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1、钢筋混凝土结构原理 Principle of Reinforced Concrete Structure,目的、意义,1、房屋建筑基坑处理（桩基、地下连续墙等） 2、水工结构（大坝、倒虹吸、引水沟渠等） 3、地铁车站 4、公路 5、桥梁（桥面、桥墩及基础等） 6、隧道衬砌等,混凝土结构（上），东南大学等三校合编的（关于下册） 杨霞林，丁小军.混凝土结构设计原理.中国建筑工业出版社 混凝土结构设计规范GB50010-2010 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004 建筑荷载规范GB50009-2012,教材及参考书,绪论、材料力学性能、设计方法、受弯构件正、斜截面承载力
2、计算、受压构件、受拉构件、受扭构件、变形及裂缝验算、预应力构件、梁板结构,本学期主要任务,平时作业15% 考勤 15% 期末考试70%,成绩比例,第1章 绪 论,1.1 混凝土结构的基本概念 1.2 混凝土结构的应用及发展 1.3 混凝土课程的特点与学习方法,一、结构的基本概念 1、结构的组成 ：由若干个单元所组成的受力骨架。 2、基本(单元)构件 板：提供活动面，直接承受并传递荷载； 梁：板的支撑构件，承受板传来的荷载并向下传递； 桥台和桥墩：支撑上部结构，将上部结构荷载传给基础。 基础：下部结构，将柱及墙等传来的上部结构荷载传给地基；,1.1 结构的基本概念,柱（刚架桥的立柱）：承受梁、板
3、传来的荷载并传递； 墙（刚架桥的立墙）：承受楼面体系（梁、板）或者桥面传来的荷载并传递； 杆：组成空间构件，如屋架的各种杆件等，刚架桥的斜撑； 索（悬索） ：悬挂构件或结构体系的主要传力单元；,3、结构的分类 按材料分类： 混凝土结构、钢结构、砌体结构、木结构和混合结构 按受力体系分类： （1）框架结构：主要(竖向)受力体系由梁和柱组成；,图1-1 框架结构,（2）剪力墙结构：主要(竖向)受力体系由墙组成；,图1-2 框架剪力墙结构,（3）筒体结构：四周封闭的墙形成筒； 筒中筒结构： 用楼盖把内、外筒体连接成一个整体，称筒中筒结构,图1-3外筒平面结构图,图1-4筒中筒,（4）塔式结构：下端固
4、定、上端自由的高耸构筑物。 按材料分主要有：钢塔、钢筋混凝土塔、预应力混凝土塔、木塔和砖石塔。例电视塔、监测塔等。,图1-5钢塔架立面和平面,（5）桅式结构： 由一根下端为铰接或刚接的竖立细长杆身桅杆和若干层纤绳所组成的构筑物，纤绳拉住杆身使其保持直立和稳定（见右图）。桅式结构由纤绳、杆身和基础组成。因此得到广泛采用。例电视塔、监测塔等。,图1-6 桅式结构,(6)悬索、悬吊结构：由拉索及边缘构件组成的承重结构；,图1-7 悬索与拱的受力比较,悬索是轴心受拉。轴心受力的构件最能充分利用结构材料的强度。利用钢材去做 “索”，就最能发挥钢材受拉性能好的优点，所以钢悬索就是一种理想的结构。不过，单悬
5、索结构与拱结构一样，它们都是平面结构体系。如果我们利用很多单悬索 互相交叉组成“索网”(好像利用桁架交叉组成网架一样)，就形成多向受力的空间结构 悬索结构。,(7)壳体结构:由曲面形板与边缘构件组成的空间结构；,新疆某机械厂金工车间采用的薄壳结构，直径为60m。,薄壳结构主要受压，多为钢筋混凝土结构，可以合理地利用混凝土材料抗压性能好的特点，已在大跨度的屋盖结构中得到广泛应用 。薄壳结构的形状复杂，一般多采用钢筋混凝土整体浇灌而成 。,(8)网架结构： 由多根杆件通过节点连结形成的空间结构；网架结构大多由钢杆件组成，具有多向受力的性能，空间刚度大 ，整体性强，并有良好的抗震性能，制作安装方便。
6、,（9）充气结构： 用薄膜制成的，冲入气体后而形成的结构；在以高分子材料制成的薄膜制品中充入空气后而形成房屋的结构。分气承式和气管式两种结构形式。 图为夏季剧场的气球屋顶，气球的形状像一块凸透镜，跨度约45m，用泵充气到500N/m2的超压力。在气球的顶部有一圆形孔，不断泵入新鲜空气以降低过度的热量，保持气球形状。屋顶可以提升到它的支承圆环的顶部，并在不到20分钟时间内被充气。,图1-10 气球屋顶,（10）膜结构： 用柔性受拉索和薄膜及边缘构件组成的结构； “水立方”是世界上最大的膜结构工程，建筑外围采用世界上最先进的环保节能ETFE(四氟乙烯)膜材料，这种材料寿命为20多年，但实际会比这个
7、长，人可以踩在上面行走，感觉特别棒。 “水立方”整体建筑由3000多个气枕组成，气枕大小不一、形状各异，覆盖面积达到10万平方米，堪称世界之最。除了地面之外，外表都采用了气枕。安装成功的气枕将通过事先安装在钢架上的充气管线充气变成“气泡”，整个充气过程由电脑智能监控，并根据当时的气压、光照等条件使“气泡”保持最佳状态。这种像“泡泡装”一样的膜材料有自洁功能，使膜的表面基本上不沾灰尘。即使沾上灰尘，自然降水也足以使之清洁如新。,此外，膜材料具有较好的抗压性，人们在上面“玩蹦床”都没问题，“正常的放上一辆汽车都不会压坏”。 如果万一出现外膜破裂，根据应急预案，可在8个小时内把破损的外膜修好或换新。
8、“水立方”晶莹剔透的外衣上面还点缀着无数白色的亮点，被称为镀点，它们可以改变光线的方向，起到隔 热散光的效果。自身重量很轻，仅为钢结构的15，混凝土结构的140；因此对地震力有良好的适应性，而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。由于目前观测资料尚少，故对它设计通常采用安全系数法。,（11）板柱结构：由楼板和柱组成承重体系的结构； （12）墙板结构：由楼板和墙组成承重体系的结构； （13）折板结构：由多块条形平板组合而成的空间结构； 按使用功能分类： 建筑结构、特种结构、 桥梁结构、地下结构等 , 按照施工方法分类： 现浇结构、装配结构和装配整体式结构 （1）现浇：现场支模、浇
9、筑混凝土。整体性好，可模性好。但是，周期长，耗费模板，造价高。 （2）预制装配结构：预制好构件运到现场，用起重设备安装。中小跨径桥梁主要采用预制装配施工法。 （3）装配整体：预制与现浇相结合。一部分构件预制后安装，其余部分现浇并与预制部分形成整体。,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，均可称为混凝土结构（concrete structure）。,素混凝土结构,钢筋混凝土结构,预应力混凝土结构,钢骨混凝土结构,钢管混凝土结构,FRP筋混凝土,绪 论,钢混凝土混合结构,二、混凝土概述,1.素混凝土结构（plain concrete),foundat
10、ion,masonry wall,绪 论,素混凝土基础,抗压强度很高，但抗拉强度很低。破坏呈脆性。,2.钢筋混凝土结构（reinforced concrete structure),reinforcement,stirrup,support,绪 论,混凝土(concrete)： 抗压强度高，而抗拉强度却很低 破坏时具有明显的脆性性质( brittle),因此，素混凝土构件在实际工程的应用很有限，主要用于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结构。,（1）基本材料性能 basic materials properties,钢 材(Steel)： 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
11、延性 ( ductile ) 但细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件,绪 论,例：一跨度为4m，跨中作用集中荷载的简支梁，梁截面尺寸200300mm，混凝土为C20。如图所示：,绪 论,a) 素砼梁 极限荷载 P=8kN 由砼抗拉强度控制 破坏形态：脆性,b) 钢筋砼梁 极限荷载 P=36kN 由钢筋受拉、砼受压而破坏 破坏形态：延性,由此得出钢筋和混凝土结合的有效性：, 大大提高结构的承载力, 结构的受力性能得到改善,绪 论,（2） 钢筋与混凝土共同工作的条件,c. 呈碱性的混凝土可以保护钢筋，使钢筋混凝土结构具有较好的耐久性。,b. 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数(temp
12、erature linear expanding index)（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.5)10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。,a. 钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力(bond)，在荷载作用下，保证两种材料变形协调(same deformation under load)，共同受力；,绪 论,1. 就地取材，节约钢筋；,2. 耐久性好，耐火性好；,3. 可模性好，便于结构型式的实现；,4. 现浇或装配整体式结构的整体性好，刚度大。,1. 自重大 g=25kN/m3,2. 抗裂性差,轻骨料砼。,施加预应力。,优点：,缺点：,（3
13、） 钢筋混凝土结构的主要优缺点,3. 承载力有限,高强、钢骨、钢管混凝土。,4. 施工复杂，工序多，工期长，受季节、天气影响较,钢模、飞模、滑模等，泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等。,5. 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强较困难。,采用碳纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。,绪 论,3.预应力混凝土结构（pre-stressed concrete structure),pre-stress rebar,concrete,hollow tube,pre-stressed concrete hollow floor,绪 论,绪 论,概念： 在构件投入使用前，预先对使用时的受拉区施
14、加预压应力，投入使用后，先抵消施工施加的预压应力，然后才会出现拉应力，推迟裂缝的产生，甚至不出现裂缝，提高构件的抗裂度。,绪 论,4.钢骨混凝土结构（steel reinforced concrete) (encased concrete),steel,reinforcement,stirrup,steel reinforced concrete column,绪 论,5.钢管混凝土结构（concrete filled tube),steel tube,concrete,concrete filled tube column,绪 论,6.FRP混凝土（fiber reinforced poly
15、mer (plastic) concrete ),绪 论,7.钢-混凝土组合（混合）结构 (composite structure or hybrid structure),绪 论, 1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥 1850年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋 混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。 与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。,绪 论,1.2 混凝土结构
16、的应用与发展概况,第一阶段(The first stage): 从钢筋混凝土的发明至本世纪初 钢筋和混凝土的强度都比较低 主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。 计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论(Elastic theory)，采用容许应力设计方法(Allowable stress design method)。,混凝土结构的发展,绪 论,混凝土结构的发展,第二阶段(The second stage) ： 从本世纪20年代到第二次世界大战前后 混凝土和钢筋强度的不断提高 1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度 计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（
