混凝土结构设计原理1.docx

混凝土结构基本原理13章教案第一章绪论内容的分析和总结本章主要叙述了混凝土结构的一般涵义，结构中配置钢筋的作用和要求以及钢筋混凝土 结构的优缺点。此外介绍了混凝土结构的进展和应用前景。使学习者对混凝土结构有一个总 体概念，并且阐述了本课程的特点和学习本课程应留意的问题。学习的目的和要求L学习目的通过对本章的学习，主要理解钢筋混凝土中配筋的作用和对配筋的基本要求，了解钢筋 混凝土结构的优缺点，理解钢筋和混凝土共同工作的机理，了解混凝土结构的进展状况和学 习本课程应当留意的问题。2.学习要求(1)理解配筋的主要作用及对配筋的基本要求。(2) 了解结构或构件脆性破坏类型和延性破坏类型。(3) 了解钢筋混凝土结构的主要优缺点及其进展简况。(4)把握本课程的主要内容、任务和学习方法。§1-1混凝土的一般概念和特点一、混凝土结构的一般概念(P2图1 1)混凝土：水泥、砂、碎石制作的人造石材，简写为砂。1 .混凝土结构ConCreteStrUCtUre,以混凝土为主制成的结构，包括： 素混凝土结构 plain concrete structure,由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制作的结构。 钢筋混凝土结构 reinforced concrete structure,由配置受力的一般钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制作的结构。 预应力混凝土结构 prestressed concrete structure由配置预应力钢筋，再通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构。2 .钢筋混凝土结构 reinforced concrete structure, 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土依据肯定方式结合而成的结构。 混凝土的抗压强度高，抗拉强度却很低(ftfc10),受拉时极易开裂。 钢材的抗拉、抗压强度都很高。 配筋的作用：不仅可以提高结构承载力，而且可以改善结构受力性能。图1-1 简支梁二、钢筋和混凝土共同工作的主要缘由1 .混凝土结硬后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，使两者共同受力。2 .钢筋和混凝土的温度线膨胀系数相近，因此不会产生较大的相对变形。钢筋：=L2×10-5C;混凝土： a=l.O-L5×lO-50C三、混凝土结构的组成及构件分类1 .混凝土结构的组成混凝土结构由受力构件组成：楼板、梁、柱、墙、基础等。（图1-2）2.混凝土结构的基本构件（图1-3）产杆 产,曲杆梁（受弯、受剪、受扭）柱（受压、压弯）拱（受压、受弯）曲梁（受弯、受剪、受扭）基本构出平板（板（受弯）板 ,墙（受压、受弯）,曲板拱（受压、受弯）1块体一独立基础（受压、冲切）图1-3 基本构件类型 四、钢筋混凝土结构的优缺点1 .优点：就地取材，耐久性好，耐火性好，整体性好， 可模性好，刚性大，节省钢材。2 .缺点：自重大，抗裂度差，费工大，用木材多，施工工期长， 隔热隔音性能差，加工拆修困难。§1-2钢筋混凝土的进展简况及应用（P3）一、材料和配筋方式的新进展1.高强钢筋和高强混凝土：用于大跨、重型、高层建筑，减轻结构自重，节省钢材。钢筋：常用强度210500Nmm2,国外常用热轧钢强度达600900 NZmm2,热处理钢筋 达 12501450 Nmm21,混凝土：常用混凝土强度2040Nmm2,高强混凝土可达80100 Nmn2.预应力混凝土：克服钢筋混凝土结构易裂的特点，拓宽了其结构应用。可用于大跨结构、高层建筑、桥梁隧道、海洋结构、压力容器。3 .轻质混凝土：可用于承重结构，减轻自重。有利于进展高层建筑、大跨结构，并改善结 构抗震性能。, 一般混凝土： =25kNm3;轻质混凝土： =1418kNm3<.4 .纤维增加混凝土：纤维材料提高混凝土结构抗拉、抗剪、抗折强度及抗裂、抗冲击、抗 疲惫、抗震、抗爆等性能。纤维材料有钢纤维、合成纤维、玻璃纤维、碳纤维。5.钢骨混凝土结构：承载力提高，刚度和阻尼增大，结构的变形和振动小。图1-4钢骨混凝土结构二、设计理论进展及趋向1 .设计法律规范演化定值设计法 允许应力设计法（1850T920）：以弹性理论为基础。（设计参数为定值，1按破坏阶段的设计方法（1920T940）：考虑了构件的极限强度。 阅历K度量牢靠性）按极限状态的设计方法（19501970）:考虑了强度的变异性。概率设计法：以概率论为基础的极限状态设计方法。 （失效概率度量牢靠性）图1-6 破坏阶段设计法计算简图2 .设计方法进展：弹性计算理论一弹塑性计算理论单个构件分析一平面结构体系一空间结构体系 极限承载力计算一受力全过程分析§ 1-3 本课程特点和学习方法一、本课程内容1 .基本学问：基本概念、材料性能、计算原理2 .基本构件设计和构造要求：弯、剪、压、拉、扭构件和预应力混凝土构件 二、本课程的特点1 .钢筋混凝土结构属于弹塑性材料，其结构分析采纳不同于材力、结力的特有分析方法。2 .钢筋混凝土的受力性能和破坏特性受较多因素影响，其计算公式多为半理论半阅历公式。3 .设计应遵循平安适用经济原则，设计是多方案的，答案不是唯一的。三、学习中应留意问题1 .学习和运用计算公式时，应留意它的适用范围和应用条件。2 .在把握基本计算理论的同时，还应留意把握构造要求。3 .娴熟把握和应用设计法律规范，是做好结构设计的保证。混凝土结构设计法律规范GB50010-2002大路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计法律规范JTJ023-85小结：(1)钢筋混凝土是把钢筋和混凝土这两种材料依据合理的方式结合在一起共同工 作，充分发挥两种材料各自优点的一种复合材料。在混凝土中配置肯定形式和数量的钢筋形 成钢筋混凝土构件后，可以使构件的承载力得到很大提高,构件的受力性能也得到显著改善。(2)钢筋和混凝土能够有效地结合在一起共同工作的主要缘由是钢筋和混凝土之间存 在粘结力，使两者之间能传递力和变形；钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数接近。(3)钢筋混凝土结构的主要优点是强度高、耐久性好、耐火性好、可模性好、整体性 好、易于就地取材等。主要缺点是结构自重大、抗裂性较差、一旦损坏修复比较困难、施工 受季节环境影响较大等。(4)混凝土材料主要进展方向是高强、轻质、耐久=提高抗裂性和易于成型等。钢筋的 进展方向是高强、较好的延性和较好的粘结锚固性能等。(5)法律规范条文尤其是强制性条文是设计中必需遵守的带法律性和技术文件，遵 守法律规范是为了使设计方法达到统一化和标准化，从而有效地贯彻我国的技术经济政 策，保证工程质量。第二章钢筋混凝土材料的力学性能内容的分析和总结本章包括钢筋及混凝土的物理力学性能、钢筋和混凝土的粘结三部分内容。介绍钢筋的 化学成分、种类、等级和形式，钢筋的力学性能指标和钢筋混凝土结构对钢筋的要求；混凝 土的组成部分，混凝土的强度等级，强度指标和强度测试的影响因素，混凝土的受力和变形 性能，混凝土的疲惫强度；钢筋和混凝土结合的粘结力量组成及影响因素。学习的目的和要求L学习目的通过对本章的学习，了解钢筋的强度和变形、级别、品种，混凝土结构对钢筋性能的要 求，理解单轴和复合受力状态下混凝土的强度，混凝土的变形性能；娴熟把握钢筋与混凝土 共同工作原理。2.学习要求(1) 了解钢筋的强度和变形、钢筋的成分、级别和品种，混凝土结构对钢筋性能的要求;(2)把握钢筋的应力-应变关系曲线的特点和数学模型，分清双直线模型、三折线模型和 双斜线模型所代表的钢筋类型；(3) 了解单轴受力状态下混凝土强度的标准检验方法，混凝土强度和强度等级；(4)把握混凝土在一次短期加荷时的变形性能，混凝土处于三向受压的变形特点；(5)理解混凝土在重夏荷载作用下的变形性能；(6)理解混凝土的弹性模量、徐变和收缩性能；(7)把握钢筋和混凝土的粘结性能。§2-1混凝土的物理力学性能一、混凝土的组成结构1 .结构组成： 水和水泥形成的水泥胶块把砂石骨料粘结在一起。 水泥结晶体和砂石骨料组成混凝土的弹性骨架，承受外力，并使混凝土具有弹性变形的 特点。 水泥凝胶体做为填充材料，起调整和集中应力的作用，并使混凝土具有塑性变形的特点。 2.特点： 混凝土的强度随时间的增长而增长； 界面微裂缝和内部孔隙是受力破坏的起源； 混凝土属于非均质不连续各向异性材料。二、单向受力状态下的混凝土强度1.立方抗压强度启M评定混凝土强度等级的标准。(图21、2-2)边长15Omm立方体试件，在标准条件下(温度20±3°C,相对湿度呈90%)养护28天， 用标准试验方法(加载速度每秒0150.25NmA试块表面不涂抹润滑剂)，加压至破坏时 测得的具有95%保证率的抗压强度即feu,k (单位MPa)o()minItll涂润滑剂TTTTT7不涂润滑剂图2-1混凝土立方体的破坏状况Q）荷载前S）破坏荷收的65%（C）破坏荷彼的85% （d）破坏荷我（临界荷载时）图2-2 X光观测裂缝进展形态示意 混凝土强度等级：C15> C20、C25> C30、C35、C40、C45> C50、C55、C60、C65、 C70、C75> C80等十四级。尺寸效应：不同尺寸试件的强度转化为150mm试件强度的换算系数为： 200×200 X 200mm 的试件为 1.05； IOoXlooXloOmm 的试件为 0.95。2.轴心抗压强度启（图2-3）采纳尺寸为150× 150×450mm的棱柱体试件。其特点是受力状态接近实际工程中的受压构件；消退试验机压板摩擦力的影响。人与AS关系：-试验所得平均值：启=sh对WC50取=0.76, C80取=0.82,中间直线插值。V考虑脆性影响取折减系数（X2,对C40取2=1.0,对C80取a2=0.87,中间直线插值。I考虑制作养护条件及长期荷载影响取折减系数0.88： A=088aat-tt2.抗拉强度工（图24）Ol图2-4 混凝土抗拉强度试验E与feu关系：试验所得平均值：/ =0.395/黑(1-1.64阴°阴法律规范取：ft = 0.88×0.395<(l-1.645>)045 X a2表2-3混凝土强度标准值«4.1.3混凝土强度标准值(Ne2)强度种类符号混凝土强C15C20C25C30C35轴心抗压轴心抗拉A A10.01.2713.41.5416.71.7820. 12.0123.42. 20R表4.1.3消2凝土强度标为二值(Nm2)度等级C40C45C50C55C60C65C70C75C8026.82. 4029.62.5132.42. 6535.52. 7438.52. 8541.52.9344.53.0047.43. 0550.23.10三、复合应力状态下混凝土的强度(图2-5)1 .双向正应力下强度双向受压：一向的受压强度随另一向压应力的增大而增大。 一拉一压：一向的强度随另一向应力的增大而降低。双向受拉：强度变化不大。2 .