-2010 )（建筑规范）； 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D622004） 研究：混凝土基本理论与设计方法、结构

12、可靠度与荷载分析、工业化建筑体系、结构抗震与有限元方法、电子计算机在混凝土结构中的应用、现代化测试技术。,（一）本课程主要内容 主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算方法和构造等混凝土结构的基本理论及预应力混凝土构件。通过本课程的学习，使学生初步具有运用这些理论知识正确进行混凝土结构设计和解决实际技术问题的能力。,（二）学习方法 1.首先注意掌握钢筋、砼的力学性能及共同工作的基础 2.突出重点，并注意难点的学习 3.注重概念的理解，熟练掌握设计计算的基本功 4.注意规范的学习 课程中用到的规范有： 混凝土结构设计规范 (GB50010-2010 ） 建筑结构荷载规范 (GB 500

13、09-2012 ） 公路桥涵设计通用规范（ JTG D602004 ） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D622004）等 这些规范是有一定约束性、立法性的文件，必须遵守，同时其中的一些构造要求应当做常识掌握。 （三）学习要求 要求按时交作业，作业要求抄题，作图要求规范整洁；平时成绩占 30% 。 包括：考勤、课堂练习、课后作业、平时表现和实验五部分。,绪 论,五、本课程的研究对象、特点和学习方法,研究对象：钢筋砼及预应力砼结构及构件的受力性能、计算方法和配筋构造。,核心问题：可靠度与经济性问题，即如何使砼设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求。,本学科的研究

14、路线：在充分掌握材料力学性能的基础上，从结构或构件的破坏机理入手，去探求结构或构件在不同作用的作用下的抵抗能力（承载力、刚度、变形和裂缝等）和设计计算方法，从而合理配筋，并绘出结构施工图。,在充分掌握材料力学性能的基础上，从结构或构件的破坏机理入手，去探求结构或构件在不同作用的作用下的抵抗能力（承载力、刚度、变形和裂缝等）和设计计算方法，从而合理配筋，并绘出结构施工图。,绪 论,实 例 展 示,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,第一章,第一章,第一节 钢 筋,钢筋的类型 柔性钢筋 钢筋：光面和带肋钢筋两种 钢丝：直径在5mm以内 劲性钢筋 用于砼中的型钢,

15、第一节,第一章,光园钢筋,人字纹钢筋,月牙纹钢筋,螺纹钢筋,第一节,第一章,第一节,按钢筋的加工方法，钢筋可分为热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋，热处理钢筋和钢丝五大类。桥规JTG D62推荐，用于钢筋混凝土桥梁结构的钢筋主要选取热轧钢筋、碳素钢丝和精轧螺纹钢筋等三大类。,光面钢筋的强度等级代号为R235，相当于原标准的级钢筋。带肋钢筋按强度分为HRB335和HRB400、KL400两个等级。HRB335钢筋相当于原标准的级钢筋；HRB400和KL400钢筋相当于原标准的级钢筋。,热轧钢筋按外形可分为光面钢筋和带肋钢筋两大类。,碳素钢丝按其外形分为光面钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝等三种类型： 光

16、面钢丝一般以多根钢丝组成钢丝束或由若干根钢丝扭结成钢绞线的形式应用。桥梁工程中常用的钢绞线有：12(二股)、13(三股)、17(七股)。其中采用最多的是七股钢绞线，根据钢丝直径不同，其公称直径为9.5、11.1、12.7和15.2mm四种规格。钢绞线是预应力混凝土桥梁广泛采用的钢筋。,R235（HPB235）（Hot Rolled Plain Steel Bar）热轧光面钢筋 Q235 HRB335 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ） 热轧带肋钢筋 20MnSi HRB400 （ Hot Rolled Ribbed Steel Bar ）热轧带肋钢筋 20MnSiV, 20MnSiNb, 20MnTi KL400 （ RRB400 ） （Remained hea