混凝土結構混凝土結構設計原理

（鋼筋）混凝土結構

(Reinforced)

ConcreteStructure

簡稱RCStructure當今世界的房屋建筑有四大主要結構：鋼結構、木結構、砌體結構和混凝土結構。其中，混凝土結構的數量最大，使用面最廣。混凝土結構設計課程是土木工程專業的核心課程。混凝土結構的重要性混凝土結構采用什么符號體系？

采用主體符號或帶上、下標的主體符號。如

M，

fy

，

Ecf，

fy′

主體符號：用斜體大、小寫字母；上、下標：用標號或小寫正體字母。例外：

l

E混凝土結構采用什么計量單位？力：N(牛頓)，kN(千牛)應力：N/mm2或MPa(兆帕)長度：mm,cm,m常見的錯誤寫法：

N(牛）誤寫為N（軸力）

kN誤寫為KN

MPa誤寫為Mpa第一章緒論以混凝土材料為主的結構均可稱為混凝土結構。包括:1.1混凝土結構的一般概念1.1.1混凝土結構的定義與分類第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點素混凝土結構鋼筋混凝土結構預應力混凝土結構鋼骨混凝土結構鋼管混凝土結構FRP筋混凝土鋼-混凝土混合結構纖維混凝土第一章緒論以混凝土材料為主的結構均可稱為混凝土結構。包括:1.1混凝土結構的一般概念1.1.1混凝土結構的定義與分類第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點素混凝土結構鋼筋混凝土結構預應力混凝土結構鋼骨混凝土結構鋼管混凝土結構FRP筋混凝土鋼-混凝土混合結構纖維混凝土第一章緒論素混凝土結構（PlainConcrete)

不配置任何鋼材的混凝土結構FoundationMasonrywall1.1混凝土結構一般概念和特點第一章緒論鋼筋混凝土結構（ReinforcedConcreteStructure)

用圓鋼筋作為配筋的普通混凝土結構ReinforcementStirrupSupport1.1混凝土結構一般概念和特點第一章緒論預應力混凝土結構（Pre-stressedConcreteStructure)由配置受力的預應力鋼筋通過張拉或其他方法建立預加應力的混凝土制成的結構。Pre-stressrebarConcreteHollowtubePre-stressedconcretehollowfloor1.1混凝土結構一般概念和特點第一章緒論鋼骨混凝土結構（SteelReinforcedConcrete)(EncasedConcrete)

用型鋼或鋼板焊成的鋼骨架作為配筋的混凝土結構SteelReinforcementStirrupSteelreinforcedConcretecolumn1.1混凝土結構一般概念和特點第一章緒論鋼管混凝土結構（ConcreteFilledTube)

在鋼管內澆搗混凝土作成的結構SteeltubeConcreteConcretefilledtubecolumn1.1混凝土結構一般概念和特點第一章緒論FRP(纖維增強塑料)混凝土（FiberReinforcedPolymer(Plastic)Concrete)1.1混凝土結構一般概念和特點纖維增強塑料（FRP）可用于制造非金屬及預應力絞線，其生產工藝是將多股連續纖維以環氧樹脂等作為基底材料進行膠合，此后經過特制的模具擠壓、拉拔成形。常見截面形狀：棒材、絞線、編織、格狀、矩形種類：玻璃纖維增強塑料（GFRP）碳纖維增強塑料（CFRP）芳綸纖維增強塑料（AFRP

）特點（與鋼筋比）：強度－質量密度比高，約為鋼材的5倍。抗腐蝕性能極好是非導電材料和非磁性材料彈性模量約為鋼材的2/3—1/4碳纖維和芳綸纖維筋具有良好的抗疲勞性能1.1混凝土結構一般概念和特點第一章緒論鋼-混凝土組合（混合）結構(CompositeStructureorHybridStructure)1.1混凝土結構一般概念和特點1.1.2配筋的作用和要求：第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點◆混凝土(Concrete)：

◎抗壓強度高，而抗拉強度卻很低

Highcompressivestrength,butlowertensilestrength

◎一般抗拉強度只有抗壓強度的1/8~1/20

◎破壞時具有明顯的脆性性質(

Brittle)

因此，素混凝土構件在實際工程的應用很有限，主要用于以受壓為主的基礎、柱墩和一些非承重結構。基本材料性能

BasicMaterialsPropertiesPcr=9.7kN150300fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2

ftsc=ft2500素混凝土梁受力性能Pu

≈

Pcrsc=ft

ft破壞時跨中截面受壓邊緣的壓應力與抗拉強度相近，遠未達到混凝土的抗壓強度，破壞表現為脆性斷裂，無明顯預兆。第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點◆鋼材(Steel)：◎抗拉和抗壓強度都很高◎具有屈服現象，破壞時表現出較好的延性Ductile◎但細長的鋼筋受壓時極易壓曲，僅能作為受拉構件而純鋼構件的承載力也往往取決于鋼材的壓曲，材料強度一般得不到充分地發揮。Advantage:

將混凝土和鋼材這兩種材料有機地結合在一起，可以取長補短，充分利用材料的性能。第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點鋼筋（加筋）+混凝土鋼筋混凝土結構（構件）拉壓性能均好抗壓性能好利用混凝土抗壓，鋼筋受拉（亦可受壓）----各盡其能，相得益彰第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2

ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu

≈

52.5kNsc=ft

ft

ss

sc2f16

fy配置鋼筋后，RC梁的承載力比素混凝土梁大大提高，鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度均得到充分利用，且破壞過程有明顯預兆。Py

≈

50.0kN第一章緒論

fc1.1混凝土結構一般概念和特點Pcr=9.7kNfc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2

ftsc=ft1503002500鋼筋混凝土梁Pu

≈

52.5kNsc=ft

ft

ss

sc2f16

fyPy

≈

50.0kN第一章緒論

fc★但從開裂荷載到屈服荷載，在很長的過程帶裂縫工作；★通常裂縫寬度很小，不致影響正常使用。★但裂縫導致梁的剛度顯著降低，使得鋼筋混凝土梁不能應用于大跨度結構。如何解決？1.1混凝土結構一般概念和特點◆鋼筋混凝土——ReinforcedConcrete◆除在構件的受拉區配筋外，還有許多其他配筋方式◆可以在構件的受壓區配置鋼筋協助混凝土承受壓力◆在復雜應力區域（如梁在受剪區段、受扭構件、節點區、剪力墻等），可以配置箍筋或縱橫交錯的鋼筋◆當構件受力很大時，可以直接配置鋼骨◆還可以利用箍筋約束混凝土來提高混凝土的抗壓強度，甚至直接采用鋼管◆采用纖維（鋼纖維、玻璃纖維等）與混凝土一起攪拌形成的纖維混凝土，其抗拉強度可以達到提高★因此，兩種(或兩種以上)材料的有機組合，可充分發揮各自的長處，創造出多種形式的復合材料，適應各種不同受力的要求，取得很好的綜合經濟效益

第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點受壓構件中配置受壓鋼筋受扭構件配筋螺旋箍筋約束混凝土梁中配置箍筋鋼筋與混凝土共同工作的條件：⑴鋼筋與混凝土之間存在良好的粘結力(Bond)，在荷載作用下，保證兩種材料變形協調(SameDeformationunderload)，共同受力；⑵鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(Temperaturelinearexpandingindex)（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5），因此當溫度變化時，兩種材料不會產生過大的變形差而導致兩者間的粘結力破壞。(3)在混凝土結構中，鋼筋表面必須留有一定的混凝土保護層厚度。第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點1.1.3混凝土結構的優缺點：第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點優點取材容易：可就地取材，有效利用廢料；節約鋼材：發揮混凝土抗壓，鋼筋抗拉的特點。耐久性好：混凝土包裹鋼筋，不易銹蝕；耐火性好：混凝土包裹鋼筋，延緩升溫；可模性好：根據需要，澆筑成各種形狀；整體性好：有利于抗震、抵抗沖擊和爆炸沖擊波。缺點：⑴自重大：不適用于大跨、高層結構。第一章緒論1.1混凝土結構一般概念和特點⑵抗裂性差：普通RC結構，在正常使用階段往往帶裂縫工作，環境較差(露天、沿海、化學侵蝕)時會影響耐久性；也限制了普通RC用于大跨結構，高強鋼筋無法應用。⑶承載力有限：在重載結構和高層建筑底部結構，構件尺寸太大，減小使用空間。⑷施工復雜，工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養護），工期長，施工受季節、天氣的影響較大。⑸混凝土結構一旦破壞，其修復、加固、補強比較困難。1.2混凝土結構的發展與應用概況

1824年英國人阿斯普丁(J.Aspdin)發明硅酸鹽水泥。

1849年法國人朗波(L.Lambot)制造了第一只鋼筋混凝土小船。

1872年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋。1928年法國杰出的土木工程師E.Freyssnet發明了預應力混凝土。混凝土結構的開始應用于土木工程距今僅150多年。與磚石結構、鋼木結構相比，混凝土結構的歷史并不長，但發展非常迅速，目前混凝土結構已成為大量土木工程結構中最主要的結構，而且高強鋼筋、高強高性能混凝土和高性能外加劑和混合材料的研制使用使其應用范圍不斷擴大，從工業與民用建筑、交通設施、水利水電建筑、基礎工程擴大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核安全殼等領域。第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用上海金茂大廈，88層，382m廣東國際大廈，63層，建筑高度200.18米，20世紀90年代初國內最高的鋼筋砼結構，也是世界上最高的無粘結預應力砼平板樓蓋的超高層建筑。第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用三峽大壩第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用奚落度拱壩黃河小浪底工程第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第一階段：從鋼筋混凝土的發明至上世紀初。鋼筋和混凝土的強度都比較低。主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱和基礎等構件。計算理論：結構內力和構件截面計算均套用彈性理論，采用容許應力設計方法。混凝土結構的發展第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第二階段：從上世紀20年代到第二次世界大戰前后。混凝土和鋼筋強度不斷提高。1928年法國杰出的土木工程師E.Freyssnet發明了預應力混凝土，可以使用混凝土結構建造大跨度結構計算理論：前蘇聯著名的混凝土結構專家格沃茲捷夫（Α.Α.Гвоздев）開始考慮混凝土塑性性能的破損階段設計法，50年代又提出更為合理的極限狀態設計法，奠定了現代鋼筋混凝土結構的基本計算理論。第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用第三階段：二戰以后到現在出現裝配式鋼筋混凝土結構、泵送商品混凝土等工業化生產技術。高強混凝土和高強鋼筋的發展、計算機的采用和先進施工機械設備的發明，建造了一大批超高層建筑、大跨度橋梁、特長跨海隧道、高聳結構等大型工程。設計計算理論：發展了以概率理論為基礎的極限狀態設計法，而新型混凝土材料及其復合結構形式的出現又不斷提出新的課題，并不斷促進混凝土結構的發展。第一章緒論1.2混凝土結構的發展簡況及其應用1.3學習本課程要注意的問題課程性質鋼筋混凝土基本構件－專業基礎課混凝土結構設計－專業課混凝土構件的受力性能、設計計算方法、構造等基本理論。梁板結構、單層廠房、多層和高層房屋、水工建筑物。第一章緒論1.3混凝土結構課程學習中應注意的問題1、加強實驗、實踐性教學環節并注意擴大知識面。混凝土結構的基本理論相當于鋼筋混凝土及預應