混凝土结构课件(吴培明).ppt

1、使用教材：普通高等学校土木工程专业新编使用教材：普通高等学校土木工程专业新编系列教材系列教材 混凝土结构混凝土结构(上上)吴培明主编吴培明主编 混凝土结构混凝土结构(下下)彭少民主编彭少民主编 武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社授课对象：土木工程专业本授课对象：土木工程专业本专科学生专科学生授课形式：采用多媒体电子课件（自编），辅授课形式：采用多媒体电子课件（自编），辅以传统教学方式；多次采用课堂互动式教学手以传统教学方式；多次采用课堂互动式教学手段，师生共同探索和学习。段，师生共同探索和学习。课程性质课程性质：1.混凝土结构混凝土结构是土木工程专业是土木工程专业最主要最主要的的一门专业基础

2、课一门专业基础课;2.是一门关键的是一门关键的学位课程学位课程;3.是报考结构工程是报考结构工程硕士研究生硕士研究生的考试课程的考试课程;4.该课程的该课程的实践性实践性强（后续包含强（后续包含3个课程设个课程设计），实用性强，与该专业的计），实用性强，与该专业的毕业设计毕业设计有有着很大的联系着很大的联系;5.今后报考今后报考“注册结构工程师注册结构工程师”的一门难度的一门难度较大的科目。较大的科目。存在的困难和问题：学时少，内容多，要求存在的困难和问题：学时少，内容多，要求高。高。对学生的要求：积极配合教师上好每一节课，对学生的要求：积极配合教师上好每一节课，认真听讲，积极思考，认真听讲，

3、积极思考，积极参与交互式教积极参与交互式教学活动中学活动中，认真完成课后作业。，认真完成课后作业。对教师的要求：认真对待每一节课和每一个对教师的要求：认真对待每一节课和每一个学生，不断探索新的教学理念，积极采用学生，不断探索新的教学理念，积极采用新的教学手段和方法，认真倾听学生的意新的教学手段和方法，认真倾听学生的意见和建议，努力提高教学质量，真正为学见和建议，努力提高教学质量，真正为学生所想、所思，共同完成我们的任务。生所想、所思，共同完成我们的任务。章节章节 内容内容第1章绪 论第2章第3章钢筋混凝土材料的力学性能混凝土结构基本设计原则第4章受弯构件正截面承载力计算第5章受弯构件斜截面承载

4、力计算第6章受压构件截面承载力计算第7章受拉构件承载力计算第8章受扭构件承载力计算第9章钢筋混凝土构件的变形与裂缝验算第10章预应力混凝土构件本章摘要 本章叙述了混凝土结构的一般概念本章叙述了混凝土结构的一般概念, ,钢筋和钢筋和混凝土这两种性质不同的材料能够组合在一混凝土这两种性质不同的材料能够组合在一起共同工作的条件起共同工作的条件, ,以及混凝土结构的优缺以及混凝土结构的优缺点点。介绍了混凝土结构在房屋建筑工程、交介绍了混凝土结构在房屋建筑工程、交通土建工程、水利工程及其他工程中的应用通土建工程、水利工程及其他工程中的应用; ;介绍了混凝土结构的发展前景介绍了混凝土结构的发展前景, ,包

5、括在材料、包括在材料、结构、施工技术、计算理论等方面的发展结构、施工技术、计算理论等方面的发展. .本章还介绍了混凝土结构课程的特点和学习本章还介绍了混凝土结构课程的特点和学习方法方法, ,以及指导工程设计的混凝土结构设计以及指导工程设计的混凝土结构设计规范的概况规范的概况。以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。它包括结构。它包括素素混凝土结构、混凝土结构、钢筋钢筋混凝土结构、混凝土结构、预应力预应力混凝土结构和各种其他形式的加筋混凝土混凝土结构和各种其他形式的加筋混凝土结构结构( (型钢型钢混凝土结构、混凝土结构、钢管钢管混凝土结构等混凝土结构等)

6、。 素素混凝土结构是指混凝土结构是指不配置任何钢材不配置任何钢材的混凝的混凝土结构。常用于路面和一些非承重结构。土结构。常用于路面和一些非承重结构。 预应力预应力混凝土结构是在结构或构件中配置了混凝土结构是在结构或构件中配置了预应力钢筋并施加预应力的结构。预应力钢筋并施加预应力的结构。在多数情况下在多数情况下,混凝土结构是由钢筋和混凝土混凝土结构是由钢筋和混凝土组成的钢筋混凝土结构。组成的钢筋混凝土结构。 钢筋钢筋和和混凝土结构混凝土结构是土木工程中重要的建筑是土木工程中重要的建筑材料材料,钢筋的抗拉和抗压强度都很高钢筋的抗拉和抗压强度都很高,混凝土的抗混凝土的抗压强度较高而抗拉强度却很弱。压

7、强度较高而抗拉强度却很弱。 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是指用是指用圆钢筋圆钢筋作为配筋的作为配筋的普通普通混凝土结构、混凝土结构、图图1-1a,b1-1a,b为钢筋混凝土梁和板为钢筋混凝土梁和板的配筋实例的配筋实例; ;图图0-1为常见钢筋混凝土结构和构件为常见钢筋混凝土结构和构件的配筋实例。的配筋实例。图1-1a、b钢筋混凝土梁和板配筋实例 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是由一系列受力类型不同的是由一系列受力类型不同的构件所组成构件所组成,这些构件称为基本构件。钢筋混凝土这些构件称为基本构件。钢筋混凝土基本构件按其主要受力特点的不同可以分为基本构件按其主要受力特点的不同可以分为:受弯构件受弯

8、构件,如各种单独的梁、板以及由梁组成整如各种单独的梁、板以及由梁组成整体的楼盖、屋盖等体的楼盖、屋盖等。受压构件受压构件,如柱、剪力强和屋架的压杆等如柱、剪力强和屋架的压杆等。受拉构件受拉构件,如屋架的拉杆、水池的池壁等如屋架的拉杆、水池的池壁等。受扭构件受扭构件,如带有悬挑雨蓬的过梁、框架的边梁如带有悬挑雨蓬的过梁、框架的边梁等等。也有不少构件受力情况复杂。也有不少构件受力情况复杂, ,如压弯构件如压弯构件、拉弯构件、弯扭构件、拉弯扭构件等拉弯构件、弯扭构件、拉弯扭构件等。 型钢筋混凝土型钢筋混凝土结构又称为钢骨混凝土结构又称为钢骨混凝土结构。它是指用结构。它是指用型钢或用钢板焊成的型钢或用

9、钢板焊成的钢骨架钢骨架作为配筋的混凝土结构。图作为配筋的混凝土结构。图0-2为用型钢作为混凝土梁配筋的截面形为用型钢作为混凝土梁配筋的截面形式、图式、图0-3为用型钢作为混凝土柱配筋为用型钢作为混凝土柱配筋的截面形式。的截面形式。 钢管混凝土钢管混凝土结构是指在结构是指在钢管内钢管内浇捣混浇捣混凝土做成的结构。凝土做成的结构。 预应力混凝土预应力混凝土结构是指在结构构件制作时，结构是指在结构构件制作时，在其在其受拉部位上人为地预先施加压应力受拉部位上人为地预先施加压应力的的混凝土结构。混凝土结构。 素混凝土素混凝土结构由于承载力低、性质脆，很少结构由于承载力低、性质脆，很少用来作为土木工程的承

10、力结构。用来作为土木工程的承力结构。 型钢混凝土型钢混凝土结构承载能力大、抗震性能好。结构承载能力大、抗震性能好。但耗钢量较多，可在高层、大跨或抗震要求较但耗钢量较多，可在高层、大跨或抗震要求较高的工程中采用。高的工程中采用。 钢管混凝土钢管混凝土结构的构件连接较复杂，维护费结构的构件连接较复杂，维护费用大。用大。 本书本书(上上)重点讲述钢筋混凝土重点讲述钢筋混凝土结构的材料结构的材料性能、设计原则、计算方法和构造措施性能、设计原则、计算方法和构造措施.钢筋混凝土结构的特点和主要优缺点：钢筋混凝土结构的特点和主要优缺点：1.受力特点：受力特点：（1）素混凝土简支梁的破坏试验：）素混凝土简支梁

11、的破坏试验： 图图0-4a为一根未配置钢筋的素混凝土为一根未配置钢筋的素混凝土简支梁，跨度简支梁，跨度4 m，截面尺寸，截面尺寸bh=200mm300mm、混凝土强度、混凝土强度等级为等级为C20。梁的跨中作用一个集中荷。梁的跨中作用一个集中荷载载F，对其进行破坏性试验，对其进行破坏性试验。 试验结果表明：试验结果表明：（1）当荷载较小时，截面上的）当荷载较小时，截面上的应变应变则同弹性材料的则同弹性材料的梁一样，梁一样，沿截面高度呈直线分布沿截面高度呈直线分布；（2）当荷载增大使截面受拉区边缘纤维拉应变达到）当荷载增大使截面受拉区边缘纤维拉应变达到混凝土抗拉极限应变时该处的混凝土抗拉极限应变

12、时该处的混凝土被拉裂混凝土被拉裂，裂缝沿，裂缝沿截面高度方向迅速开展，试件随即发生断裂破坏。截面高度方向迅速开展，试件随即发生断裂破坏。（3）破坏的性质：破坏是突然的，没有明显的预兆，）破坏的性质：破坏是突然的，没有明显的预兆，属于属于脆性破坏脆性破坏。 尽管混凝土的尽管混凝土的抗压强度比其抗拉强度高几倍或十抗压强度比其抗拉强度高几倍或十几倍几倍，但得不到充分利用，因为该试件的破坏是由，但得不到充分利用，因为该试件的破坏是由混混凝土的抗拉强度凝土的抗拉强度控制控制，破坏荷载值很小，只有，破坏荷载值很小，只有 8 kN左右。左右。 （2）钢筋混凝土梁的破坏试验：钢筋混凝土梁的破坏试验： 在梁的受

13、拉区布置三根直径为在梁的受拉区布置三根直径为16 mm的的HPB235级钢筋级钢筋(记作记作316)并在受压区在布并在受压区在布置两根为置两根为 10 mm的架力钢筋和适量的箍筋。的架力钢筋和适量的箍筋。 再进行同样的荷载试验再进行同样的荷载试验(图图 0-4b) 当加载到一定阶段使截面受拉区边缘纤当加载到一定阶段使截面受拉区边缘纤维拉应力达到维拉应力达到混凝土抗拉极限强度混凝土抗拉极限强度时，混凝时，混凝土虽被拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速土虽被拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速开展，试件也不会随即发生断裂破坏。开展，试件也不会随即发生断裂破坏。 混凝土开裂后，裂缝截面的混凝土拉应力混凝土开

14、裂后，裂缝截面的混凝土拉应力由纵向受拉钢筋来承受，故荷载还可进一步由纵向受拉钢筋来承受，故荷载还可进一步增加。增加。此时变形将相应发展，裂缝的数量和此时变形将相应发展，裂缝的数量和宽度也将增大。宽度也将增大。受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度都都被充被充分利用时，试件才发生破坏。分利用时，试件才发生破坏。破坏性质：试件破坏前，变形和裂缝都发展得很充破坏性质：试件破坏前，变形和裂缝都发展得很充分，呈现出明显的破坏预兆，属于分，呈现出明显的破坏预兆，属于塑性破坏塑性破坏。 虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整个截虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整个截

15、面面积的面面积的 1左右，但破坏荷载却可以提高到左右，但破坏荷载却可以提高到36 kN左右。左右。 归纳总结一下：归纳总结一下：在混凝土结构中配置在混凝土结构中配置一一定型式和定型式和数量的钢筋，可以收到下列的效果：数量的钢筋，可以收到下列的效果： 结构的承载能力有很大的提高；结构的承载能力有很大的提高； 结构的受力性能得到显著的改善（破坏前带有结构的受力性能得到显著的改善（破坏前带有明显的预兆即：变形和裂缝都较明显）。明显的预兆即：变形和裂缝都较明显）。（3）钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相）钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料，它们可以相互结合同的材料，它们可以相互结合共同

16、工作的主要原因共同工作的主要原因是：是：混凝土硬化后，钢筋和混凝土之间存在粘结力，混凝土硬化后，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。使两者之间能传递力和变形。粘结力粘结力是使这两种性质是使这两种性质不同的材料能够共同工作的基础；不同的材料能够共同工作的基础；钢筋的钢筋的线膨胀系数线膨胀系数为为1.210-5-1，混凝土的为，混凝土的为1.010-5-11.510-5-1，二者的线膨胀系数数值，二者的线膨胀系数数值相近相近。所以。所以.当温度变化时，钢筋与混凝土的粘结力不当温度变化时，钢筋与混凝土的粘结力不会因两者之间过大的相对变形和温度应力而发生粘结会因两者之间过大的相对变形

17、和温度应力而发生粘结破坏。破坏。 （4）钢筋混凝土结构的主要）钢筋混凝土结构的主要优点优点： 钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较好的受力性能以外。与其他结构相比还具承载力和较好的受力性能以外。与其他结构相比还具有下列优点：有下列优点：就地取材就地取材。钢筋混凝土结构中，砂和石料所占。钢筋混凝土结构中，砂和石料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小。砂和石料一般比例很大，水泥和钢筋所占比例较小。砂和石料一般可以由建筑工地附近供应。可以由建筑工地附近供应。节约钢材节约钢材。钢筋混凝土结构的承载力较高。大。钢筋混凝土结构的承载力较高。大多数情

18、况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。耐久、耐火耐久、耐火。钢筋埋放在混凝土中，受混凝土。钢筋埋放在混凝土中，受混凝土保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的耐久性。当火保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的耐久性。当火灾发生时。钢筋混凝土结构不会象木结构那样被燃烧，灾发生时。钢筋混凝土结构不会象木结构那样被燃烧，也不会象钢结构那样很快软化而破坏。也不会象钢结构那样很快软化而破坏。可模性好可模性好。可以根据需要浇捣成任何形状和尺。可以根据需要浇捣成任何形状和尺寸的结构。寸的结构。现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性整体性好好，

19、刚度大刚度大, ,对抗震对抗震, ,抗爆有利抗爆有利。 （5）钢筋混凝土结构的缺点：）钢筋混凝土结构的缺点：自重大自重大。钢筋混凝土的重度约为。钢筋混凝土的重度约为25kN/m3，比砌体和木材的重度都大。尽管比钢材的重度小，比砌体和木材的重度都大。尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸比钢结构的大，因而其自重远远但结构的截面尺寸比钢结构的大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构。超过相同跨度或高度的钢结构。 抗裂性较差抗裂性较差。如前所述，混凝土的抗拉强度。如前所述，混凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不

20、一定意味着结构发生破作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成不安全感。较多和开展较宽时，还将给人造成不安全感。 施工的周期较长施工的周期较长，受天气的影响较大，需要，受天气的影响较大，需要较多的脚手架、模板。较多的脚手架、模板。 损坏损坏补强维修较难补强维修较难。 综上所述不难看出：综上所述不难看出： 钢筋混凝土结构的钢筋混凝土结构的优点远多于其缺点优点远多于其缺点。 因此，它已经在因此，它已经在房屋建筑（教学楼）房屋建筑（教学楼）、地地下结构下结构（钢筋混凝土桩基）（钢筋混

21、凝土桩基）、桥梁桥梁（城市立交（城市立交桥）桥）、铁路铁路（钢筋混凝土枕木）（钢筋混凝土枕木）、隧道隧道（钢筋（钢筋混凝土砌衬）混凝土砌衬）、水利水利（三峡大坝）（三峡大坝）、港口港口（码（码头平台）头平台）等工程中得到广泛应用。等工程中得到广泛应用。 针对其缺点人们研究出许多的有效措施：针对其缺点人们研究出许多的有效措施：为了克服钢筋混凝土自重大的缺点，已经研为了克服钢筋混凝土自重大的缺点，已经研究出许多究出许多高强轻质高强轻质的混凝土和强度很高的钢的混凝土和强度很高的钢筋；筋；为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它点，可以对它施加预应力施加预应力等

22、等。等等。采用植筋或采用植筋或粘钢等技术可以较好地对发生局部损坏的混凝粘钢等技术可以较好地对发生局部损坏的混凝土结构或构件进行修复。但还有许多工程实际土结构或构件进行修复。但还有许多工程实际问题等待我们的同学们去探索和研究。问题等待我们的同学们去探索和研究。1.21.2混凝土结构的发展简况及其工程应用混凝土结构的发展简况及其工程应用一、混凝土早期的发展一、混凝土早期的发展 1824年英国约瑟夫年英国约瑟夫阿斯匹丁发明了波特兰阿斯匹丁发明了波特兰水泥水泥并取得并取得了专利。了专利。 1850年，法国蓝波特（年，法国蓝波特（L.Lambot）制成了）制成了铁丝网水泥砂铁丝网水泥砂浆浆的小船。的小船

23、。 1861年法国约瑟夫年法国约瑟夫莫尼埃（莫尼埃（Joseph Momier）获得了制）获得了制造钢筋混凝土板、管道和拱桥等的专利。造钢筋混凝土板、管道和拱桥等的专利。德国学者德国学者1866年发表了计算理论和计算方法，年发表了计算理论和计算方法，1887年又年又发表了试验结果，并提出了发表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受拉区的概念钢筋应配置在受拉区的概念和板和板的计算方法。在此之后，钢筋混凝土的推广应用才有了较快的计算方法。在此之后，钢筋混凝土的推广应用才有了较快的发展。的发展。 1891年年1894年，欧洲各国的研究者发表了一些理论和年，欧洲各国的研究者发表了一些理论和试验研究结果。但

24、是在试验研究结果。但是在18501900年的整整年的整整50年内，由于工年内，由于工程师们将钢筋混凝土的施工和设计方法视为商业机密，因此程师们将钢筋混凝土的施工和设计方法视为商业机密，因此总的来说公开发表的研究成果不多。总的来说公开发表的研究成果不多。 美国学者美国学者1850年进行过钢筋混凝土梁的试验，年进行过钢筋混凝土梁的试验，但其研究成果直到年才但其研究成果直到年才1877发表并为人所知。发表并为人所知。19世纪世纪70年代有学者曾使用过某些形式的钢筋混凝年代有学者曾使用过某些形式的钢筋混凝土，并且于土，并且于1884年第一次使用变形（扭转）钢筋年第一次使用变形（扭转）钢筋并形成专利。并

25、形成专利。1890年在旧金山建造了一幢两层年在旧金山建造了一幢两层高、高、321英尺（英尺（95m）长的钢筋混凝土美术馆。从）长的钢筋混凝土美术馆。从此以后，钢筋混凝土在美国获得了迅速的发展。此以后，钢筋混凝土在美国获得了迅速的发展。从从20世纪世纪30年代年代开始，从材料性能的改善，开始，从材料性能的改善，结构形式的多样化，施工方法的革新，计算理论结构形式的多样化，施工方法的革新，计算理论和设计方法的完善等多方面开展了大量的研究工和设计方法的完善等多方面开展了大量的研究工作，工程应用十分普遍，使钢筋混凝土结构进入作，工程应用十分普遍，使钢筋混凝土结构进入了现代化阶段。了现代化阶段。二、混凝土

26、结构发展的几个阶段二、混凝土结构发展的几个阶段 混凝土结构的发展混凝土结构的发展,大体上可以分为三个阶段大体上可以分为三个阶段: （1）第一阶段是从钢筋混凝土发明至）第一阶段是从钢筋混凝土发明至20世纪世纪初。这一阶段初。这一阶段 ，所采用的钢筋和混凝土的强度都，所采用的钢筋和混凝土的强度都比较低，比较低， 主要用来建造中小型楼板、梁、主要用来建造中小型楼板、梁、 拱和基拱和基础等构件。计算理论套用弹性理论，设计方法采用础等构件。计算理论套用弹性理论，设计方法采用容许应力法。容许应力法。（2）第二阶段是从）第二阶段是从20世纪初到第二次世界大战世纪初到第二次世界大战前后。这一阶段钢筋和混凝土的

27、强度有所提高，前后。这一阶段钢筋和混凝土的强度有所提高， 预应力混凝土结构的发明和应用预应力混凝土结构的发明和应用,使钢筋混凝土被使钢筋混凝土被用来建造大跨度的空间结构。混凝土结构的试验研用来建造大跨度的空间结构。混凝土结构的试验研究开始进行究开始进行,在计算理论上已开始考虑材料的塑在计算理论上已开始考虑材料的塑性，已开始按破损阶段计算结构的破坏承载力。性，已开始按破损阶段计算结构的破坏承载力。 （3）第三阶段是从第二次世界大战以后到现）第三阶段是从第二次世界大战以后到现在。这一阶段的特点是随着高强钢筋和高强混凝在。这一阶段的特点是随着高强钢筋和高强混凝土的出现，土的出现， 预制装配式混凝土结

28、构、高效预应力预制装配式混凝土结构、高效预应力混凝土结构、泵送商品混凝土以及各种新的施工混凝土结构、泵送商品混凝土以及各种新的施工技术等广泛地应用于各种土木工程技术等广泛地应用于各种土木工程,如超高层建如超高层建筑、大跨度桥梁、跨海隧道、高耸结构等。在计筑、大跨度桥梁、跨海隧道、高耸结构等。在计算理论上已过度到充分考虑混凝土和钢筋塑性的算理论上已过度到充分考虑混凝土和钢筋塑性的极限状态设计理论，在设计方法上已过度到以概极限状态设计理论，在设计方法上已过度到以概率论为基础的多系数表达的设计公式。率论为基础的多系数表达的设计公式。 三、混凝土结构用材料的发展三、混凝土结构用材料的发展高强轻质高强轻

29、质 （1)混凝土材料强度大幅提高混凝土材料强度大幅提高 在在20世纪世纪30年代混凝土平均强度约为年代混凝土平均强度约为10MPa，到，到20世纪世纪50年代初已提高到年代初已提高到20 MPa，20世纪世纪60年代约为年代约为30 MPa，20世纪世纪70年代初已提高到年代初已提高到40 MPa。到。到20世纪世纪80年代初，在发达国家年代初，在发达国家C60级混凝土已经普遍采用。级混凝土已经普遍采用。 近年来国内外采用附加减水剂的方法已制成强度为近年来国内外采用附加减水剂的方法已制成强度为200 MPa以上的混凝土。以上的混凝土。 高强混凝土的出现更加扩大了混凝土结构的应用范高强混凝土的出

30、现更加扩大了混凝土结构的应用范围，为钢筋混凝土的防护工程、压力容器、海洋工程围，为钢筋混凝土的防护工程、压力容器、海洋工程等领域的应用创造了条件。等领域的应用创造了条件。（2）轻质混凝土的研究与应用）轻质混凝土的研究与应用从从20世纪世纪60年代以来，轻骨料（陶粒、浮石等）混凝年代以来，轻骨料（陶粒、浮石等）混凝土和多孔（主要是加气）混凝土得到迅速发展，其重土和多孔（主要是加气）混凝土得到迅速发展，其重度为度为1418KN/m3。 四、预应力混凝土结构的发展四、预应力混凝土结构的发展 1928年法国工程师弗耐西涅成功地将高强钢丝年法国工程师弗耐西涅成功地将高强钢丝用于预应力混凝土，使用于预应力

31、混凝土，使预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念得以在得以在工程实践中成为现实。工程实践中成为现实。 预应力混凝土的概念在预应力混凝土的概念在19世纪世纪80年代已提出，年代已提出，但是当时因钢筋强度偏低及对预应力损失缺乏深入但是当时因钢筋强度偏低及对预应力损失缺乏深入研究，使预应力混凝土未能成功地实现。预应力混研究，使预应力混凝土未能成功地实现。预应力混凝土的广泛应用是在凝土的广泛应用是在1938年弗耐西涅发明锥形楔式年弗耐西涅发明锥形楔式锚具（弗式锚具）和锚具（弗式锚具）和1940年比利时的门格尔发明门年比利时的门格尔发明门格尔体系之后。预应力混凝土结构的抗裂性得到根格尔体系之后。预应力混凝

32、土结构的抗裂性得到根本的改善，使本的改善，使高强钢筋能够在混凝土结构中和到有高强钢筋能够在混凝土结构中和到有效的利用效的利用，使混凝土结构能够用于大跨结构、压力，使混凝土结构能够用于大跨结构、压力贮罐、核电站容器等领域中。贮罐、核电站容器等领域中。五、在结构形式方面的发展五、在结构形式方面的发展 1.钢筋混凝土在高层建筑中的应用钢筋混凝土在高层建筑中的应用 高强混凝土的发展，促进了混凝土结构在超高层建高强混凝土的发展，促进了混凝土结构在超高层建筑中的应用。筑中的应用。1976年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达74层，高层，高262米。朝鲜平壤的柳京大厦，米。朝鲜平

33、壤的柳京大厦，105层，高层，高305米，也是混凝土结构。美国、俄罗斯等国在启层建筑中米，也是混凝土结构。美国、俄罗斯等国在启层建筑中采用的混凝土，强度已达采用的混凝土，强度已达C80C100。美国西雅图市的。美国西雅图市的Two Union Square大厦（大厦（58层）层）60%的竖向荷载由中央的竖向荷载由中央四根直径为四根直径为10英尺（英尺（3.05m）的钢管混凝土柱承受，钢）的钢管混凝土柱承受，钢管内填充的混凝土强度等级达管内填充的混凝土强度等级达C135。 2.钢筋混凝土结构在桥梁，特种结构、水利工程、海钢筋混凝土结构在桥梁，特种结构、水利工程、海洋工程、港口码头工程等各个领域内

34、的发展洋工程、港口码头工程等各个领域内的发展 1875年法国莫尼埃曾主持修建过一座长达年法国莫尼埃曾主持修建过一座长达16m的的钢筋混凝土桥，钢筋混凝土桥，1983年巴西建成主跨为年巴西建成主跨为440m的预的预应力混凝土斜拉桥，应力混凝土斜拉桥，1997年我国在四川万县建成主年我国在四川万县建成主跨跨420m的混凝土拱桥等。在这些方面所取得的瞩的混凝土拱桥等。在这些方面所取得的瞩目成就这里不再一一不列举了。目成就这里不再一一不列举了。 从从1925年德国第一次采用折板结构大型煤仓开年德国第一次采用折板结构大型煤仓开始，薄壁空间结构逐渐在屋盖及贮仓水塔、水池等始，薄壁空间结构逐渐在屋盖及贮仓水

35、塔、水池等构建物中得到广泛应用。构建物中得到广泛应用。六、在计算理论与设计方法方面的发展六、在计算理论与设计方法方面的发展 20世纪世纪30年代以前，将钢筋混凝土视为理想弹年代以前，将钢筋混凝土视为理想弹性材料，按材料力学的性材料，按材料力学的允许应力允许应力法进行设计计法进行设计计算。但从算。但从20世纪初即开始了对钢筋混凝土构件考虑世纪初即开始了对钢筋混凝土构件考虑材料塑性性能的研究。前苏联在材料塑性性能的研究。前苏联在1938年颁布了世界年颁布了世界上第一本按上第一本按破损阶段设计破损阶段设计钢筋混凝土构件的规钢筋混凝土构件的规范，标志着钢筋混凝土构件承载力计算的实用方法范，标志着钢筋混

36、凝土构件承载力计算的实用方法进入了一个新的发展阶段。进入了一个新的发展阶段。20世纪世纪30年代以后，在年代以后，在钢筋混凝土超静定结构中考虑钢筋混凝土超静定结构中考虑塑性内力重分布塑性内力重分布的计的计算理论也取和了很大进展，从算理论也取和了很大进展，从20世纪世纪50年代开始，年代开始，已在双向板、连续梁及框架的设计中得到了应用。已在双向板、连续梁及框架的设计中得到了应用。 20世纪世纪60年代以来，随着电子计算机的年代以来，随着电子计算机的普及与计算力学的发展，将普及与计算力学的发展，将有有限元法限元法用于钢用于钢筋混凝土的理论研究与设计计算，大大促进筋混凝土的理论研究与设计计算，大大促

37、进了钢筋混凝土理论及设计方法的发展。了钢筋混凝土理论及设计方法的发展。 在结构的安全度及可靠度设计方法方在结构的安全度及可靠度设计方法方面，面，20世纪世纪50年代以前，基本上处于经验性年代以前，基本上处于经验性的允许应力法的阶段。的允许应力法的阶段。20世纪世纪5060年代，年代，世界各国逐步半经验半概率的极限状态设计世界各国逐步半经验半概率的极限状态设计法。法。20世纪世纪70年代以来，以年代以来，以概率论数理论统概率论数理论统计学计学为基础的为基础的结构可靠度结构可靠度理论有了很大的发理论有了很大的发展，使展，使结构可靠度的近似概率法结构可靠度的近似概率法进入了工进入了工程设计中。程设计

38、中。 1.3 1.3 本课程的特点与学习方法本课程的特点与学习方法 一、本课程教授的主要内容：一、本课程教授的主要内容： （1）钢筋混凝土结构设计原理钢筋混凝土结构设计原理课程主要是对课程主要是对房房屋建筑屋建筑中混凝土结构中混凝土结构构件构件的受力性能、计算方法和的受力性能、计算方法和构造要求等问题进行讨论。构造要求等问题进行讨论。 主要内容：主要内容：混凝土结构的材料力学性能，以混凝土结构的材料力学性能，以概率理论为基础的极限状态设计方法。概率理论为基础的极限状态设计方法。受弯构件受弯构件正截面承载力计算正截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算轴轴心受力构件承载力计

39、算，心受力构件承载力计算，偏心受力构件承载力计偏心受力构件承载力计算算混凝土构件的裂缝、变形和耐久性混凝土构件的裂缝、变形和耐久性预应力混预应力混凝土构件设计凝土构件设计。（2）钢筋混凝土结构设计钢筋混凝土结构设计课程主要是课程主要是对对房屋建筑房屋建筑中混凝土结构受力性能、中混凝土结构受力性能、计算方法和构造要求等问题进行讨论。计算方法和构造要求等问题进行讨论。具体内容包括：钢筋混凝土具体内容包括：钢筋混凝土梁板结构梁板结构设计设计、钢筋混凝土、钢筋混凝土单层厂房设计单层厂房设计、 多多层及高层建筑层及高层建筑混凝土结构混凝土结构的设计方法的设计方法。对应的后续两个课程设计和毕业设计。对应的

40、后续两个课程设计和毕业设计。二、课程特点及学习应注意的事项：二、课程特点及学习应注意的事项： (1)混凝土结构通常是由钢筋和混混凝土结构通常是由钢筋和混凝土凝土结合而成的一种结构结合而成的一种结构。 钢筋混凝土材料与理论力学中的刚钢筋混凝土材料与理论力学中的刚性材料以及材料力学、钢结构力学中性材料以及材料力学、钢结构力学中理想弹性材料或理想弹塑材料理想弹性材料或理想弹塑材料有很大有很大的区别的区别。为了对混凝土结构的。为了对混凝土结构的受力性受力性能能与与破坏特征破坏特征有较好的了解，首先要有较好的了解，首先要求对钢筋混凝土的求对钢筋混凝土的力学性能力学性能要很好地要很好地掌握。掌握。(2)混

41、凝土结构计算公式具有混凝土结构计算公式具有经验性经验性： 混凝土结构在裂缝出现以前的抗力行混凝土结构在裂缝出现以前的抗力行为，与理想弹性结构相近。但是在裂缝出现以为，与理想弹性结构相近。但是在裂缝出现以后，与理想弹性材料有显著不同。后，与理想弹性材料有显著不同。 混凝土结构的受力性能还与结构的受力混凝土结构的受力性能还与结构的受力状态、配筋方式和配筋数量等多种因素有关，状态、配筋方式和配筋数量等多种因素有关，暂时还暂时还难以用一中简单的数学、力学模型来描难以用一中简单的数学、力学模型来描述述。 因此，目前主要以混凝土结构构件的试验因此，目前主要以混凝土结构构件的试验与工程实践经验为基础进行分析

42、，许多计算公与工程实践经验为基础进行分析，许多计算公式都带有经验性质。它们虽然不那样严谨，然式都带有经验性质。它们虽然不那样严谨，然而却能够较好地而却能够较好地反映结构的真实受力性能反映结构的真实受力性能。(3）明白分析公式与设计公式之间区别，了解）明白分析公式与设计公式之间区别，了解和掌握我国当前有关混凝土结构设计的技术和经济和掌握我国当前有关混凝土结构设计的技术和经济政策。政策。 工程实际情况是非常复杂的，建筑结构上的实工程实际情况是非常复杂的，建筑结构上的实际荷载和实际材料指标与规范规定的大小会有一定际荷载和实际材料指标与规范规定的大小会有一定的出入。它们可能高于规范规定的数值，也可能低

43、的出入。它们可能高于规范规定的数值，也可能低于规范规定的数值。此外，不同结构的重要性也不于规范规定的数值。此外，不同结构的重要性也不一样，它们对结构的安全、适用和耐久的要求不相一样，它们对结构的安全、适用和耐久的要求不相同。为了使混凝土结构设计满足讲技术先进、经济同。为了使混凝土结构设计满足讲技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，将混凝土结构合理、安全适用、确保质量的要求，将混凝土结构各种各种分析公式用于设计时，要考虑上述各种因素的分析公式用于设计时，要考虑上述各种因素的影响。影响。(4)构造要求是非常主要的内容构造要求是非常主要的内容 进行混凝土结构设计时离不开计算。但是，进行混凝土

44、结构设计时离不开计算。但是，现行的计算方法一般只考虑现行的计算方法一般只考虑荷载效应荷载效应。其他影响。其他影响因素，如：混凝土收缩、温度影响以及地基不均因素，如：混凝土收缩、温度影响以及地基不均匀沉陷等，难于用计算公式来表达。匀沉陷等，难于用计算公式来表达。GB50010-2002混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(以下简称以下简称规范规范)根据长期的工程实践经验，总结出一些构造措施根据长期的工程实践经验，总结出一些构造措施来考虑这些因素的影响。来考虑这些因素的影响。 因此，在学习本课程时，除了要对各种计算因此，在学习本课程时，除了要对各种计算公式了解和掌握以外，对于公式了解和掌握以外，对

45、于各种构造措施也必须各种构造措施也必须给予足够的重视给予足够的重视。在设计混凝土结构时，除了进。在设计混凝土结构时，除了进行各种计算之外，还必须检查各项构造要求是否行各种计算之外，还必须检查各项构造要求是否得到满足。得到满足。 (5)混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB50010-2002)的掌握、应用与不断探索创新的重要性的掌握、应用与不断探索创新的重要性 各国都制订有专门的技术标准的设计规范。各国都制订有专门的技术标准的设计规范。 在学习混凝土结构时，应该很好地熟悉、掌在学习混凝土结构时，应该很好地熟悉、掌握和运用它们。握和运用它们。 但是也要了解，混凝土结构是一门比较年但是也要了解

46、，混凝土结构是一门比较年轻和迅速发展的学科，许多计算方法和构造措轻和迅速发展的学科，许多计算方法和构造措施还施还不一定尽善尽美不一定尽善尽美。也正因为如此，各国每。也正因为如此，各国每隔一段时间都要对其结构设计标准或规范进行隔一段时间都要对其结构设计标准或规范进行修订修订，使之更加完善合理。因此，在很好地学，使之更加完善合理。因此，在很好地学习的运用规范的过程中，也在关于发现问题，习的运用规范的过程中，也在关于发现问题，灵活运用，并且要灵活运用，并且要勇于进行探索与创新勇于进行探索与创新。思考题与习题1.在混凝土构件中配置一定形式和数量的钢筋有哪些作在混凝土构件中配置一定形式和数量的钢筋有哪些作用用?2.钢筋和混凝土这两种不同材料能够有效地结合在一起钢筋和混凝土这两种不同材料能够有效地结合在一起共同工作的主要原因是什么共同工作的主要原因是什么?3.钢筋混凝土结构有哪些优点钢筋混凝土结构有哪些优点?有哪些缺点有哪些缺点?如何克服这如何克服这些缺点些缺点?4.简述混凝土结构计算理论的发展过程简述混凝土结构计算理论的发展过程.5.学习学习“混凝土结构混凝土结构”课程时应注意哪些问题课程时应注意哪些问题?谢谢！谢谢！