混凝土结构讲稿讲稿
混凝土结构讲稿 1 讲 稿
第|讲次第一章混凝土结构绪论目的要求：通过本讲课程的学习，了解混凝土结构的一些基本概念和分类及钢筋混凝土结构的优缺点，并掌握钢筋和混凝土的工作原理重点：钢筋混凝土结构的工作原理难点：钢筋混凝土结构的受力特点，第章绪论签1潮凝土结构的一般极念1.1.1混豪土结构的定义与分类以混凝土为主要材料制成的结构称为混凝土结构，包括钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和素混凝土结构等。（1）配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢骨架的混凝土制成的结构称为钢筋混凝土结构：（2）配置预应力钢筋，再经过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构称为预应力混凝土结构；（3）无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构称为素混凝土结构。1.1.1配筋的作用与要求钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同的材料组成的。用混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，二者共同工作，以满足工程结构的使用要求。PN受压钢筋(a)(c)受拉钢筋(b)图1-1简支梁受力破坏示意图为了使钢筋和混凝土两者共同工作，需要混凝土硬化后与钢筋之间有良好的粘结力，这样两者才能共同变形、共同受力。在不受力的情况下变形的一个主要内素就是温度的变化，也就是热胀冷缩。它们两者的温度线膨胀系数比较接近（钢1.2x105°C：混凝土1.0x10-5~1.5x105%C），所以两者不会因为温度的变化而造成粘结破坏。有时为了防止钢筋和混凝土之间产生滑移还会在钢筋的端部留一定的错固长度，有的还做弯钩。11-3钢筋漫凝土结构的优缺点钢筋混凝土结构的主要优点：取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，还可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。合理用材：钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相比，可以降低造价。n
第 1 讲次 第一章 混凝土结构绪论 2 目的要求：通过本讲课程的学习，了解混凝土结构的一些基本概念和分类及钢筋混凝土结 构的优缺点，并掌握钢筋和混凝土的工作原理。 重点：钢筋混凝土结构的工作原理。 难点：钢筋混凝土结构的受力特点。 第 1 章 绪 论 §1．l 混凝土结构的一般概念 1．1．1 混凝土结构的定义与分类 以混凝土为主要材料制成的结构称为混凝土结构，包括钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和素混凝 土结构等。 （1）配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢骨架的混凝土制成的结构称为钢筋混凝土结构； （2）配置预应力钢筋，再经过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构称为预应力混凝土 结构； （3）无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构称为素混凝土结构。 1．1．2 配筋的作用与要求 钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同的材料组成的。用混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力， 二者共同工作，以满足工程结构的使用要求。 为了使钢筋和混凝土两者共同工作，需要混凝土硬化后与钢筋之间有良好的粘结力，这样两者才能共 同变形、共同受力。在不受力的情况下变形的一个主要因素就是温度的变化，也就是热胀冷缩。它们两者 的温度线膨胀系数比较接近（钢 1.2×10-5 / oC；混凝土 1.0×10-5～1.5×10-5 / oC），所以两者不会因为温度的变 化而造成粘结破坏。 有时为了防止钢筋和混凝土之间产生滑移还会在钢筋的端部留一定的锚固长度，有的还做弯钩。 1·1·3 钢筋混凝土结构的优缺点 钢筋混凝土结构的主要优点： 取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，还可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。 合理用材：钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相比，可以降低造 价
第|讲次第一章混凝土结构绪论耐久性：密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混凝土包裹，不易锈蚀，维修费用也很少，所以钢筋混凝土结构的耐久性比较好。耐火性：混凝土包裹在钢筋外面，火灾时钢筋不会很快达到软化温度而导致结构整体破坏。与裸露的木结构、钢结构相比耐火性要好。可模性：根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构。整体性：整浇或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体性，有利于抗震、抵抗振动和爆炸冲击波。钢筋混凝土结构缺点1）自身重力较大，这对大跨度结构、高层建筑结构以及抗震不利。也给运输和施工吊装带来困难。2）钢筋混凝土结构抗裂性较差，3）钢筋混凝土结构的隔热隔声性能也较差。所以现在正在发展轻质高强混凝土来减轻自重。2混凝土结构的发展与应用概况混凝土结构使用至今已有大约150年的历史。因为它具有我们前面介绍的这许多优点，所以发展速度很快，应用也广泛。混凝土的品种也越来越多。例如轻质混凝土、加气混凝土、陶粒混凝土和绿色混凝土等，还有很多其他具有特殊性能的混凝土也在研究中。混凝土的应用范围越来越广泛。在以前主要是用于地上的一些建筑和基础工程，现在已经扩展到了地下和海中的一些工程，甚至开始实验用于月面建筑。我国是使用混凝土结构最多的国家，很多有名的建筑都是钢筋混凝土结构，例如上海电视塔、长江三峡水利枢纽工程等。以后混凝土结构在我国的应用会国家广泛。近年来，很多数学和计算机方法在混凝土结构中的应用不仅取得了很多新的研究成果还使得建筑结构设计的时间大大缩短，从而提高了经济效益。83学习本课程要注意的问题混凝土结构课程按内容的性质可以分为基本构件和结构设计两部分，我们的主要内容是前一部分。1、加强实验、实践性学习并注意扩大知识面2.突出重点，并注意难点的学习3.深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，且忌死记便背。本讲课程小结：混凝土结构的一些基本概念和分类：钢筋混凝土结构的优缺点钢筋和混凝土的工作原理本讲课程作业：钢筋混凝土结构的工作原理是什么？
第 1 讲次 第一章 混凝土结构绪论 3 耐久性：密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混凝土包裹，不易锈蚀，维修费用也很少，所 以钢筋混凝土结构的耐久性比较好。 耐火性：混凝土包裹在钢筋外面，火灾时钢筋不会很快达到软化温度而导致结构整体破坏。与裸露的 木结构、钢结构相比耐火性要好。 可模性：根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构。 整体性：整浇或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体性，有利于抗震、抵抗振动和爆炸冲击波。 钢筋混凝土结构缺点: 1） 自身重力较大，这对大跨度结构、高层建筑结构以及抗震不利。也给运输和施工吊装带来困难。 2） 钢筋混凝土结构抗裂性较差， 3） 钢筋混凝土结构的隔热隔声性能也较差。 所以现在正在发展轻质高强混凝土来减轻自重。 §l．2 混凝土结构的发展与应用概况 混凝土结构使用至今已有大约 150 年的历史。因为它具有我们前面介绍的这许多优点，所以发展速度 很快，应用也广泛。 混凝土的品种也越来越多。例如轻质混凝土、加气混凝土、陶粒混凝土和绿色混凝土等，还有很多其 他具有特殊性能的混凝土也在研究中。 混凝土的应用范围越来越广泛。在以前主要是用于地上的一些建筑和基础工程，现在已经扩展到了地 下和海中的一些工程，甚至开始实验用于月面建筑。 我国是使用混凝土结构最多的国家，很多有名的建筑都是钢筋混凝土结构，例如上海电视塔、长江三 峡水利枢纽工程等。以后混凝土结构在我国的应用会国家广泛。 近年来，很多数学和计算机方法在混凝土结构中的应用不仅取得了很多新的研究成果还使得建筑结构 设计的时间大大缩短，从而提高了经济效益。 §l．3 学习本课程要注意的问题 混凝土结构课程按内容的性质可以分为基本构件和结构设计两部分，我们的主要内容是前一部分。 1．加强实验、实践性学习并注意扩大知识面 2．突出重点，并注意难点的学习 3．深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，且忌死记硬背。 本讲课程小结：混凝土结构的一些基本概念和分类；钢筋混凝土结构的优缺点； 钢筋和混凝土的工作原理。 本讲课程作业：钢筋混凝土结构的工作原理是什么？
第2讲次第二章钢筋混凝土的材料力学性能目的要求：通过本讲课程的学习，了解混凝土的立方体抗压强度标准值：轴抽心抗压强度和抽心抗拉强度重点：立方体抗压强度标准值难点：立方体抗压度标准值与试件尺寸关系第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.1漏凝士的物理力学性能2.1.1混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合便化后形成的人工石材，是多相复合材料。通常把混凝土的结构分为三种基本类型：①微观结构即水泥石结构：②亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构：③宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。2.1.2单轴向应力状态下的混土翌度温漫士的抗压强度山混凝士的立力体抗压照度和强度等数我国把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GBJ81-85）规定以边长为150mm的立方体为标准试件，标准立方体试件在（20土3）℃的温度和相对湿度90%以土的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度单位为N/mm。《混凝土结构设计规范》规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，用符号fu表示。即用上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。《混凝土设计规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N/mm。其中，C50~C80属高强度混凝土范畴。（2）品覆土的轴心抗压碰度混凝土的抗压强度与试件的形状有关，采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力。用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称轴心抗压强度。我国《普通混凝土力学性能试验方法》规定以150mmX150mmX300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。《混凝土结构规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号f表示。《混凝土设计规范》基于安全取偏低值，轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式确定：fa=0.88α1a2fuk(2-1)式中：α1为棱柱体强度与立方体强度之比，对混凝土强度等级为C50及以下的取α1=0.76，对C80取α=0.82，在此之间接直线规律变化取值。α2为高强度混凝土的脆性折减系数，对C40取α2=1.00，对C80取α2=0.87，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。2滤减士的轴心抗控强度抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，也可用它间接地衡量混凝土的冲切强度等其他力学性能。国内外也常用劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。根据弹性理论，劈拉强度f可按下式计算：
第 2 讲次 第二章 钢筋混凝土的材料力学性能 4 目的要求：通过本讲课程的学习，了解混凝土的立方体抗压强度标准值；轴心抗压强度和 轴心抗拉强度。 重点：立方体抗压强度标准值。 难点：立方体抗压强度标准值与试件尺寸关系。 第 2 章 混凝土结构材料的物理力学性能 §2.1 混凝土的物理力学性能 2.1.1 混凝土的组成结构 普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相复合材料。通常把混凝土 的结构分为三种基本类型：①微观结构即水泥石结构；②亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构；③宏观 结构即砂浆和粗骨料两组分体系。 2.1.2 单轴向应力状态下的混凝土强度 1.混凝土的抗压强度 (1)混凝土的立方体抗压强度和强度等级 我国把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方 法》（GBJ81-85）规定以边长为 150mm 的立方体为标准试件，标准立方体试件在（20±3）ºC 的温度和相 对湿度 90％以上的潮湿空气中养护 28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度， 单位为 N/mm2。 《混凝土结构设计规范》规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，用符号 fcu,k 表示。即 用上述标准试验方法测得的具有 95％保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。《混凝土设计规范》 规定的混凝土强度等级有 C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75 和 C80，共 14 个等级。例如，C30 表示立方体抗压强度标准值为 30N／mm2。其中，C50～C80 属高强度混 凝土范畴。 （2）混凝土的轴心抗压强度 混凝土的抗压强度与试件的形状有关，采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能 力。用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称轴心抗压强度。 我国《普通混凝土力学性能试验方法》规定以 150mmX150mmX300mm 的棱柱体作为混凝土轴心抗压 强度试验的标准试件。 《混凝土结构规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有 95％保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压 强度标准值，用符号 fck 表示。 《混凝土设计规范》基于安全取偏低值，轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式 确定： fck＝0.88 1 2fcu,k （2－1） 式中： 1 为棱柱体强度与立方体强度之比，对混凝土强度等级为 C50 及以下的取 1=0.76，对 C80 取 =0.82，在此之间接直线规律变化取值。 2 为高强度混凝土的脆性折减系数，对 C40 取 2= 1.00，对 C80 取 2=0.87，中间按直线规律变化取值。0.88 为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的 折减系数。 2.混凝土的轴心抗拉强度 抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，也可用它间接地衡量混凝土的冲切强度等其他力学性能。国 内外也常用劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。根据弹性理论，劈拉强度 ft,k 可按下式计算：
第2讲次第二章钢筋混凝土的材料力学性能2Ffig=rdl(2-3)式中F一一破坏荷载：d一一圆柱体直径或立方体边长：1—一圆柱体长度或立方体边长。试验表明，劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度，劈拉试件的大小对试验结果也有一定影响。《混凝土结构设计规范》考虑了从普通强度混凝土到高强度混凝土的变化规律，取轴心抗拉强度标准值f与立方体抗压强度标准值fouk的关系为fix=0.88x0.395fcu.k0.55(1-1.645y0.45xα2(2-4)式中为变异系数：0.88的意义和α2的取值与式（2-1）中的相同。2.1.3复合应力状态下混凝土的强度在两个平面作用着法向应力1和2。第二个平面上应力为零的双向应力状态下，混凝土二向破坏包络图如图2一7所示。一旦超出包络线就意味着材料发生破坏。图中第一象限为双向受拉区，G1、G2相互影响不大，不同应力1/2比值下的双向受拉强度均接近于单向受拉强度。第三象限为双向受压区，大体上一向的强度随另一向压力的增加而增加，混凝土双向受压强度比单向受压强度最多可提高27%。第二、四象限为拉-压应力状态，此时混凝土的强度均低于单向拉伸或压缩时的强度。由试验得到的经验公式为：-%=f+(4.5~7.0)（(2-5)3-0-08-06-04-0式中Je——有侧向压力约束试件的轴心抗压强度；1一一无侧向压力约束试件的轴心抗压强度：侧向约束压应力。公式中，前的数字为侧向应力系数，平均值为5.6，当图2-7双向应力状态下混凝土的破坏包络图侧向压应力较低时得到的系数值较高。本讲课程小结：立方体抗压强度标准值：轴心抗压强度：轴心抗拉强度本讲课程作业：立方体抗压强度标准值是如何规定的？与试件尺寸和试验方法有何关系？
第 2 讲次 第二章 钢筋混凝土的材料力学性能 5 ft,s= dl F 2 (2-3) 式中 F——破坏荷载； d——圆柱体直径或立方体边长； l——圆柱体长度或立方体边长。 试验表明，劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度，劈拉试件的大小对试验结果也有一定影响。 《混凝土结构设计规范》考虑了从普通强度混凝土到高强度混凝土的变化规律，取轴心抗拉强度标准 值 ftk 与立方体抗压强度标准值 fcu,k 的关系为 ftk=0.88×0.395fcu,k0.55(1-1.645 )0.45× 2 （2－4） 式中 为变异系数；0.88 的意义和 2 的取值与式（2－1）中的相同。 2.1.3 复合应力状态下混凝土的强度 在两个平面作用着法向应力 1 和 2。第三个平面上应力为零的双向应力状态下，混凝土二向破坏 包络图如图 2－7 所示。一旦超出包络线就意味着材料发生破坏。图中第一象限为双向受拉区， 1、 2 相互影响不大，不同应力 1/ 2 比值下的双向受拉强度均接近于单向受拉强度。第三象限为双向受压区， 大体上一向的强度随另一向压力的增加而增加，混凝土双向受压强度比单向受压强度最多可提高 27％。第 二、四象限为拉-压应力状态，此时混凝土的强度均低于单向拉伸或压缩时的强度。 由试验得到的经验公式为： cc c l f f (4.5 ~ 7.0) f ' ' = + （2－5） 式中 ' cc f ——有侧向压力约束试件的轴心抗压强度； ' c f ——无侧向压力约束试件的轴心抗压强度； L f ——侧向约束压应力。 公式中， L f 前的数字为侧向应力系数，平均值为 5.6，当 侧向压应力较低时得到的系数值较高。 本讲课程小结：立方体抗压强度标准值；轴心抗压强度；轴心抗拉强度。 本讲课程作业：立方体抗压强度标准值是如何规定的？与试件尺寸和试验方法有何关系？