《混凝土结构基本原理》 13章教案 福州大学土建学院 1-
- 1 - 《混凝土结构基本原理》 1~3 章教案 福州大学土建学院
第一章绪论 内容的分析和总结 本章主要讲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士 结构的优缺点。另外介绍了混凝土结构的发展和应用前景。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注意的问题。 学习的目的和要求 1.学习目的 通过对本章的学习，主要理解钢筋混凝士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，了解混凝土结构的发展状况和学 习木课程应该注意的问题。 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发展荷况 (4)掌握本课程的主要内容、任务和学习方法。 §1-1混凝士的一般概念和特点 一、混凝土结构的一般概念(P2图1一1) 混凝土：水泥、砂、碎石制作的人造石材，简写为砼。 1.混凝士结枸concrete structure,以混凝土为主制成的结构，包括 素混凝土结构 由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制作的结构。 ·钢筋混凝士结构reinforced concrete structure, 由配置受力的普通钢筋、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按照一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（≈/I0),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。 .2
- 2 - 第一章 绪论 内容的分析和总结 本章主要讲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。另外介绍了混凝土结构的发展和应用前景。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注意的问题。 学习的目的和要求 1.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，了解混凝土结构的发展状况和学 习本课程应该注意的问题。 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发展简况。 (4)掌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，简写为砼。 1．混凝土结构 concrete structure，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， 由配置受力的普通钢筋、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按照一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（ft≈fc/10），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
P受压的 150mm 中和 图11简支梁 二、钢筋和混凝土共同工作的主要原因 调糕针结硬后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，使两者共同受力少 度线时 形系数相近 ,因此不会 生较大的相对变形。 钢筋：=1.2×105/℃：混凝土：a=1.0-1.5×101℃ 三、混凝士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12） 图1-2混凝土结构的组成 2.混凝土结构的基本构件（图1-3） 杆 数a 杆（受压 受) 岛梁（受弯、受剪、受扭 基本构件 由板 接受压 受查 独立基酷（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，节约钢材。 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。 3
- 3 - 图 1-1 简支梁 二、钢筋和混凝土共同工作的主要原因 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：α=1.2×10-5 /℃；混凝土：α=1.0~1.5×10-5 /℃ 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） 图 1-2 混凝土结构的组成 2．混凝土结构的基本构件（图 1-3） 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，节约钢材。 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钢筋混凝土的发展简况及应用(P3) 、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，诚轻结构自重，节约钢材。 ·钢筋：常用强度210-500NWmr2,国外常用热轧钢强度达600-900Nmm2,热处理钢筋 i大12501450N/mm2。 ·混凝士：常用混凝土强度20-40N/mm,高强混凝土可达80100N/mm2。 2. 预应力混凝十 克 网筋混凝土结构易裂的特点 拓究了其结构应用 可用于大跨结构、高层建筑、桥梁隧道、海洋结构、压力容器。 3.轻质混凝士：可用于承重结构，减轻自重。有利于发展高层建筑、大跨结构，并改善结 构抗震性能。 一般混凝土：=25kN/m3:羟质混凝土：=1418kN/m3 4.纤维增强混凝土：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 疲劳、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14钢骨混凝土结构 二、设计理论发展及趋向 1。设计规范演变 定值设计法 允许应力设计法(1850-1920)：以弹性理论为基础。 (设计参数为定值， 按破坏阶段的设计方法(19201940)：考虑了构件的极限强度 经验K度量可靠性)】 按极限状态的设计方法(1950-1970)：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。 (失效概率度量可靠性) 图15允许应力设计法计算简图
- 4 - §1-2 钢筋混凝土的发展简况及应用 （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，节约钢材。 · 钢筋：常用强度 210~500N/mm2，国外常用热轧钢强度达 600~900 N/mm2，热处理钢筋 达 1250~1450 N/mm2。 · 混凝土：常用混凝土强度 20~40 N/mm2，高强混凝土可达 80~100 N/mm2。 2． 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。有利于发展高层建筑、大跨结构，并改善结 构抗震性能。 · 一般混凝土：γ=25kN/m3；轻质混凝土：γ=14~18kN/m3。 4． 纤维增强混凝土：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 疲劳、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、设计理论发展及趋向 1． 设计规范演变 · 定值设计法 允许应力设计法（1850~1920）：以弹性理论为基础。 （设计参数为定值， 按破坏阶段的设计方法（1920~1940）：考虑了构件的极限强度。 经验 K 度量可靠性） 按极限状态的设计方法（1950~1970）：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。 （失效概率度量可靠性） 图 1-5 允许应力设计法计算简图
图1-6破坏阶段设计法计算简图 2.设计方法发展：弹性计算理论一弹塑性计算理论 单个构件分析平面结构体系 空间结构体系 极限承载力计算一受力全过程分析 §13本课程特点和学习方法 、本课程内 1.基本知识 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，其结构分析采用不同于材力、结力的特有分析方法。 .设计应遵循安全适用经济原则， 三、学习中应注意问题 1.学习和运用计算公式时，应注意它的适用范围和应用条件。 2.在掌握基本计算理论的同时，还应注意掌握构造要求。 3.熟练掌握和应用设计规范，是做好结构设计的保证。 《混凝土结构设计规范》GB50010 003 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023一85 小结：(1)钢筋混凝土是把钢筋和混凝土这两种材料按照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。在混凝土中配置一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 “起共回 工作的主要原因是钢筋和混凝土之间有 在粘结力，使两者之间能传递力和变形：钢筋和混凝士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 受委节环培母影由垃大结 (4)混凝土材料主要发展方向是高强、轻质、耐久=提高抗裂性和易于成型等。钢筋的 发展方向是高强、较好的延性和较好的粘结锚周性能等。 (5)《规范》条文尤其是强制性条文是设计中必须遵守的带法律性和技术文件，遵守《规 范》是为了使设计方法达到统一化和标准化，从而有效地贯彻国家的技术经济政策，保证工 程质量。 -5-
- 5 - 图 1-6 破坏阶段设计法计算简图 2．设计方法发展：弹性计算理论→弹塑性计算理论 单个构件分析→平面结构体系→空间结构体系 极限承载力计算→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．基本知识：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，其结构分析采用不同于材力、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经验公式。 3．设计应遵循安全适用经济原则，设计是多方案的，答案不是唯一的。 三、学习中应注意问题 1．学习和运用计算公式时，应注意它的适用范围和应用条件。 2．在掌握基本计算理论的同时，还应注意掌握构造要求。 3．熟练掌握和应用设计规范，是做好结构设计的保证。 · 《混凝土结构设计规范》GB50010—2002 · 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023—85 小结：（1）钢筋混凝土是把钢筋和混凝土这两种材料按照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。在混凝土中配置一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原因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）混凝土材料主要发展方向是高强、轻质、耐久=提高抗裂性和易于成型等。钢筋的 发展方向是高强、较好的延性和较好的粘结锚固性能等。 （5）《规范》条文尤其是强制性条文是设计中必须遵守的带法律性和技术文件，遵守《规 范》是为了使设计方法达到统一化和标准化，从而有效地贯彻国家的技术经济政策，保证工 程质量