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1、土木工程结构n n混凝土结构混凝土结构混凝土结构混凝土结构 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 混凝土结构设计混凝土结构设计混凝土结构设计混凝土结构设计n n钢结构钢结构钢结构钢结构 钢结构设计原理钢结构设计原理钢结构设计原理钢结构设计原理 钢结构设计钢结构设计钢结构设计钢结构设计n n砌体结构砌体结构砌体结构砌体结构 砌体结构砌体结构砌体结构砌体结构（包括原理和设计）（包括原理和设计）（包括原理和设计）（包括原理和设计）n n钢钢钢钢- -混凝土组合结构混凝土组合结构混凝土组合结构混凝土组合结构 组合结构设计原理组合结构设计原理组合结构设计原理组合结构设
2、计原理p本本章章主主要要内内容容混凝土结构的基本概念和特点混凝土结构的基本概念和特点 混凝土结构的应用和发展混凝土结构的应用和发展 本课程的主要内容及特点本课程的主要内容及特点 p 混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念p 混凝土结构的特点混凝土结构的特点1.1.1 混凝土结构的基本概念1. 1. 混凝土结构的定义及类型混凝土结构的定义及类型n 以以混混凝凝土土为为主主要要材材料料制制成成的的结结构构，并并可可以以根根据据需需要要配配置置钢筋、预应力钢筋、预应力钢钢筋、钢骨、钢管等。筋、钢骨、钢管等。n 混凝土结构的主要类型混凝土结构的主要类型混凝土结构的主要类型混凝土结构的主要类型素素混混
3、凝凝土土钢钢筋筋混混凝凝土土 预预应应力力混混凝凝土土钢钢管管混混凝凝土土钢钢骨骨混混凝凝土土钢钢-混混凝凝土土组组合合结结构构FRP混混凝凝土土纤纤维维混混凝凝土土n 素混凝土结构素混凝土结构素混凝土基础素混凝土基础1.1.1混凝土结构的基本概念n 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁1.1.1混凝土结构的基本概念n 预应力混凝土结构预应力混凝土结构预预应应力力的的概概念念预预应应力力混混凝凝土土电电杆杆预预应应力力的的锚锚具具预预应应力力混混凝凝土土构构件件1.1.1混凝土结构的基本概念n 钢管混凝土结构钢管混凝土结构建国门地铁建国门地铁1.1.1混凝土结构的基本概念n 钢
4、骨（型钢）混凝土结构钢骨（型钢）混凝土结构1.1.1混凝土结构的基本概念n FRP ( (Fiber Reinforced Polymer) ) 混凝土结构混凝土结构1.1.1混凝土结构的基本概念n 钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构组合楼板组合楼板钢钢混混凝凝土土组组合合柱柱1.1.1混凝土结构的基本概念n 纤维混凝土纤维混凝土冷轧带钢剪切型冷轧带钢剪切型钢纤维钢纤维 生生态态合合成成纤纤维维合成纤维合成纤维纤维混凝土井盖纤维混凝土井盖1.1.1混凝土结构的基本概念1.1.1 混凝土混凝土结构的基本概念构的基本概念 2.2. 为什么会有混凝土结构为什么会有混凝土结构为什么会有混凝土结构为什么会
5、有混凝土结构？n n素混凝土梁的破坏特征素混凝土梁的破坏特征素混凝土梁的破坏特征素混凝土梁的破坏特征 断裂，承载力很低，脆性破坏断裂，承载力很低，脆性破坏断裂，承载力很低，脆性破坏断裂，承载力很低，脆性破坏n nRCRC混凝土梁的破坏特征混凝土梁的破坏特征混凝土梁的破坏特征混凝土梁的破坏特征 受拉钢筋先屈服，受压区混凝土最后被压坏，承载力较高，延性受拉钢筋先屈服，受压区混凝土最后被压坏，承载力较高，延性受拉钢筋先屈服，受压区混凝土最后被压坏，承载力较高，延性受拉钢筋先屈服，受压区混凝土最后被压坏，承载力较高，延性破坏破坏破坏破坏1.1.1 混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念n n素混凝土
6、柱的破坏特征素混凝土柱的破坏特征素混凝土柱的破坏特征素混凝土柱的破坏特征 承载力和变形能力均较低，脆性破坏承载力和变形能力均较低，脆性破坏承载力和变形能力均较低，脆性破坏承载力和变形能力均较低，脆性破坏n nRCRC混凝土柱的破坏特征混凝土柱的破坏特征混凝土柱的破坏特征混凝土柱的破坏特征 承载力和变形能力均较高，延性破坏承载力和变形能力均较高，延性破坏承载力和变形能力均较高，延性破坏承载力和变形能力均较高，延性破坏重要概念重要概念：优良结构应满足两个条件，：优良结构应满足两个条件，承载力高承载力高，变形能力好（延性好）变形能力好（延性好）1.1.1 混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念n
7、n钢筋与混凝土两种材料钢筋与混凝土两种材料共同工作的基础共同工作的基础钢筋与混凝土之间存在着钢筋与混凝土之间存在着钢筋与混凝土之间存在着钢筋与混凝土之间存在着粘结力粘结力粘结力粘结力，使两者能协调变形，共同工作。，使两者能协调变形，共同工作。，使两者能协调变形，共同工作。，使两者能协调变形，共同工作。粘结力是这两种不同性质的材料能够粘结力是这两种不同性质的材料能够粘结力是这两种不同性质的材料能够粘结力是这两种不同性质的材料能够共同工作的基础。共同工作的基础。共同工作的基础。共同工作的基础。钢筋与混凝土两种材料的钢筋与混凝土两种材料的钢筋与混凝土两种材料的钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数很接
8、近温度线膨胀系数很接近温度线膨胀系数很接近温度线膨胀系数很接近。钢材料为。钢材料为。钢材料为。钢材料为1.2101.210-5-5，混凝土为（，混凝土为（，混凝土为（，混凝土为（1.01.51.01.5）1010-5-5。使两者间的粘结力遭到。使两者间的粘结力遭到。使两者间的粘结力遭到。使两者间的粘结力遭到破坏。破坏。破坏。破坏。混凝土对钢筋起到了混凝土对钢筋起到了混凝土对钢筋起到了混凝土对钢筋起到了保护和固定作用保护和固定作用保护和固定作用保护和固定作用，使钢筋不容易发生锈蚀和，使钢筋不容易发生锈蚀和，使钢筋不容易发生锈蚀和，使钢筋不容易发生锈蚀和直接遭受火烧，提高了结构的耐久性和耐火性。直
9、接遭受火烧，提高了结构的耐久性和耐火性。直接遭受火烧，提高了结构的耐久性和耐火性。直接遭受火烧，提高了结构的耐久性和耐火性。 n 混凝土结构的混凝土结构的优点优点n 就地取材就地取材n 耐久性耐久性n 耐火性耐火性n 整体性整体性n 可模性可模性n 节约钢材节约钢材n 混凝土结构的混凝土结构的缺点缺点及及改进改进n 自重大：自重大： 轻质高强混凝土轻质高强混凝土n 抗裂性差：抗裂性差：预应力混凝土预应力混凝土n 需用模板：需用模板：钢模板，预制构件（工业化）钢模板，预制构件（工业化）n 施工复杂：施工复杂：预制装配式结构预制装配式结构1.1.2 混凝土结构的特点p 混凝土结构的应用混凝土结构的
10、应用p 混凝土结构的发展混凝土结构的发展1.2.1发展展阶段段n1824年年 ， 英英 国国 泥泥 瓦瓦 匠匠 Joseph Aspdin发明硅酸盐水泥耐久性发明硅酸盐水泥耐久性n 1848年年，法法国国人人朗朗波波J. J. Lambot 制造了第一只钢筋混凝土小船制造了第一只钢筋混凝土小船n18711875年年，在在纽纽约约建建造造第第一一所所钢筋混凝土房屋钢筋混凝土房屋n 早期阶段（早期阶段（1850-19201850-1920）n 第二阶段（第二阶段（1920-19501920-1950）n预力应混凝土的应用预力应混凝土的应用n 第三阶段（第三阶段（1950-19801950-1980
11、）n高强材料的应用，先进施工方法的应用高强材料的应用，先进施工方法的应用n 第四阶段（第四阶段（1980- 1980- ）n新结构体系在高层建筑中的应用新结构体系在高层建筑中的应用n近代混凝土力学近代混凝土力学- -混凝土结构非线性分析混凝土结构非线性分析n以以概率理论为基础的极限状态设计方法概率理论为基础的极限状态设计方法1.2.2 应用用应用范围应用范围：建筑工程，桥梁工程，隧道与地下工程，水利建筑工程，桥梁工程，隧道与地下工程，水利 工程，特种结构，高耸结构工程，特种结构，高耸结构，n 混凝土结构混凝土结构朝鲜柳京大厦朝鲜柳京大厦香港中央广场大厦香港中央广场大厦广东国际大厦广东国际大厦6
12、5s, 200m底层柱底层柱1.82.2m1.2.2 应用用RankBuilding, CityYearstoriesstoriesH HStructual Structual systemsystem1.Taipei 101, Taipei, Taiwan2004101508Steel2.Petronas Tower 1, Kuala Lumpur, Malaysia199888452Mixed3.Petronas Tower 2, Kuala Lumpur, Malaysia199888452Mixed4.Sears Tower, Chicago1974110442Steel5.Jin M
13、ao Building, Shanghai 199988421Mixed6.Two International Finance Center, Hong Kong200388412Mixed7.Citic Plaza, Guangzhou, China199680391Mixed8.Shun Hing Square, Shenzhen, China199669384Mixed9.Empire State Building, New York1931102381Mixed10.Central Plaza, Hong Kong199278374Mixedn 世界最高建筑的前世界最高建筑的前1010
14、幢幢1.2.2 应用用Petronas Tower, Kuala Lumpur, MalaysiaTaipei 101, Taipei, TaiwanSears Tower, ChicagoJin Mao Building, Shanghai Two International Finance Center, Hong Kong1.2.2 应用用Central Plaza, Hong KongEmpire State Building, New YorkCitic Plaza, Guangzhou, ChinaShun Hing Square, Shenzhen, ChinaBank of C
15、hina (BOC) Tower 1.2.2 应用用n 混凝土桥梁结构混凝土桥梁结构1.2.2 应用用六库怒江桥是当时国内跨度最大的预应力混凝土连续梁桥。六库怒江桥是当时国内跨度最大的预应力混凝土连续梁桥。n 混凝土桥梁结构混凝土桥梁结构1.2.2 应用用n 高性能混凝土高性能混凝土( (High Performance Concrete) 高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性高强度、高耐久性、高流动性、高抗渗性n 纤维增强混凝土纤维增强混凝土（Fibre Reinforced Concrete） 在普通混凝土中掺入适当的各种在普通混凝土中掺入适当的各种纤维材料纤维材料而形成而形成, ,其抗拉
16、、抗其抗拉、抗剪、抗折强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震和抗爆等性能均有较剪、抗折强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震和抗爆等性能均有较大提高大提高 . . 纤维材料纤维材料有有钢纤维、合成纤维、玻璃纤维和碳纤维钢纤维、合成纤维、玻璃纤维和碳纤维等等, , 碳纤维碳纤维具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，已广泛用于建筑、桥梁结构的加具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，已广泛用于建筑、桥梁结构的加固补强以及机场飞机跑道工程等。固补强以及机场飞机跑道工程等。 1.2.3 拓展拓展1.2.3 拓展拓展n活性粉未混凝土活性粉未混凝土（Reactive Powder Concrete, RPC） 由骨料（级配良好的石英砂
17、）、水泥、硅粉、高效减水剂以由骨料（级配良好的石英砂）、水泥、硅粉、高效减水剂以及一定量的纤维（如钢纤维等）等组成及一定量的纤维（如钢纤维等）等组成, ,是一种超高强度、超高是一种超高强度、超高韧性和高耐久性的韧性和高耐久性的超高性能混凝土超高性能混凝土, ,比普通混凝土和现有的高性比普通混凝土和现有的高性能混凝土有质的飞跃。能混凝土有质的飞跃。 工程化纤维增强水泥基复合材料工程化纤维增强水泥基复合材料 （Engineered Cementitious Composites，ECC） ECC具有类似于具有类似于金属材料的拉伸强化现象金属材料的拉伸强化现象，其极限拉应变可，其极限拉应变可达到达到
18、56%，与钢材的塑性变形能力几乎相近，是具有像金属，与钢材的塑性变形能力几乎相近，是具有像金属一样变形的混凝土材料。一样变形的混凝土材料。ECC的抗压强度类似于混凝土，抗压的抗压强度类似于混凝土，抗压弹性模量较低，但受压变形能力比普通混凝土大很多；其耐火弹性模量较低，但受压变形能力比普通混凝土大很多；其耐火性和耐久性也超过普通混凝土。性和耐久性也超过普通混凝土。1.2.3 拓展拓展n钢与混凝土组合结构钢与混凝土组合结构 用型钢或钢板焊（或冷压）成钢截面用型钢或钢板焊（或冷压）成钢截面, , 再将其埋置于混凝土再将其埋置于混凝土中，使混凝土与型钢形成整体共同受力，称为钢与混凝土组合结中，使混凝土
19、与型钢形成整体共同受力，称为钢与混凝土组合结构，简称构，简称SRC (Steel Reinforced Concrete)。 压型钢板与混凝土组合楼板压型钢板与混凝土组合楼板 钢与混凝土组合梁钢与混凝土组合梁 型钢混凝土结构型钢混凝土结构 钢管混凝土结构钢管混凝土结构 外包钢混凝土结构外包钢混凝土结构p 本课程的主要内容本课程的主要内容p 课程特点与学习方法课程特点与学习方法1.3.1 主要内容主要内容n n结构设计步骤结构设计步骤 结构方案（构件选型、结构布置等）结构方案（构件选型、结构布置等） 计算简图，荷载计算，内力和变形分析计算简图，荷载计算，内力和变形分析 构件构件截面承载力计算，变
20、形和裂缝宽度控制截面承载力计算，变形和裂缝宽度控制 构造措施构造措施本课程内容本课程内容-后两部分后两部分混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理后继课程后继课程后继课程后继课程 前两部分前两部分前两部分前两部分-混凝土结构设计混凝土结构设计混凝土结构设计混凝土结构设计n 主要内容主要内容n 受弯构件受弯构件n 受压构件受压构件n 受拉构件受拉构件n 受扭构件受扭构件n 混凝土构件的裂缝宽度与挠度混凝土构件的裂缝宽度与挠度n 预应力混凝土构件预应力混凝土构件1.3.1 主要内容主要内容应注意应注意钢筋钢筋与与混凝土混凝土两种材料自身的特点两种材料自身的特点 材料力学公式不能直接计算混凝土构件的承载
21、力和变形；材料力学公式不能直接计算混凝土构件的承载力和变形； 可可用用平平衡衡条条件件、物物理理条条件件和和几几何何条条件件建建立立基基本本方方程程，在在具具体体应用时应注意钢筋混凝土性能上的特点。应用时应注意钢筋混凝土性能上的特点。计算方法是建立在理论研究与计算方法是建立在理论研究与试验研究试验研究基础之上基础之上 根根据据构构件件受受力力性性能能试试验验，研研究究其其破破坏坏机机理理和和受受力力性性能能，建建立立物理和数学模型，并根据试验数据拟合出半理论半经验公式。物理和数学模型，并根据试验数据拟合出半理论半经验公式。 学学习习时时一一定定要要深深刻刻理理解解构构件件的的破破坏坏机机理理和
22、和受受力力性性能能，特特别别要要注意构件注意构件计算方法的适用条件计算方法的适用条件。1.3.2 课程特点与学程特点与学习方法方法1.3.2 课程特点与学习方法课程特点与学习方法构件与结构设计是一个构件与结构设计是一个综合性问题综合性问题 构件的构件的承载力和变形计算承载力和变形计算，构件的，构件的截面形式、材料选用截面形式、材料选用及配筋构造及配筋构造等。等。 学习时要注意学会对多种因素进行综合分析，培养综合分析学习时要注意学会对多种因素进行综合分析，培养综合分析判断能力。判断能力。两种材料在两种材料在强度和数量强度和数量上存在一个上存在一个合理的配比范合理的配比范围。围。 如果钢筋和混凝土
23、在面积上的比例及材料强度的搭配超如果钢筋和混凝土在面积上的比例及材料强度的搭配超过了这个范围，就会引起构件受力性能的改变，从而引起构过了这个范围，就会引起构件受力性能的改变，从而引起构件截面设计方法的改变，这是学习时必须注意的一个方面。件截面设计方法的改变，这是学习时必须注意的一个方面。 1.3.2 课程特点与学习方法课程特点与学习方法课程的实践性强，应注意对课程的实践性强，应注意对规范规范的理解和运用的理解和运用GB50010-2010GB50068-2001GB50009-20011.3.2 课程特点与学习方法课程特点与学习方法本章小结混凝土结构充分发挥了钢筋和混凝土混凝土结构充分发挥了钢
24、筋和混凝土混凝土结构充分发挥了钢筋和混凝土混凝土结构充分发挥了钢筋和混凝土两种材料各自的两种材料各自的两种材料各自的两种材料各自的优点优点优点优点。 在混凝土中配置适量的钢筋后，可使构件的在混凝土中配置适量的钢筋后，可使构件的在混凝土中配置适量的钢筋后，可使构件的在混凝土中配置适量的钢筋后，可使构件的承载力承载力承载力承载力大大提高，构件的大大提高，构件的大大提高，构件的大大提高，构件的受力性能受力性能受力性能受力性能也得到显著改善。也得到显著改善。也得到显著改善。也得到显著改善。钢筋和混凝土共同工作的钢筋和混凝土共同工作的钢筋和混凝土共同工作的钢筋和混凝土共同工作的三个条件三个条件三个条件三个条件 钢筋与混凝土之间存在钢筋与混凝土之间存在粘结力粘结力； 两种材料的两种材料的温度线膨胀系数很接近温度线膨胀系数很接近； 混凝土对钢筋起混凝土对钢筋起保护作用保护作用。 混凝土结构混凝土结构混凝土结构混凝土结构优点优点优点优点，也存在一些，也存在一些，也存在一些，也存在一些缺点缺点缺点缺点。？
