钢筋混凝土结构基本理论绪论ppt课件.ppt
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1、钢筋混凝土结构基本理论,使用教材: 叶见曙主编结构设计原理(第二版)人民交通出版社出版 参考教材: 沈蒲生主编混凝土结构设计原理 高等教育出版社出版 授课对象:08级土木工程专业(交通土建、地下方向)本科生 授课老师:郭建营(电话: e-mail:) 授课形式:采用多媒体电子课件(自编),辅以传统教学方式。 授课学时: 568(试验)学时 学分 4.0 授课时间:110周,课程相关介绍,1.钢筋混凝土结构基本理论是土木工程专业一门主要的专业技术基础课 2.是一门关键的学位课程, 3.是报考结构工程硕士研究生的考试课程。 4.该课程的实践性强(包含课程设计),实用性强,与该专业的毕业设计有着很大
2、的联系, 5.今后报考“注册结构工程师”的一门难度较大 的科目。,0.1绪论,0 绪 论,提纲: 0.1 工程结构的基本概念 0.2 钢筋混凝土结构的概念 0.3 钢筋混凝土结构的应用和发展 0.4本课程的特点及学习方法,0 绪 论,0 绪 论,结构:土木工程中的房屋建筑以及桥梁、涵洞、隧道、挡土墙等构造物的承重的骨架。 例如:桥梁的桥跨、墩台和基础就构成了桥梁的结构,是桥梁的承重体系;通常,桥跨为桥梁的上部结构,桥墩或桥台为桥梁的下部结构。,0.1.1 结构,0.1 工程结构的概念 Key words:结构、构件、工程结构学科,0 绪 论,0.1 工程结构的概念,结构根据所使用的材料的不同,
3、工程中常用的结构有:混凝土结构、钢结构、圬工结构等,0.1.1 结构,0 绪 论,0.1 工程结构的概念,1.混凝士结构: 以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝土结构。它包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土结构等。,0.1.1 结构,0.1.1 结构, 钢筋混凝土结构是由抗压性能好的混凝土和抗拉性能好的钢筋结合在一起所建成的结构体系,具有结构整体性好、耐久性好、能就地取材等特点;广泛应用于房屋建筑、地下结构、桥梁、隧道、水利、港口等工程中。 在公路与城市道路工程、桥梁工程中,钢筋混凝土结构主要用于中小跨径桥、涵洞、挡土墙以及形状复杂的中小型构件。,0
4、绪 论,0 绪 论,0.1 工程结构的概念,2.钢结构 钢结构是指用钢材(通常为型钢和钢板)为主制作的结构。由钢厂轧制的型钢和钢板通过焊接和螺栓等连接组成结构。钢结构轻质高强,机械化程度高。 钢结构广泛应用于大跨径的钢桥、城市人行天桥、高层建筑、钢屋架、钢闸门、海洋采油钻井平台等。,0 绪 论,0.1 工程结构的概念,3.圬工结构 圬工结构又称为钢骨混凝土结构。它是指用圬工砌体为主要材料制作的结构,是砖石结构、石结构和素混凝土结构砌体的总称。在公路与城市道路和桥梁工程中,圬工结构多用于中小跨经的拱桥、桥墩(台)、挡土墙、涵洞、道路护坡等工程中。 4.木结构 木结构是指用木材为主制作的结构。,0
5、 绪 论,0.1 工程结构的概念,构件构造物及建筑物结构体系的基本组成。如梁、板、柱、墩“台”等 构件外荷载作用效应作用下,在构件内部产生内力拉(压)力、弯(扭)矩、剪力等。 受弯构件 受压构件 受拉构件 受扭构件,0.1.2 构件,0.1.2,0 绪 论,0.1 工程结构的概念,工程结构学科工程结构的科学研究和在工程中的发展. 工程结构学科是以现代力学、数学和材料科学为基础,包括了工程结构的基本理论、工程结构设计与施工技术、工程结构的维护。 本课程钢筋混凝土基本理论,0.1.3 工程结构学科,第0章 绪论, 0.2 钢筋混凝土结构的概念,Key words:混凝土结构、钢筋混凝土结构,0.2
6、.1 钢筋混凝土结构的概念,1.混凝土结构的概念:以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。它包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土结构等。 素混凝土结构是指不配置任何钢材的混凝土结构。 钢筋混凝土结构是指用圆钢筋作为配筋的普通混凝土结构、图0-1为常见钢筋混凝土结构和构件的配筋实例。,0 绪 论,0.2 钢筋混凝土结构的概念, 型钢筋混凝土结构又称为钢骨混凝土结构。它是指用型钢或用钢板焊成的钢骨架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式、图0-3为用型钢作为混凝土柱配筋的截面形式。 钢管混凝土结构是指在钢管内浇捣混凝土做成的结
7、构,0.2.1 钢筋混凝土结构的概念,图0-1a、b,0 绪 论,0 绪 论,0 绪 论,0 绪 论,0 绪 论, 钢筋混凝土结构的特点和主要优缺点: 1.受力特点: (1)素混凝土简支梁的破坏试验: 图0-4a为一根未配置钢筋的素混凝土简支梁,跨度4 m,截面尺寸bh=200mm300mm、混凝土强度等级为C20。梁的跨中作用一个集中荷载F,对其进行破坏性试验。,0.2.2 钢筋混凝土结构的特点,0 绪 论,0.2.2 钢筋混凝土结构的特点,试验结果表明: 1)当荷载较小时,截面上的应变则同弹性材料的梁一样,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混凝土抗拉极限应
8、变时该处的混凝土被拉裂,裂缝沿截面高度方向迅速开展,试件随即发生断裂破坏。,0 绪 论,0.2.2 钢筋混凝土结构的特点,钢筋混凝土梁的破坏试验,0.2.2 钢筋混凝土结构的特点,3)破坏的性质:破坏是突然的,没有明显的预兆,属于脆性破坏。 尽管混凝土的抗压强度比其抗拉强度高几倍或十几倍,但得不到充分利用,因为该试件的破坏是由混凝土的抗拉强度控制,破坏荷载值很小,只有 8 kN左右。,0 绪 论,钢筋混凝土梁的破坏试验,0 绪 论,(2)钢筋混凝土梁的破坏试验: 在梁的受拉区布置三根直径为16 mm的HPB235级钢筋(记作316)并在受压区在布置两根为 10 mm的架力钢筋和适量的箍筋。 再
9、进行同样的荷载试验(图 0-4b),0.2.2 钢筋混凝土结构的特点,钢筋混凝土梁的破坏试验,当加载到一定阶段使截面受拉区边缘纤维拉应力达到混凝土抗拉极限强度时,混凝土虽被拉裂,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。 混凝土开裂后,裂缝截面的混凝土拉应力由纵向受拉钢筋来承受,故荷载还可进一步增加。此时变形将相应发展,裂缝的数量和宽度也将增大。,0 绪 论,0 绪 论,受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度都被充分利用时,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分,呈现出明显的破坏预兆,属于塑性破坏。 虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整个截面面积的
10、1左右,但破坏荷载却可以提高到36kN左右。,钢筋混凝土梁的破坏试验,钢筋混凝土结构的特点,归纳总结一下:在混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋,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)。,0 绪 论,0 绪 论,(3)钢筋和混凝土可以相互结合共同工作的主要原因是: 混凝土结硬后,能与钢筋牢固地粘结在一起,相互传递内力。粘结力是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础; 钢筋的线膨胀系数为1.210-5-1,混凝土的为1.010-5-11.510-5-1,二者数值相近。当温度变化时,钢筋与混凝土之间不会存在较大
11、的相对变形和温度应力而发生粘结破坏。,0.2.2 钢筋混凝土结构的特点,0 绪 论,(4)钢筋混凝土结构的优点: 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有下列优点: 就地取材。 节约钢材。 耐久、耐火。 可模性好。 整体性好,刚度大。,0 绪 论,(5)钢筋混凝土结构的缺点: 自重大。 抗裂性差。 施工的周期较长,受天气的影响较大,需要较多的脚手架、模板。 补强维修较难。,0.2.2 钢筋混凝土结构的特点,0.2.2 钢筋混凝土结构的特点,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,已经研究出许多高强轻质的混凝土和强度
12、很高的钢筋; 为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点,可以对它施加预应力等等。 但还有许多工程实际问题等待同学们去探索和研究。,0 绪 论,0.3,0 绪 论,混凝土早期的发展 混凝土结构用材料的发展高强轻质 预应力混凝土结构的发展 在结构形式方面的发展 在计算理论与设计方法方面的发展,0.3 钢筋混凝土结构的应用和发展,0.3,0 绪 论,1. 混凝土早期的发展 1824年英国约瑟夫阿斯匹丁发明了波特兰水泥并取得了专利。 1850年,法国蓝波特(L.Lambot)制成了铁丝网水泥砂浆的小船。 1861年法国约瑟夫莫尼埃(Joseph Momier)获得了制造钢筋混凝土板、管道和拱桥等的专利。,
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