鋼筋混凝土教案.ppt

課程說明,課程性質(zhì)： 1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程專業(yè)最主要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課， 2.是一門關(guān)鍵的學(xué)位課程， 3.是報考結(jié)構(gòu)工程碩士研究生的考試課程。 4.該課程的實踐性強（后續(xù)包含3個課程設(shè)計），實用性強，與該專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計有著很大的聯(lián)系， 5.今后報考“注冊結(jié)構(gòu)工程師”的一門難度較大的科目。,存在的困難和問題：學(xué)時少，內(nèi)容多，要求高。 對學(xué)生的要求：積極配合教師上好每一節(jié)課，認(rèn)真聽講，積極思考，積極參與交互式教學(xué)活動中，認(rèn)真完成課后作業(yè)（大量的）。多給教師提寶貴意見和建議。 對教師的要求：認(rèn)真對待每一節(jié)課和每一個學(xué)生，不斷探索新的教學(xué)理念，積極采用新的教學(xué)手段和方法，認(rèn)真傾聽學(xué)生的意見和建議，努力提高教學(xué)質(zhì)量，真正為學(xué)生所想、所思，共同完成我們的任務(wù)。,緒 論,以混凝土為主要材料制作的結(jié)構(gòu)稱為混凝士結(jié)構(gòu)。它包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等。 素混凝土結(jié)構(gòu)是指不配置任何鋼材的混凝土結(jié)構(gòu)。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指用圓鋼筋作為配筋的普通混凝土結(jié)構(gòu)、圖0-1為常見鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的配筋實例.,0.1 混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念,圖0-1a、b,型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)又稱為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)。它是指用型鋼或用鋼板焊成的鋼骨架作為配筋的混凝土結(jié)構(gòu)。圖0-2為用型鋼作為混凝土梁配筋的截面形式、圖0-3為用型鋼作為混凝土柱配筋的截面形式。 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是指在鋼管內(nèi)澆搗混凝土做成的結(jié)構(gòu)。,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作時，在其受拉部位上人為地預(yù)先施加壓應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)。 素混凝土結(jié)構(gòu)由于承載力低、性質(zhì)脆，很少用來作為土木工程的承力結(jié)構(gòu)、 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)承載能力大、抗震性能好。但耗鋼量較多，可在高層、大跨或抗震要求較高的工程中采用。 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件連接較復(fù)雜，維護(hù)費用大。 本書重點講述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能、設(shè)計原則、計算方法和構(gòu)造措施.對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，將在本書的第八章中介紹。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點和主要優(yōu)缺點： 1.受力特點： （1）素混凝土簡支梁的破壞試驗： 圖0-4a為一根未配置鋼筋的素混凝土簡支梁，跨度4 m，截面尺寸bh=200mm300mm、混凝土強度等級為C20。梁的跨中作用一個集中荷載F，對其進(jìn)行破壞性試驗。,試驗結(jié)果表明： （1）當(dāng)荷載較小時，截面上的應(yīng)變則同彈性材料的梁一樣，沿截面高度呈直線分布； （2）當(dāng)荷載增大使截面受拉區(qū)邊緣纖維拉應(yīng)變達(dá)到混凝土抗拉極限應(yīng)變時該處的混凝土被拉裂，裂縫沿截面高度方向迅速開展，試件隨即發(fā)生斷裂破壞。 （3）破壞的性質(zhì)：破壞是突然的，沒有明顯的預(yù)兆，屬于脆性破壞。 盡管混凝土的抗壓強度比其抗拉強度高幾倍或十幾倍，但得不到充分利用，因為該試件的破壞是由混凝土的抗拉強度控制，破壞荷載值很小，只有 8 kN左右。,（2）鋼筋混凝土梁的破壞試驗： 在梁的受拉區(qū)布置三根直徑為16 mm的HPB235級鋼筋(記作316)并在受壓區(qū)在布置兩根為 10 mm的架力鋼筋和適量的箍筋。 再進(jìn)行同樣的荷載試驗(圖 0-4b) 當(dāng)加載到一定階段使截面受拉區(qū)邊緣纖維拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉極限強度時，混凝土雖被拉裂，但裂縫不會沿截面的高度迅速開展，試件也不會隨即發(fā)生斷裂破壞。 混凝土開裂后，裂縫截面的混凝土拉應(yīng)力由縱向受拉鋼筋來承受，故荷載還可進(jìn)一步增加。此時變形將相應(yīng)發(fā)展，裂縫的數(shù)量和寬度也將增大。,受拉鋼筋抗拉強度和受壓區(qū)混凝土抗壓強度都被充分利用時，試件才發(fā)生破壞。 破壞性質(zhì)：試件破壞前，變形和裂縫都發(fā)展得很充分，呈現(xiàn)出明顯的破壞預(yù)兆，屬于塑性破壞。 雖然試件中縱向受力鋼筋的截面面積只占整個截面面積的 1左右，但破壞荷載卻可以提高到36 kN左右。 歸納總結(jié)一下：在混凝土結(jié)構(gòu)中配置一定型式和數(shù)量的鋼筋，可以收到下列的效果： 結(jié)構(gòu)的承載能力有很大的提高； 結(jié)構(gòu)的受力性能得到顯著的改善（破壞前帶有明顯的預(yù)兆即：變形和裂縫都較明顯）。,（3）鋼筋和混凝土是兩種物理、力學(xué)性能很不相同的材料，它們可以相互結(jié)合共同工作的主要原因是： 混凝土結(jié)硬后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，相互傳遞內(nèi)力。粘結(jié)力是這兩種性質(zhì)不同的材料能夠共同工作的基礎(chǔ)； 鋼筋的線膨脹系數(shù)為1.210-5-1，混凝土的為1.010-5-11.510-5-1，二者數(shù)值相近。因此.當(dāng)溫度變化時，鋼筋與混凝土之間不會存在較大的相對變形和溫度應(yīng)力而發(fā)生粘結(jié)破壞。,（4）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)除了比素混凝土結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和較好的受力性能以外。與其他結(jié)構(gòu)相比還具有下列優(yōu)點： 就地取材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，砂和石料所占比例很大，水泥和鋼筋所占比例較小。砂和石料一般可以由建筑工地附近供應(yīng)。 節(jié)約鋼材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力較高。大多數(shù)情況下可用來代替鋼結(jié)構(gòu)，因而節(jié)約鋼材。 耐久、耐火。鋼筋埋放在混凝土中，受混凝土保護(hù)不易發(fā)生銹蝕，因而提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不會象木結(jié)構(gòu)那樣被燃燒，也不會象鋼結(jié)構(gòu)那樣很快軟化而破壞。 可模性好。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要澆搗成任何形狀。 現(xiàn)澆式或裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大。,（5）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點： 自重大。鋼筋混凝土的重度約為25kN/m3，比砌體和木材的重度都大。盡管比鋼材的重度小，但結(jié)構(gòu)的截面尺寸比鋼結(jié)構(gòu)的大，因而其自重遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過相同跨度或高度的鋼結(jié)構(gòu)。 抗裂性差。如前所述，混凝土的抗拉強度非常低，因此，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常帶裂縫工作。盡管裂縫的存在并不一定意味著結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，但是它影響結(jié)構(gòu)的耐久性和美觀。當(dāng)裂縫數(shù)量較多和開展較寬時，還將給人造成不安全感。 施工的周期較長，受天氣的影響較大，需要較多的腳手架、模板。 補強維修較難。,綜上所述不難看出： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點遠(yuǎn)多于其缺點。 因此，它已經(jīng)在房屋建筑（教學(xué)樓）、地下結(jié)構(gòu)（鋼筋混凝土樁基）、橋梁（城市立交橋）、鐵路（鋼筋混凝土枕木）、隧道（鋼筋混凝土砌襯）、水利（三峽大壩）、港口（碼頭平臺）等工程中得到廣泛應(yīng)用。 針對其缺點人們研究出許多的有效措施：為了克服鋼筋混凝土自重大的缺點，已經(jīng)研究出許多高強輕質(zhì)的混凝土和強度很高的鋼筋；為了克服普通鋼筋混凝土容易開裂的缺點，可以對它施加預(yù)應(yīng)力等等。但還有許多工程實際問題等待我們的同學(xué)們?nèi)ヌ剿骱脱芯俊?0.2 混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展概況,一、混凝土早期的發(fā)展 1824年英國約瑟夫阿斯匹丁發(fā)明了波特蘭水泥并取得了專利。 1850年，法國藍(lán)波特（L.Lambot）制成了鐵絲網(wǎng)水泥砂漿的小船。 1861年法國約瑟夫莫尼埃（Joseph Momier）獲得了制造鋼筋混凝土板、管道和拱橋等的專利。 德國學(xué)者1866年發(fā)表了計算理論和計算方法，1887年又發(fā)表了試驗結(jié)果，并提出了鋼筋應(yīng)配置在受拉區(qū)的概念和板的計算方法。在此之后，鋼筋混凝土的推廣應(yīng)用才有了較快的發(fā)展。 1891年1894年，歐洲各國的研究者發(fā)表了一些理論和試驗研究結(jié)果。但是在18501900年的整整50年內(nèi)，由于工程師們將鋼筋混凝土的施工和設(shè)計方法視為商業(yè)機密，因此總的來說公開發(fā)表的研究成果不多。,美國學(xué)者1850年進(jìn)行過鋼筋混凝土梁的試驗，但其研究成果直到年才1877發(fā)表并為人所知。19世紀(jì)70年代有學(xué)者曾使用過某些形式的鋼筋混凝土，并且于1884年第一次使用變形（扭轉(zhuǎn)）鋼筋并形成專利。1890年在舊金山建造了一幢兩層高、321英尺（95m）長的鋼筋混凝土美術(shù)館。從此以后，鋼筋混凝土在美國獲得了迅速的發(fā)展。 從20世紀(jì)30年代開始，從材料性能的改善，結(jié)構(gòu)形式的多樣化，施工方法的革新，計算理論和設(shè)計方法的完善等多方面開展了大量的研究工作，工程應(yīng)用十分普遍，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)入了現(xiàn)代化階段。,二、混凝土結(jié)構(gòu)用材料的發(fā)展高強輕質(zhì) （1)混凝土材料強度大幅提高 在20世紀(jì)30年代混凝土平均強度約為10MPa，到20世紀(jì)50年代初已提高到20 MPa，20世紀(jì)60年代約為30 MPa，20世紀(jì)70年代初已提高到40 MPa。到20世紀(jì)80年代初，在發(fā)達(dá)國家C60級混凝土已經(jīng)普遍采用。 近年來國內(nèi)外采用附加減水劑的方法已制成強度為200 MPa以上的混凝土。 高強混凝土的出現(xiàn)更加擴(kuò)大了混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍，為鋼筋混凝土的防護(hù)工程、壓力容器、海洋工程等領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。 （2）輕質(zhì)混凝土的研究與應(yīng)用 從20世紀(jì)60年代以來，輕骨料（陶粒、浮石等）混凝土和多孔（主要是加氣）混凝土得到迅速發(fā)展，其重度為1418KN/m3。,三、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展 1928年法國工程師弗耐西涅成功地將高強鋼絲用于預(yù)應(yīng)力混凝土，使預(yù)應(yīng)力混凝土的概念得以在工程實踐中成為現(xiàn)實。 預(yù)應(yīng)力混凝土的概念在19世紀(jì)80年代已提出，但是當(dāng)時因鋼筋強度偏低及對預(yù)應(yīng)力損失缺乏深入研究，使預(yù)應(yīng)力混凝土未能成功地實現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力混凝土的廣泛應(yīng)用是在1938年弗耐西涅發(fā)明錐形楔式錨具（弗式錨具）和1940年比利時的門格爾發(fā)明門格爾體系之后。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性得到根本的改善，使高強鋼筋能夠在混凝土結(jié)構(gòu)中和到有效的利用，使混凝土結(jié)構(gòu)能夠用于大跨結(jié)構(gòu)、壓力貯罐、核電站容器等領(lǐng)域中。,四、在結(jié)構(gòu)形式方面的發(fā)展 1.鋼筋混凝土在高層建筑中的應(yīng)用 高強混凝土的發(fā)展，促進(jìn)了混凝土結(jié)構(gòu)在超高層建筑中的應(yīng)用。1976年建成的美國芝加哥水塔廣場大廈達(dá)74層，高262米。朝鮮平壤的柳京大廈，105層，高305米，也是混凝土結(jié)構(gòu)。美國、俄羅斯等國在啟層建筑中采用的混凝土，強度已達(dá)C80C100。美國西雅圖市的Two Union Square大廈（58層）60%的豎向荷載由中央四根直徑為10英尺（3.05m）的鋼管混凝土柱承受，鋼管內(nèi)填充的混凝土強度等級達(dá)C135。 2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁，特種結(jié)構(gòu)、水利工程、海洋工程、港口碼頭工程等各個領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展,1875年法國莫尼埃曾主持修建過一座長達(dá)16m的鋼筋混凝土橋，1983年巴西建成主跨為440m的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，1997年我國在四川萬縣建成主跨420m的混凝土拱橋等。在這些方面所取得的矚目成就這里不再一一不列舉了。 從1925年德國第一次采用折板結(jié)構(gòu)大型煤倉開始，薄壁空間結(jié)構(gòu)逐漸在屋蓋及貯倉水塔、水池等構(gòu)建物中得到廣泛應(yīng)用。,五、在計算理論與設(shè)計方法方面的發(fā)展 20世紀(jì)30年代以前，將鋼筋混凝土視為理想彈性材料，按材料力學(xué)的允許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計計算。但從20世紀(jì)初即開始了對鋼筋混凝土構(gòu)件考慮材料塑性性能的研究。前蘇聯(lián)在1938年頒布了世界上第一本按破損階段設(shè)計鋼筋混凝土構(gòu)件的規(guī)范，標(biāo)志著鋼筋混凝土構(gòu)件承載力計算的實用方法進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。20世紀(jì)30年代以后，在鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)中考慮塑性內(nèi)力重分布的計算理論也取和了很大進(jìn)展，從20世紀(jì)50年代開始，已在雙向板、連續(xù)梁及框架的設(shè)計中得到了應(yīng)用。,20世紀(jì)60年代以來，隨著電子計算機的普及與計算力學(xué)的發(fā)展，將有限元法用于鋼筋混凝土的理論研究與設(shè)計計算，大大促進(jìn)了鋼筋混凝土理論及設(shè)計方法的發(fā)展。 在結(jié)構(gòu)的安全度及可靠度設(shè)計方法方面，20世紀(jì)50年代以前，基本上處于經(jīng)驗性的允許應(yīng)力法的階段。20世紀(jì)5060年代，世界各國逐步半經(jīng)驗半概率的極限狀態(tài)設(shè)計法。20世紀(jì)70年代以來，以概率論數(shù)理論統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)可靠度理論有了很大的發(fā)展，使結(jié)構(gòu)可靠度的近似概率法進(jìn)入了工程設(shè)計中。,0.3 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程的特點的學(xué)習(xí)方法,一、本課程主要教授的主要內(nèi)容： （1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程主要是對房屋建筑與公路橋涵工程中混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能、計算方法和構(gòu)造要求等問題進(jìn)行討論。 主要內(nèi)容：混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能，它是學(xué)習(xí)以后各章的基礎(chǔ)。受彎構(gòu)件正截面承載力計算受彎構(gòu)件斜截面承載力計算軸心受力構(gòu)件承載力計算，偏心受力構(gòu)件承載力計算混凝土構(gòu)件的裂縫、變形和耐久性預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計。,（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程主要是對房屋建筑中混凝土結(jié)構(gòu)受力性能、計算方法和構(gòu)造要求等問題進(jìn)行討論。具體內(nèi)容包括：鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼筋混凝土單層廠房設(shè)計。對應(yīng)的后續(xù)兩個課程設(shè)計。,二、課程特點及學(xué)習(xí)應(yīng)注意的事項： (1)混凝土結(jié)構(gòu)通常是由鋼筋和混凝土結(jié)合而成的一種結(jié)構(gòu)。 鋼筋混凝土材料與理論力學(xué)中的剛性材料以及材料力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)中理想彈性材料或理想彈塑材料有很大的區(qū)別。為了對混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能與破壞特征有較好的了解，首先要求對鋼筋混凝土的力學(xué)性能要很好地掌握。,(2)混凝土結(jié)構(gòu)計算公式具有經(jīng)驗性： 混凝土結(jié)構(gòu)在裂縫出現(xiàn)以前的抗力行為，與理想彈性結(jié)構(gòu)相近。但是在裂縫出現(xiàn)以后，與理想彈性材料有顯著不同。 混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能還與結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、配筋方式和配筋數(shù)量等多種因素有關(guān)，暫時還難以用一中簡單的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型來描述。 因此，目前主要以混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗與工程實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，許多計算公式都帶有經(jīng)驗性質(zhì)。它們雖然不那樣嚴(yán)謹(jǐn)，然而卻能夠較好地反映結(jié)構(gòu)的真實受力性能。,(3）明白分析公式與設(shè)計公式之間區(qū)別，了解和掌握我國當(dāng)前有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策。 工程實際情況是非常復(fù)雜的，建筑結(jié)構(gòu)上的實際荷載和實際材料指標(biāo)與規(guī)范規(guī)定的大小會有一定的出入。它們可能高于