1、混凝土结构设计原理,邵永健,苏州科技学院土木工程学院,混凝土结构设计原理（第2版）配套课件，邵永健主编，北京大学出版社2013年8月出版,课程性质,主干专业基础课、考试课,主要前修课程,高等数学、材力、结力、工程制图和土木工程材料,主要后修课程,课程性质及基本要求,混凝土结构,基本要求,考核方式：点名、课堂提问测验、作业、考试本学期学时安排：10章、68学时作业要求:,教学方式：课堂教学、作业、教学试验,混凝土结构,基本要求,作业占平时成绩的主要成分，要求3点：1、按时完成。2、独立完成。3、字迹清晰、整齐、书写认真。,第1章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,第1章 绪 论 Intro
2、duction,本章主要内容混凝土结构的一般概念及特点混凝土结构的发展与应用概况课程的主要内容、特点和学习方法,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念及特点,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念及特点,素混凝土结构（Plain Concrete),第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念及特点,钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete),第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念及特点,预应力混凝土结构（Prestressed Concrete),预应力混凝土T梁钢筋骨架,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,型钢（钢骨）混凝土结构（Steel Reinforced
3、 Concrete)(Encased Concrete),第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube),巫山巫峡长江大桥,1、混凝土的主要力学性能（1）抗压强度较高，而抗拉强度却很低(只有抗压强度的1/8-1/20)。（2）破坏时具有明显的脆性性质。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,三、配筋的作用与要求,为什么将钢筋与混凝土组合起来使用？主要由两者的力学性能和经济性决定的,Pcr=9.7kN,fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2,ft,sc=ft,2、素混凝土梁的受力性能,Pu Pcr,破坏时跨中截面受压
4、边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到混凝土的抗压强度，表现为脆性破坏，无明显预兆。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,（1）抗拉和抗压强度都很高。（2）延性好：多数钢材具有屈服现象，破坏时表现出较好的延性。（3）易于压曲失稳：细长的钢筋受压时极易压曲，仅能作为受拉构件。（4）耐久性和耐火性差。,因此，将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,3、钢材的主要性能,Pcr=9.7kN,fc=13.4N/mm2ft=1.54N/mm2fy=335N/mm2,ft,sc=ft,4、钢筋混凝土梁的受力性能,
5、Pu 52.5kN,fy,配置钢筋后：RC梁的承载力（约52.5kN)比素混凝土梁（约9.7kN)大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，破坏过程有明显预兆，表现为延性破坏。,Py 50.0kN,第一章 绪论,fc,（1）钢筋和混凝土之间存在良好的粘结力；保证在荷载作用下两种材料协调变形，共同受力；（2）钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.210-5/oC，混凝土为1.01.510-5/oC）；保证温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差 而导致两者间的粘结力破坏。（3）混凝土的碱性环境,粘结力Bond,第一章 绪论,四、钢筋与混凝土共同工作的条件,一、优点（
6、1）就地取材（2）合理用材、经济性好（3）耐久性和耐火性好、维护费用低（4）可模性好（5）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好 的延性：适用于抗震、抗爆结构等；,第一章 绪论,1.1.2 混凝土结构的特点,自重大 不适用于大跨、高层结构。轻质、高强和预应力。抗裂性差 普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作。预应力混凝土。,第一章 绪论,1.1 混凝土结构一般概念和特点,二、缺点,1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。1850年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋 混凝土小船。1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。,第一章 绪论,1.2 混凝土结构的发展
7、与应用概况（ZX）,混凝土结构开始应用于土木工程至今只有约160年。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并 不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为土 木工程中最主要的结构。,第一阶段：从钢筋混凝土发明到20世纪初。（18501920年）材料：钢筋和混凝土的强度都比较低（C20）。计算理论：容许应力设计方法。应用：主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和 基础等构件。,第一章 绪论,1.2 混凝土结构的发展简况及其应用,混凝土结构发展的三个阶段,第一章 绪论,材料：混凝土、钢筋强度不断提高。计算理论：破损阶段设计法 极限状态设计法（定值法）。,第二阶段：从19201950年,应用：已应用于
8、简单的结构中，特别是1928年法国 土木工程师弗雷西奈（E.Freyssnet）发明了 预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造 大跨度结构。,第一章 绪论,材料：强度继续提高。尤其是高强、高性能混凝土和高强钢筋的发展，泵送商品混凝土技术的发展等。目前国内常用的砼强度等级为C25 C45。,第三阶段：从1950年到现在,设计计算理论：以概率理论为基础的极限状态设计法。计算机技术推进了设计理论的发展。应用：建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程。,第一章 绪论,台北101101层,508m,金茂大厦88层,421m,第一章 绪论,1.2 混凝土结构的发展简况及其应用
9、,重庆市万县长江大桥,第一章 绪论,1.2 混凝土结构的发展简况及其应用,元江大桥,1.3 课程的主要内容、特点和学习方法,1.3.1 课程的主要内容,第一章 绪论,研究四种构件在两种极限状态下的受力性能、截面设计方法和构造措施。,四种基本构件,承载能力极限状态（安全性）,正常使用极限状态（适用性、耐久性）,0SRSC,课程的内容框架,第一章 绪论,设计方法,材性,第一章 绪论,1.3.2 课程的特点和学习方法,1、课程内容复杂。相当于钢筋混凝土“材料力学”，不仅由两种材料组成，且混凝土又是非均匀、非连续、非弹性材料。2、实验性强。突出特点是以实验研究为基础，提出假 定、进行简化、建立实用的设
10、计计算方法和公式，用于解决工程实际问题。,课程的特点,3、实践性和综合性强，且与规范密切相关。4、内容存在“七多”，即概念多、公式多、系数多、符号多、构造规定多、教学环节多，文字叙述多。,第一章 绪论,第一章 绪论,学习方法,由钢筋和混凝土两种力学性能不同且复杂的材料组成，所以钢筋混凝土的力学性能十分复杂。因此，其受力性能、设计计算方法及配筋构造不可能用力学方法推出，必须建立在实验研究的基础上。,1.3 课程的主要内容、特点和学习方法,1、钢筋混凝土结构是一门实验性很强的学科,第一章 绪论,1.3 课程的主要内容、特点和学习方法,设计过程包括结构选型、构件布置、内力分析、配筋计算、配筋构造、绘
11、制施工图等。设计中许多数据可能有多种选择，因此设计结果不是唯一的。最终的设计结果应是安全适用和经济合理的。,2、构件和结构设计是一个综合性问题,第一章 绪论,（1）设计规范的作用：设计规范是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程结构设计既安全适用又经济合理。（2）国内的五本砼结构设计规范：建工GB50010-2010、公路JTG D62-2004、水工SL/T191-2008、港工JTJ267-98、铁路TB10002.3-2005）。,3、本课程的学习应与设计规范相结合,（3）本课程学习的重点：本课程以基本理论为主，并结合主要用于 建筑结构的混凝土结构设计规范GB50010-2010 道桥
12、结构的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）学习。,第一章 绪论,一方面设计应遵循规范，另一方面只有深刻地理解规范，才能发挥设计者的主动性和创造性。本学科还在不断地发展和更新，因此设计工作也不应被规范束缚，在经过各方面的可靠性论证后，应积极采用先进的理论和技术。规范一般十年左右修订一次，就是为了反映学科最新的发展成果。,4、设计工作是一项创造性工作,5、基本构件学习时应抓住的一条基本线索,（1）实验研究；（2）简化（基本假定）；（3）建立计算公式和公式条件；（4）设计计算（截面设计和截面复核）；（5）构造措施。,本 章 小 结（1）以混凝土为主要材料的钢筋混凝土结构 充分利用了钢筋和混凝土各自的优点。（2）混凝土结构有许多优点，也有一些缺点。（3）钢筋与混凝土共同工作的条件有3个。其中，两者间良好的粘结力是最主要的 条件。,
