钢筋混凝土结构第一章绪论.ppt

第一章 绪论,混凝土结构基本原理,一、混凝土结构的概念和特点 1.一般概念,素混凝土梁承载力小，破坏突然,钢筋混凝土梁承载力大，变形性能好，破坏有预告,采用券拱技术筑成隧道、石砌渡槽等城市输水道11条，总长530米。其中尼姆城的加尔河谷输水道桥，有268.8米长的一段是架在3层叠合的连续券上的。,加尔输水道桥：公元前63年-前13年，古罗马,世界著名古石桥。位于河北省赵县，为隋朝匠人李春所建。赵州桥是世界现存最早、跨度最大的空腹式单孔圆弧石拱桥，全长50.83米，净跨37.02米，矢高7.23米，桥面宽9米。,赵州桥：595年-605年,拜占庭建筑最光辉的代表，东正教的中心教堂。为集中式建筑，东西长77.0米，南北长71.7米。教堂正中是直径32.6米，高15米的穹顶，有40个肋，通过帆拱架在四个7.6米宽的墩子上。中央穹顶的侧推力在东西两面由半个穹顶扣在大券上抵挡，它们的侧推力又各由斜角上两个更小的半穹顶和东、西两端的各两个墩子抵挡。这两个小半穹顶的力又传到两侧更矮的拱顶上去。中央穹顶的南北方向则以18.3米深的四片墙抵住侧推力。,圣索菲亚大教堂532-537年，君士坦丁堡,一、混凝土结构的概念和特点 1.一般概念,钢筋混凝土结构（构件）,一、混凝土结构的概念和特点 2.混凝土和钢筋共同工作的原因,*混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形,*两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋：1.2 10-5,*混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化,一、混凝土结构的概念和特点 3.预应力混凝土结构的一般概念,一、混凝土结构的概念和特点 4.混凝土结构的组成,一、混凝土结构的概念和特点 5.混凝土结构的优缺点,优点：耐久性好 耐火性好 整体性好 可模性好 就地取材 节约钢材 阻止射线的穿透,缺点：自重大 易开裂 耗模板 施工受季节性影响 隔热隔声性能差,随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服,钢筋混凝土结构的主要优点：,1、合理地利用了钢筋和混凝土材料的受力性能特点、可以形成强度较高、刚度较大的结构构件；非常的经济，就地取材，砂、石在钢筋混凝土中占了重大的比例。2、耐久性好，混凝土的强度随时间的增长而不断的增加（三十年时能长到原来的两倍以上）；钢筋在混凝土的包裹中而不致于锈蚀。,3、耐火性能好，混凝土是不良的传热体，在火灾中由于保护层的作用，钢筋不会很快地软化，而使结构破坏，所以一般比钢结构耐火性能要好；4、整体性能好，特别是现浇结构，具有必要的延性，适用于抗振结构。同时适用于保护结构，抗御强烈的爆炸冲击波或者暴风浪的袭击；,5、刚性好，刚度大，在使用荷载下仅产生较小的变形。6、可塑性好，由于新拌合的混凝土是可塑体，可以根据需要用模板浇成各类型长尺寸的混凝土结构；,钢筋混凝土结构的主要缺点,1、自重大，达到对于大跨度结构，高层结构和对抗震都是很不利的（采用轻质高强的混凝土）。2、抗裂性能差，配筋混凝土承载能力大大提高，但抗裂性能提高不大，是带裂缝工作（采用预应力的办法）。,3、工期长、费工多、户外施工受季节性的气候条件的限制制作、支撑模板费工大（28天龄期，工期比较长）北方地区受季节的影响；（采用工具式模板，用滑模、飞模、升板等施工工艺、提高工业化的程度，增加预制构件的品种和数量）,二、混凝土结构的发展 1.钢筋混凝土结构的诞生,*1824年，英国人J.Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；,*1849年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船-最早的钢筋混凝土结构；,*1861年，法国花匠J.Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请年了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；,*1884年，德国人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。,二、混凝土结构的发展 2.材料方面的发展,强度不断提高 美国60年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代：42N/mm2，有特殊需要时：40N/mm2100 N/mm2，试验室中：266 N/mm2,轻质混凝土的应用 容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等,无砂混凝土 只有粗骨料，无细骨料,FRP筋的应用 用FRP筋代替钢筋,江阴长江公路大桥，建成于1999年，主跨1385米。江阴长江大桥是一座主跨径超过1000米的特大型桥梁。,多伦多电视塔高553.34m,装备有4 部高速电梯，每分钟运行速度367 米；距地面346 米处，有一间可供500人同时进餐的旋转式餐，设在距地面350 米处，据说这也是世界上最高的餐厅，餐厅每隔65 分钟旋转一周；塔上有三级瞭望台，分别设在距地面342 米（室外瞭望台）、346 米（室内瞭望台）和447 米（空间瞭望台）。,上海东方明珠电视塔位居亚洲第一、世界第三；由三根直径为9米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。可载50人的双层电梯和每秒7米的高速电梯为目前国内所仅有；上球体观光层直径45米，高263米；高耸入云的太空舱建在350米处，内有观光层。,台北101大楼中国台北，2003年10月完工，拿下了“世界高楼”四项指标中的三项世界之最，即“最高建筑物”（508米）、“最高使用楼层”（438米）和“最高屋顶高度”（448米）。剩下的一项“世界最高天线高度”仍为美国芝加哥的席尔斯大楼所保有。,二、混凝土结构的发展 3.结构方面的发展,预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重,结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等,预应力技术，克服了钢筋混凝土容易产生裂缝的这一缺点，增加跨度，减小截面。（白令海峡洲际大桥主跨365米）,Bridge Street Bridge（c）,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,设计方法,允许应力设计法,破坏阶段设计法,极限状态设计法,半经验半概率法,近似概率法,全概率法,生命全过程设计法,材料力学的方法,按经验法确定安全系数,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,结构基本理论-如何设计一个新结构,荷载的确定方法,结构的力学分析：线性和非线性,构件的承载力计算、设计方法和构造措施,未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）,承载力计算,耐久性评估,寿命预测,损伤分析,加固理论,修复理论,灾害评估等,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,结构基本理论-计算机仿真技术的应用,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,结构基本理论-结构试验技术的完善,二、混凝土结构的发展 5.施工工艺方面的发展,建筑工业化（1）、装配式的建筑（工业厂房的构件，住宅的楼板等）（2）、采用工具式的模板（3）、机械化现浇（泵送混凝土）加速了建设速度，降低了建筑造价，保证施工质量,6、电子计算机辅助设计技术（CAD技术），提高设计效率，优化设计，节约成本间的造价。,三、混凝土结构的应用 1.房屋工程,我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构,三、混凝土结构的应用 2.交通工程,隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等,三、混凝土结构的应用 3.水利工程,大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构,瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝,我国湖北宜昌的三峡大坝，高186m，装机容量1786千瓦,三、混凝土结构的应用 4.特种工程,核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等,四、本课程的目的和学习方法 1.目的,是土木工程专业的一门主要专业基础课,混凝土结构构件的受力性能和力学分析方法,混凝土结构构件的设计方法,现有混凝土结构构件的性能评估,四、本课程的目的和学习方法 2.学习方法,注意本课程与相关课程尤其是“材料力学”、“结构力学”课程的异同点，正确运用已有的力学知识解决实际问题;,混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上，目前还缺乏完善的理论体系。很多公式不能有严密的逻辑推导得出，只能由试验结果回归而成.学习和应用时要注意思维方式的转变;,结构设计单靠理论分析还不够，还要辅以一定的构造措施，才能保证安全可靠,结构方案的选定,截面尺寸和材料的确定,不仅是强度变形计算，要考虑经济、适用、施工的问题;注意理论联系实际，积累一定的感性认识，对学习本课程十分有益,