鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理

PrincipleofReinforcedConcreteStructure

目的、意義1、房屋建筑基坑處理（樁基、地下連續(xù)墻等）2、水工結(jié)構(gòu)（大壩、倒虹吸、引水溝渠等）3、地鐵車站4、公路5、橋梁（橋面、橋墩及基礎(chǔ)等）6、隧道襯砌等混凝土結(jié)構(gòu)（上），東南大學(xué)等三校合編的（關(guān)于下冊）楊霞林，丁小軍.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.中國建筑工業(yè)出版社混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD62-2004建筑荷載規(guī)范GB50009-2012教材及參考書緒論、材料力學(xué)性能、設(shè)計(jì)方法、受彎構(gòu)件正、斜截面承載力計(jì)算、受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件、受扭構(gòu)件、變形及裂縫驗(yàn)算、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件、梁板結(jié)構(gòu)本學(xué)期主要任務(wù)平時(shí)作業(yè)15%考勤15%期末考試70%成績比例

第1章

緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念1.2混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展1.3混凝土課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法一、結(jié)構(gòu)的基本概念1、結(jié)構(gòu)的組成：由若干個(gè)單元所組成的受力骨架。2、基本(單元)構(gòu)件

板：提供活動(dòng)面，直接承受并傳遞荷載；

梁：板的支撐構(gòu)件，承受板傳來的荷載并向下傳遞；

橋臺(tái)和橋墩：支撐上部結(jié)構(gòu)，將上部結(jié)構(gòu)荷載傳給基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)：下部結(jié)構(gòu)，將柱及墻等傳來的上部結(jié)構(gòu)荷載傳給地基；

§1.1結(jié)構(gòu)的基本概念

柱（剛架橋的立柱）：承受梁、板傳來的荷載并傳遞；

墻（剛架橋的立墻）：承受樓面體系（梁、板）或者橋面?zhèn)鱽淼暮奢d并傳遞；

桿：組成空間構(gòu)件，如屋架的各種桿件等，剛架橋的斜撐；

索（懸索）：懸掛構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系的主要傳力單元；3、結(jié)構(gòu)的分類?按材料分類：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)?按受力體系分類：（1）框架結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由梁和柱組成；

圖1-1框架結(jié)構(gòu)（2）剪力墻結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由墻組成；

圖1-2框架剪力墻結(jié)構(gòu)（3）筒體結(jié)構(gòu)：四周封閉的墻形成筒；筒中筒結(jié)構(gòu)：用樓蓋把內(nèi)、外筒體連接成一個(gè)整體，稱筒中筒結(jié)構(gòu)圖1-3外筒平面結(jié)構(gòu)圖圖1-4筒中筒（4）塔式結(jié)構(gòu)：下端固定、上端自由的高聳構(gòu)筑物。

按材料分主要有：鋼塔、鋼筋混凝土塔、預(yù)應(yīng)力混凝土塔、木塔和磚石塔。例電視塔、監(jiān)測塔等。

圖1-5鋼塔架立面和平面（5）桅式結(jié)構(gòu)：由一根下端為鉸接或剛接的豎立細(xì)長桿身桅桿和若干層纖繩所組成的構(gòu)筑物，纖繩拉住桿身使其保持直立和穩(wěn)定（見右圖）。桅式結(jié)構(gòu)由纖繩、桿身和基礎(chǔ)組成。因此得到廣泛采用。例電視塔、監(jiān)測塔等。

圖1-6桅式結(jié)構(gòu)(6)懸索、懸吊結(jié)構(gòu)：由拉索及邊緣構(gòu)件組成的承重結(jié)構(gòu)；

圖1-7懸索與拱的受力比較

懸索是軸心受拉。軸心受力的構(gòu)件最能充分利用結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度。利用鋼材去做“索”，就最能發(fā)揮鋼材受拉性能好的優(yōu)點(diǎn)，所以鋼懸索就是一種理想的結(jié)構(gòu)。不過，單懸索結(jié)構(gòu)與拱結(jié)構(gòu)一樣，它們都是平面結(jié)構(gòu)體系。如果我們利用很多單懸索互相交叉組成“索網(wǎng)”(好像利用桁架交叉組成網(wǎng)架一樣)，就形成多向受力的空間結(jié)構(gòu)——懸索結(jié)構(gòu)。

(7)殼體結(jié)構(gòu):由曲面形板與邊緣構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)；

新疆某機(jī)械廠金工車間采用的薄殼結(jié)構(gòu)，直徑為60m。薄殼結(jié)構(gòu)主要受壓，多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以合理地利用混凝土材料抗壓性能好的特點(diǎn)，已在大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。薄殼結(jié)構(gòu)的形狀復(fù)雜，一般多采用鋼筋混凝土整體澆灌而成。(8)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：由多根桿件通過節(jié)點(diǎn)連結(jié)形成的空間結(jié)構(gòu)；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大多由鋼桿件組成，具有多向受力的性能，空間剛度大，整體性強(qiáng)，并有良好的抗震性能，制作安裝方便。（9）充氣結(jié)構(gòu)：用薄膜制成的，沖入氣體后而形成的結(jié)構(gòu)；在以高分子材料制成的薄膜制品中充入空氣后而形成房屋的結(jié)構(gòu)。分氣承式和氣管式兩種結(jié)構(gòu)形式。圖為夏季劇場的氣球屋頂，氣球的形狀像一塊凸透鏡，跨度約45m，用泵充氣到500N/m2的超壓力。在氣球的頂部有一圓形孔，不斷泵入新鮮空氣以降低過度的熱量，保持氣球形狀。屋頂可以提升到它的支承圓環(huán)的頂部，并在不到20分鐘時(shí)間內(nèi)被充氣。圖1-10氣球屋頂（10）膜結(jié)構(gòu)：用柔性受拉索和薄膜及邊緣構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)；“水立方”是世界上最大的膜結(jié)構(gòu)工程，建筑外圍采用世界上最先進(jìn)的環(huán)保節(jié)能ETFE(四氟乙烯)膜材料，這種材料壽命為20多年，但實(shí)際會(huì)比這個(gè)長，人可以踩在上面行走，感覺特別棒。

“水立方”整體建筑由3000多個(gè)氣枕組成，氣枕大小不一、形狀各異，覆蓋面積達(dá)到10萬平方米，堪稱世界之最。除了地面之外，外表都采用了氣枕。安裝成功的氣枕將通過事先安裝在鋼架上的充氣管線充氣變成“氣泡”，整個(gè)充氣過程由電腦智能監(jiān)控，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣壓、光照等條件使“氣泡”保持最佳狀態(tài)。這種像“泡泡裝”一樣的膜材料有自潔功能，使膜的表面基本上不沾灰塵。即使沾上灰塵，自然降水也足以使之清潔如新。

此外，膜材料具有較好的抗壓性，人們在上面“玩蹦床”都沒問題，“正常的放上一輛汽車都不會(huì)壓壞”。

如果萬一出現(xiàn)外膜破裂，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案，可在8個(gè)小時(shí)內(nèi)把破損的外膜修好或換新。“水立方”晶瑩剔透的外衣上面還點(diǎn)綴著無數(shù)白色的亮點(diǎn)，被稱為鍍點(diǎn)，它們可以改變光線的方向，起到隔

熱散光的效果。自身重量很輕，僅為鋼結(jié)構(gòu)的1／5，混凝土結(jié)構(gòu)的1／40；因此對地震力有良好的適應(yīng)性，而對風(fēng)的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少，故對它設(shè)計(jì)通常采用安全系數(shù)法。

（11）板柱結(jié)構(gòu)：由樓板和柱組成承重體系的結(jié)構(gòu)；（12）墻板結(jié)構(gòu)：由樓板和墻組成承重體系的結(jié)構(gòu)；（13）折板結(jié)構(gòu)：由多塊條形平板組合而成的空間結(jié)構(gòu)；

?按使用功能分類：

建筑結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)等

??按照施工方法分類：

現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu)（1）現(xiàn)澆：現(xiàn)場支模、澆筑混凝土。整體性好，可模性好。但是，周期長，耗費(fèi)模板，造價(jià)高。（2）預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)：預(yù)制好構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場，用起重設(shè)備安裝。中小跨徑橋梁主要采用預(yù)制裝配施工法。（3）裝配整體：預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合。一部分構(gòu)件預(yù)制后安裝，其余部分現(xiàn)澆并與預(yù)制部分形成整體。主要以混凝土材料，并根據(jù)需要配置鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨、鋼管等，作為主要承重材料的結(jié)構(gòu)，均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)（concretestructure）。素混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)FRP筋混凝土緒論鋼－混凝土混合結(jié)構(gòu)二、混凝土概述1.素混凝土結(jié)構(gòu)（plainconcrete)foundationmasonrywall緒論素混凝土基礎(chǔ)抗壓強(qiáng)度很高，但抗拉強(qiáng)度很低。破壞呈脆性。2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（reinforcedconcretestructure)reinforcementstirrupsupport緒論◆混凝土(concrete)：

◎抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度卻很低

◎破壞時(shí)具有明顯的脆性性質(zhì)(brittle)

因此，素混凝土構(gòu)件在實(shí)際工程的應(yīng)用很有限，主要用于以受壓為主的基礎(chǔ)、柱墩和一些非承重結(jié)構(gòu)。（1）基本材料性能basicmaterialsproperties◆鋼材(Steel)：◎抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高◎具有屈服現(xiàn)象，破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性(ductile)◎但細(xì)長的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件緒論例：一跨度為4m，跨中作用集中荷載的簡支梁，梁截面尺寸200×300mm，混凝土為C20。如圖所示：4000AAFa)200300A－Ab)4000BBB－B2003002

103

16緒論a)

素砼梁極限荷載P=8kN由砼抗拉強(qiáng)度控制破壞形態(tài)：脆性b)

鋼筋砼梁極限荷載P=36kN由鋼筋受拉、砼受壓而破壞破壞形態(tài)：延性由此得出鋼筋和混凝土結(jié)合的有效性：大大提高結(jié)構(gòu)的承載力結(jié)構(gòu)的受力性能得到改善緒論（2）鋼筋與混凝土共同工作的條件c.呈堿性的混凝土可以保護(hù)鋼筋，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的耐久性。b.鋼材與混凝土具有基本相同的溫度線膨脹系數(shù)(temperaturelinearexpandingindex)（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5），因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會(huì)產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞。a.鋼筋與混凝土之間存在良好的粘結(jié)力(bond)，在荷載作用下，保證兩種材料變形協(xié)調(diào)(samedeformationunderload)，共同受力；緒論1.就地取材，節(jié)約鋼筋；2.耐久性好，耐火性好；3.可模性好，便于結(jié)構(gòu)型式的實(shí)現(xiàn)；4.現(xiàn)澆或裝配整體式結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大。1.自重大g=25kN/m32.抗裂性差 輕骨料砼。

施加預(yù)應(yīng)力。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：（3）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)缺點(diǎn)3.承載力有限

高強(qiáng)、鋼骨、鋼管混凝土。4.施工復(fù)雜，工序多，工期長，受季節(jié)、天氣影響較

鋼模、飛模、滑模等，泵送、早強(qiáng)、商品、高性能、免振自密實(shí)混凝土等。5.混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞，其修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)較困難。

采用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，快速簡便。緒論3.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（pre-stressedconcretestructure)pre-stressrebarconcretehollowtubepre-stressedconcretehollowfloor緒論緒論概念：在構(gòu)件投入使用前，預(yù)先對使用時(shí)的受拉區(qū)施加預(yù)壓應(yīng)力，投入使用后，先抵消施工施加的預(yù)壓應(yīng)力，然后才會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，推遲裂縫的產(chǎn)生，甚至不出現(xiàn)裂縫，提高構(gòu)件的抗裂度。緒論4.鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（steelreinforcedconcrete)(encasedconcrete)steelreinforcementstirrupsteelreinforcedconcretecolumn緒論5.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（concretefilledtube)steeltubeconcreteconcretefilledtubecolumn緒論6.FRP混凝土（fiberreinforcedpolymer(plastic)concrete)緒論7.鋼-混凝土組合（混合）結(jié)構(gòu)(compositestructureorhybridstructure)緒論

1824年英國人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水泥

1850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

混凝土結(jié)構(gòu)的開始應(yīng)用于土木工程距今僅150多年。

與磚石結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的歷史并不長，但發(fā)展非常迅速，目前混凝土結(jié)構(gòu)已成為大量土木工程結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)，而且高性能混凝土和新型混凝土結(jié)構(gòu)形式還在不斷發(fā)展。緒論§1.2混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展概況第一階段(Thefirststage):從鋼筋混凝土的發(fā)明至本世紀(jì)初鋼筋和混凝土的強(qiáng)度都比較低主要用于建造中小型樓板、梁、柱、拱和基礎(chǔ)等構(gòu)件。計(jì)算理論：結(jié)構(gòu)內(nèi)力和構(gòu)件截面計(jì)算均套用彈性理論(Elastictheory)，采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法(Allowablestressdesignmethod)。混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展緒論混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展第二階段(Thesecondstage)：從本世紀(jì)20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后混凝土和鋼筋強(qiáng)度的不斷提高1928年法國杰出的土木工程師E.Freyssnet發(fā)明了預(yù)應(yīng)力混凝土，使得混凝土結(jié)構(gòu)可以用來建造大跨度計(jì)算理論：前蘇聯(lián)著名的混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)法(Failurestagedesignmethod)，50年代又提出更為合理的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法(limitstatedesignmethod)，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算理論。緒論第三階段(Thethirdstage)：二戰(zhàn)以后到現(xiàn)在高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的發(fā)展、計(jì)算機(jī)的采用和先進(jìn)施工機(jī)械設(shè)備的發(fā)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(jié)構(gòu)等大型工程，成為現(xiàn)代土木工程的標(biāo)志。計(jì)算理論：發(fā)展了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，基礎(chǔ)理論問題大都得到解決，而新型混凝土材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)又不斷提出新的課題，并不斷促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展。混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展緒論混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用緒論房屋工程我國超過100m高的高層建筑中絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)或?yàn)榛炷梁弯摰慕M合結(jié)構(gòu)。混凝土組合柱組合樓板鋼柱組合梁組合桁架鋼筋混凝土筒體奧體中心體育場國家體育場緒論悉尼歌劇院香港中國銀行緒論國家曲棍球場紐約世貿(mào)中心緒論交通工程隧道、橋梁、高速公路、城市高架公路、地鐵緒論斜拉索結(jié)構(gòu)－上海南浦大橋懸索結(jié)構(gòu)－倫敦塔樓交通工程緒論活動(dòng)橋趙州石拱橋緒論水利工程大壩、攔海閘墩、渡槽、港口等多用混凝土結(jié)構(gòu)我國湖北宜昌的三峽大壩，高186m，裝機(jī)容量1786千瓦緒論水工大壩結(jié)構(gòu)特種工程核電站的安全殼、熱電廠的冷卻塔、儲(chǔ)水池、儲(chǔ)氣灌、海洋石油平臺(tái)、電視塔等緒論冷卻塔—薄殼結(jié)構(gòu)會(huì)展中心—薄膜結(jié)構(gòu)基本理論工程應(yīng)用問題的復(fù)雜性問題的綜合性

問題不是單一的

解答是不唯一的受力性能理論分析構(gòu)件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

材料的力學(xué)性能

兩種材料的配比

兩種材料的共同工作§1.3混凝土課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法一、課程的主要研究內(nèi)容緒論1.掌握好材