混凝土结构设计原理第一章绪论
《混凝土结构设计原理》第一章课堂笔记
《混凝土结构设计原理》第一章绪论课堂笔记◆主要知识点本章讲述混凝土结构的一般概念。
这些概念能启发以后的学习,而学过以后各章内容再重新学习本章内容的话，将会对这些概念有进一步的认识.◆主要内容混凝土和钢筋的基本材料特性混凝土结构的概念钢筋与混凝土共同工作的条件钢筋混凝土结构的优、缺点混凝土结构的发展与运用简况◆学习要求了解混凝土和钢筋的基本材料特性和配筋的主要作用及基本要求；认识钢筋与混凝土共同工作的条件；了解钢筋混凝土结构的主要优、缺点；了解本课程的性质和学习中需注意的问题。
◆本章的重点:配筋的主要作用及对配筋的基本要求。
钢筋与混凝土共同工作的条件。
学习本课程需注意的问题。
◆本章的难点：配筋的主要作用及对配筋的基本要求一、混凝土结构的一般概念（一）混凝土结构的分类主要以混凝土材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等,作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土结构，主要有：素混凝土结构钢管混凝土结构钢筋混凝土结构钢骨混凝土结构预应力混凝土结构钢-混凝土结构钢筋混凝土结构（二）钢筋混凝土的概念1。
混凝土的基本特性混凝土是一种人工石材，简称“砼”，其抗压强度较高,而抗拉强度却很低,一般只有抗压强度的1/8～1/20,因此不宜用来受拉，而主要用来承受压力。
2。
钢筋混凝土的概念钢筋混凝土=混凝土+钢筋钢筋和混凝土是性能完全不同的材料，将它们按一定的方式和比例有机地结合在一起，可取长补短，充分利用其材料性能优点,使构件性能得到大大改善.下面通过素混凝土梁和钢筋混凝土梁的受力过程对比，说明这一概念。
3。
素混凝土梁的受力特点(1)跨中受拉边缘混凝土应力达到抗拉强度时，梁底将开裂,梁随即破坏，表现为脆性断裂，明显预兆.（2）破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到砼的抗压强度,混凝土抗强度高的特点未得到充分利用。
（3)钢筋混凝土梁受力性能的主要特点当梁底砼应力达到f tk时,梁受拉区将开裂。
砼开裂后拉力由钢筋承担，可继续增加荷载.钢筋屈服后，钢筋拉力不再继续增加，最后受压区混凝土压碎而达到极限承载力。
混凝土结构设计原理上册__课后习题解答(中国建筑工业出版社)
《混凝土结构设计原理》第1章绪论思考题1.1钢筋混凝土梁破坏时的特点是：受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，破坏前变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。
在钢筋混凝土结构中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特点，用混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力，钢筋主要承受中和轴以下受拉区的拉力，即使受拉区的混凝土开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度以后，荷载再略有增加，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。
由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，且钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏二者之间的粘结，从而保证了钢筋和混凝土的协同工作。
1.2钢筋混凝土结构的优点有：1）经济性好，材料性能得到合理利用；2）可模性好；3）耐久性和耐火性好，维护费用低；4）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性；5）刚度大，阻尼大；6）就地取材。
缺点有：1）自重大；2）抗裂性差；3）承载力有限；4）施工复杂；5）加固困难。
1.3本课程主要内容分为“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分。
前者主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算方法和构造等混凝土结构的基本理论，属于专业基础课内容；后者主要讲述梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋、公路桥梁等的结构设计，属于专业课内容。
学习本课程要注意以下问题：1）加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面；2）突出重点，并注意难点的学习；3）深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切忌死记硬背。
第2章混凝土结构材料的物理力学性能思考题2.1①混凝土的立方体抗压强度标准值f cu,k是根据以边长为150mm的立方体为标准试件，在(20±3)℃的温度和相对湿度为90％以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的具有95％保证率的立方体抗压强度确定的。
②混凝土的轴心抗压强度标准值f ck是根据以150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件，在与立方体标准试件相同的养护条件下，按照棱柱体试件试验测得的具有95％保证率的抗压强度确定的。
混凝土结构设计原理课后习题答案
第一章绪论问答题1．什么是混凝土结构2．以简支梁为例,说明素混凝土与钢筋混凝土受力性能的差异;3．钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么4．混凝土结构有什么优缺点5．房屋混凝土结构中各个构件的受力特点是什么6．简述混凝土结构设计方法的主要阶段;7．简述性能设计的主要步骤;8．简述学习混凝土结构设计原理课程的应当注意的问题;第一章绪论问答题参考答案1．什么是混凝土结构答：混凝土结构是以混凝土材料为主,并根据需要配置和添加钢筋、钢骨、钢管、预应力钢筋和各种纤维,形成的结构,有素混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、预应力混凝土结构及纤维混凝土结构;混凝土结构充分利用了混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度高的优点;2．以简支梁为例,说明素混凝土与钢筋混凝土受力性能的差异;答：素混凝土简支梁,跨中有集中荷载作用;梁跨中截面受拉,拉应力在荷载较小的情况下就达到混凝土的抗拉强度,梁被拉断而破坏,是无明显预兆的脆性破坏;钢筋混凝土梁,受拉区配置受拉钢筋梁的受拉区还会开裂,但开裂后,出现裂缝,拉力由钢筋承担,直至钢筋屈服以后,受压区混凝土受压破坏而达到极限荷载,构件破坏;素混凝土简支梁的受力特点是承受荷载较小,并且是脆性破坏;钢筋混凝土简支梁的极限荷载明显提高,变形能力明显改善,并且是延性破坏;3．钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么答：混凝土和钢筋协同工作的条件是：1钢筋与混凝土之间产生良好的粘结力,使两者结合为整体；2钢筋与混凝土两者之间线膨胀系数几乎相同,两者之间不会发生相对的温度变形使粘结力遭到破坏；3设置一定厚度混凝土保护层；4钢筋在混凝土中有可靠的锚固;4．混凝土结构有什么优缺点答：优点：1可模性好；2强价比合理；3耐火性能好；4耐久性能好；5适应灾害环境能力强,整体浇筑的钢筋混凝土结构整体性好,对抵抗地震、风载和爆炸冲击作用有良好性能；6可以就地取材;钢筋混凝土结构的缺点：如自重大,不利于建造大跨结构；抗裂性差,过早开裂虽不影响承载力,但对要求防渗漏的结构,如容器、管道等,使用受到一定限制；现场浇筑施工工序多,需养护,工期长,并受施工环境和气候条件限制等;5．房屋混凝土结构中各个构件的受力特点是什么答：在房屋建筑中,永久荷载和楼面活荷载直接作用在楼板上,楼板荷载传递到梁,梁将荷载传递到柱或墙,并最终传递到基础上,各个构件受力特点如下：楼板：是将活荷载和恒荷载通过梁或直接传递到竖向支承结构柱、墙的主要水平构件,楼板的主要内力是弯矩和剪力,是受弯构件;梁：是将楼板上或屋面上的荷载传递到立柱或墙上,前者为楼盖梁,后者为屋面梁,梁承受板传来的荷载,主要内力有弯矩和剪力,有时也可能是扭矩,属于受弯构件;柱：柱承受梁、板体系传来的荷载,主要内力有轴向压力、弯矩和剪力,可能是轴心受压构件,当荷载有偏心作用时,柱受压的同时还会受弯,是压弯构件;墙：承重的混凝土墙常用作基础墙、楼梯间墙,或在高层建筑中用于承受水平风载和地震作用的剪力墙,它受压的同时也会受弯,是压弯构件;基础：是将上部结构荷载传递到地基土层的承重混凝土构件,基础主要内力是压力和弯矩,是受压构件或压弯构件;6．简述混凝土结构设计方法的主要阶段;答：混凝土结构设计方法大体可分为四个阶段：1在20世纪初以前,钢筋混凝土本身计算理论尚未形成,设计沿用材料力学的容许应力方法;21938年左右已开始采用按破损阶段计算构件破坏承载力,50年代,出现了按极限状态设计方法,奠定了现代钢筋混凝土结构的设计计算理论;3二战以后,设计计算理论已过渡到以概率论为基础的极限状态设计方法;420世纪90年代以后,开始采用或积极发展性能化设计方法和理论;7．简述性能设计的主要步骤;答：性能化方法是确定工程结构要达到的总体目标或设计性能,设计师根据性能目标的不同,设计不同的设计方案,并评估设计方案是否达到性能目标的要求;8．简述学习混凝土结构设计原理课程的应当注意的问题;答：1钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种材料组成的复合材料,是非均匀、非连续、非弹性的材料;力学关系是在试验的基础上,通过几何、物理和平衡关系建立的;2钢筋混凝土构件中的两种材料在强度和数量上存在一个合理的配比范围;如果钢筋和混凝土在面积上的比例及材料强度的搭配超过了这个范围,就会引起构件受力性能的改变,从而引起构件截面设计方法的改变,这是学习时必须注意的一个方面;3由于混凝土材料的复杂性、离散性,混凝土材料的理论体系是建立在试验的基础上的;许多假定依赖与试验结果,许多公式来源于试验验证,许多因素无法控制,仍需通过构造措施加以解决,许多理论尚需不断发展与完善,具有不同功能的混凝土材料性能尚需不断挖掘;4本课程主要讲解钢筋混凝土基本构件,应当了解每一种构件在结构体系的作用、受力情况;例如梁、柱是受弯构件,主要受弯、受剪；柱、墙、受压弦杆是受压构件,主要受压、弯,受压、剪,双向受压弯；雨蓬梁、柱是受扭构件,主要受扭,受弯、剪、扭,受压、弯、剪、扭；受拉弦杆是受拉构件,主要受拉、弯;5本课程所要解决的不仅是构件的承载力和变形计算等问题,还包括构件的截面形式、材料选用及配筋构造等;结构构件设计是一个综合性的问题,需要考虑各方面的因素;因此,学习本课程时要注意学会对多种因素进行综合分析,培养综合分析判断能力;6混凝土设计与施工工作必须按照规范进行,各种规范是长期理论研究成果和工程实践的总结;不但要熟练掌握基本要求、使用范围,还要深入了解每一条文的理论依据,做到深入理论,灵活运用;同时,随着科学的发展和实践的要求,许多新成果会不断的涌现,规范会及时修订,一般我国混凝土规范10年左右修订一次,但随着社会的发展,规范的修订速度会加快,因此,具体工作时应当及时掌握最新的规范;7混凝土设计与施工是一种社会实践行为,不能离开社会的制约因素进行,应当贯彻执行国家的技术经济政策,做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量;8混凝土设计与施工是一种法律责任行为,工程技术人员一定要遵守国家相关的法律、法规的要求,否则,就要承担相应的法律责任;第二章绪论单选题1．与素混凝土梁相比,钢筋混凝上梁承载能力 ;A．相同；B．提高许多；C．有所提高；2．与素混凝土梁相比,钢筋混凝土梁抵抗开裂的能力 ;A.提高不多；B.提高许多；C.完全相同；3．与素混凝土梁相比,适量配筋的钢混凝土梁的承载力和抵抗开裂的能力 ;A.均提高很多；B.承载力提高很多,抗裂提高不多；C.抗裂提高很多,承载力提高不多；D.均提高不多；4．钢筋混凝土梁在正常使用荷载下 ;A．通常是带裂缝工作的；B．一旦出现裂缝,裂缝贯通全截面；C．一旦出现裂缝,沿全长混凝土与钢筋间的粘结力丧尽；5．钢筋与混凝土能共同工作的主要原因是 ;A.防火、防锈；B.混凝土对钢筋的握裹及保护；C.混凝土对钢筋的握裹,两者线膨胀系数接近；第二章绪论单选题参考答案1．B2．A3．B4．A5．C第二章钢筋和混凝土的力学性能问答题1．软钢和硬钢的区别是什么应力一应变曲线有什么不同设计时分别采用什么值作为依据2．我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有种我国热轧钢筋的强度分为几个等级3．钢筋冷加工的目的是什么冷加工方法有哪几种简述冷拉方法4．什么是钢筋的均匀伸长率均匀伸长率反映了钢筋的什么性质5．什么是钢筋的包兴格效应6．在钢筋混凝土结构中,宜采用哪些钢筋7．试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求;8．简述混凝土的组成结构;并叙述混凝土的结构组成对混凝土破坏强度的影响;9．简述混凝土立方体抗压强度;10．简述混凝土轴心抗压强度;11．混凝土的强度等级是如何确定的;12．简述混凝土三轴受压强度的概念;13．简述混凝土在单轴短期加载下的应力应变关系;14．什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量15．什么叫混凝土徐变混凝土徐变对结构有什么影响16．钢筋与混凝土之间的粘结力是如何组成的17．最小锚固长度是如何确定的18．简述绑扎搭接连接的机理;第二章钢筋和混凝土的力学性能问答题参考答案1．软钢和硬钢的区别是什么应力一应变曲线有什么不同设计时分别采用什么值作为依据答：有物理屈服点的钢筋,称为软钢,如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋,称为硬钢,如钢丝、钢绞线及热处理钢筋;软钢的应力应变曲线如图2-1所示,曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段;有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度,这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据,因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形,这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用,所以在设计中采用屈服强度f作为钢筋的强度极限;另一个强度指标是钢筋极限强度u f,一般用作钢y筋的实际破坏强度;图2-1 软钢应力应变曲线硬钢拉伸时的典型应力应变曲线如图2-2;钢筋应力达到比例极限点之前,应力应变按直线变化,钢筋具有明显的弹性性质,超过比例极限点以后,钢筋表现出越来越明显的塑性性质,但应力应变均持续增长,应力应变曲线上没有明显的屈服点;到达极限抗拉强度b点后,同样由于钢筋的颈缩现象出现下降段,至钢筋被拉断;设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据,一般取残余应变为%所对应的应力σ作为无明显流幅钢筋的强度限值,通常称为条件屈服强度;对于高强钢丝,条件屈服强度相当于极限抗拉强度倍;对于热处理钢筋,则为倍;为了简化运算,混凝土结构设计规范统一取σ=σb,其中σb为无明显流幅钢筋的极限抗拉强度;图2-2硬钢拉伸试验的应力应变曲线2．我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种我国热轧钢筋的强度分为几个等级答：目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线;根据轧制和加工工艺,钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋;热轧钢筋分为热轧光面钢筋HPB235Q235,符号Φ,Ⅰ级、热轧带肋钢筋HRB33520MnSi,符号,Ⅱ级、热轧带肋钢筋HRB40020MnSiV、20MnSiNb、20MnTi,符号,Ⅲ级、余热处理钢筋RRB400K 20MnSi,符号,Ⅲ级;热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋;3．钢筋冷加工的目的是什么冷加工方法有哪几种简述冷拉方法答：钢筋冷加工目的是为了提高钢筋的强度,以节约钢材;除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外,其余冷加工钢筋无屈服点或屈服台阶,冷加工钢筋的设计强度提高,而延性大幅度下降;冷加工方法有冷拨、冷拉、冷轧、冷扭;冷拉钢筋由热轧钢筋在常温下经机械拉伸而成,冷拉应力值应超过钢筋的屈服强度;钢筋经冷拉后,屈服强度提高,但塑性降低,这种现象称为冷拉强化;冷拉后,经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高,这种现象称为时效硬化;时效硬化和温度有很大关系,温度过高450℃以上强度反而有所降低而塑性性能却有所增加,温度超过700℃,钢材会恢复到冷拉前的力学性能,不会发生时效硬化;为了避免冷拉钢筋在焊接时高温软化,要先焊好后再进行冷拉;钢筋经过冷拉和时效硬化以后,能提高屈服强度、节约钢材,但冷拉后钢筋的塑性伸长率有所降低;为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性,冷拉时应同时控制应力和控制应变;4．什么是钢筋的均匀伸长率均匀伸长率反映了钢筋的什么性质答：均匀伸长率δgt为非颈缩断口区域标距的残余应变与恢复的弹性应变组成;l——不包含颈缩区拉伸前的测量标距；'l——拉伸断裂后不包含颈缩区0的测量标距；0——实测钢筋拉断强度；s E——钢筋弹性模量;b均匀伸长率δgt比延伸率更真实反映了钢筋在拉断前的平均非局部区域伸长率,客观反映钢筋的变形能力,是比较科学的指标;5．什么是钢筋的包兴格效应答：钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下,钢筋的力学性能与单向受拉或受压时的力学性能不同;1887年德国人包兴格对钢材进行拉压试验时发现的,所以将这种当受拉或受压超过弹性极限而产生塑性变形后,其反向受压或受拉的弹性极限将显着降低的软化现象,称为包兴格效应;6．在钢筋混凝土结构中,宜采用哪些钢筋答：钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋,应按下列规定采用：1普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；2预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝,也可采用热处理钢筋;7．试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求;答：1对钢筋强度方面的要求普通钢筋是钢筋混凝土结构中和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋,主要是HPB235、HRB335、HRB400、RRB400等热轧钢筋;2强屈比的要求所以设计中应选择适当的屈强比,对于抗震结构,钢筋应力在地震作用下可考虑进入强化段,为了保证结构在强震下“裂而不倒”,对钢筋的极限抗拉强度与屈服强度的比值有一定的要求,一般不应小于;3延性在工程设计中,要求钢筋混凝土结构承载能力极限状态为具有明显预兆,避免脆性破坏,抗震结构则要求具有足够的延性,钢筋的应力应变曲线上屈服点至极限应变点之间的应变值反映了钢筋延性的大小;4粘结性粘结性是指钢筋与混凝土的粘结性能;粘结力是钢筋与混凝土得以共同工作的基础,其中钢筋凹凸不平的表面与混凝土间的机械咬合力是粘结力的主要部分,所以变形钢筋与混凝土的粘结性能最好,设计中宜优先选用变形钢筋;5耐久性混凝土结构耐久性是指,在外部环境下材料性、构件、结构随时间的退化,主要包括钢筋锈蚀、冻融循环、碱—骨料反应、化学作用等的机理及物理、化学和生化过程;混凝土结构耐久性的降低可引起承载力的降低,影响结构安全;6适宜施工性在施工时钢筋要弯转成型,因而应具有一定的冷弯性能;钢筋弯钩、弯折加工时应避免裂缝和折断;热轧钢筋的冷弯性能很好,而性脆的冷加工钢筋较差;预应力钢丝、钢绞线不能弯折,只能以直条形式应用;同时,要求钢筋具备良好的焊接性能,在焊接后不应产生裂纹及过大的变形,以保证焊接接头性能良好;7经济性衡量钢筋经济性的指标是强度价格比,即每元钱可购得的单位钢筋的强度,强度价格比高的钢筋比较经济;不仅可以减少配筋率,方便了施工,还减少了加工、运输、施工等一系列附加费用;8．简述混凝土的组成结构;并叙述混凝土的结构组成对混凝土破坏强度的影响;答：混凝土材料结构分为三种基本类型：①微观结构,即水泥石结构,水泥石结构由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成,其物理力学性能取决于水泥的矿物成份、粉磨细度、水灰比和硬化条件；②亚微观结构,即混凝土的水泥砂浆结构,水泥砂浆结构可看作以水泥石为基相、砂子为分散相的二组混凝土体系,砂子和水泥石的结合面是薄弱面;对于水泥砂浆结构,除上述决定水泥石结构的因素外,砂浆配合比、砂的颗粒级配与矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质含量是重要控制因素；③宏观结构,即砂浆和粗骨料两组分体系;混凝土的宏观结构中,水泥作为基相,粗骨料随机分布在连续的水泥砂浆中;粗骨料的强度远比混凝土高,硬化水泥砂浆的强度也比混凝土高,由砂浆和粗骨料组成的混凝土复合材料的抗压强度低于砂浆和粗骨料单一材料的抗压强度;混凝土内砂浆与骨料界面的粘结强度只有砂浆抗拉强度的35％－65％,这说明砂浆与骨料界面是混凝土内的最薄弱环节;混凝土破坏后,其中的粗骨料一般无破损的迹象,裂缝和破碎都发生在粗骨料表面和水泥砂浆内部,所以混凝土的强度和变形性能在很大程度上取决于水泥砂浆的质量和密实性;9． 简述混凝土立方体抗压强度;答：混凝土标准立方体的抗压强度,我国普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002规定：边长为150mm 的标准立方体试件在标准条件温度20±3℃,相对温度≥90%下养护28天后,以标准试验方法中心加载,加载速度为～mm 2/s,试件上、下表面不涂润滑剂,连续加载直至试件破坏,测得混凝土抗压强度为混凝土标准立方体的抗压强度f ck ,单位N/mm 2;f ck ——混凝土立方体试件抗压强度；F ——试件破坏荷载；A ——试件承压面积;10． 简述混凝土轴心抗压强度;答：我国普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002采用150mm×150mm×300mm 棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件,混凝土试件轴心抗压强度AF f cp 2-8f cp——混凝土轴心抗压强度；F——试件破坏荷载；A——试件承压面积;11．混凝土的强度等级是如何确定的;答：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定,混凝土立方体抗压强度标准值f cu,k,我国混凝土结构设计规范规定,立方体抗压强度标准值系指按上述标准方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度,根据立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、 C25、C30、C35、C40、C45、C50、 C55、 C60、C65、 C70、 C75、 C80十四个等级;12．简述混凝土三轴受压强度的概念;答：三轴受压试验是侧向等压σ2=σ3=σr的三轴受压,即所谓常规三轴;试验时先通过液体静压力对混凝土圆柱体施加径向等压应力,然后对试件施加纵向压应力直到破坏;在这种受力状态下,试件由于侧压限制,其内部裂缝的产生和发展受到阻碍,因此当侧向压力增大时,破坏时的轴向抗压强度相应地增大;根据试验结果分析,三轴受力时混凝土纵向抗压强度为f cc′= f c′+βσr2-18 式中：f cc′——混凝土三轴受压时沿圆柱体纵轴的轴心抗压强度；f c′——混凝土的单轴圆柱体轴心抗压强度；β——系数,一般普通混凝土取4；σr ——侧向压应力;13．简述混凝土在单轴短期加载下的应力应变关系;答：一般用标准棱柱体或圆柱体试件测定混凝土受压时的应力应变曲线;轴心受压混凝土典型的应力应变曲线如图2-3,各个特征阶段的特点如下;图2-3 混凝土轴心受压时的应力应变曲线1应力σ≤ f c sh当荷载较小时,即σ≤ f c sh,曲线近似是直线图2-3中OA段,A点相当于混凝土的弹性极限;此阶段中混凝土的变形主要取决于骨料和水泥石的弹性变形;2应力 f c sh <σ≤ f c sh随着荷载的增加,当应力约为～ f c sh,曲线明显偏离直线,应变增长比应力快,混凝土表现出越来越明显的弹塑性;3应力 f c sh <σ≤ f c sh随着荷载进一步增加,当应力约为～ f c sh,曲线进一步弯曲,应变增长速度进一步加快,表明混凝土的应力增量不大,而塑性变形却相当大;此阶段中混凝土内部微裂缝虽有所发展,但处于稳定状态,故b点称为临界应力点,相应的应力相当于混凝土的条件屈服强度;曲线上的峰值应力C点,极限强度f csh,相应的峰值应变为ε0;4超过峰值应力后超过C点以后,曲线进入下降段,试件的承载力随应变增长逐渐减小,这种现象为应变软化;14．什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量答：取混凝土应力应变曲线在原点O切线的斜率,作为混凝土的初始弹性模量,简称弹性模量E c,即:E c= tgα0E c——初始弹性模量；a0——原点切线的斜率夹角;当应力较大时,混凝土已进入弹塑性阶段,弹性模量已不能正确反映此时的应力应变关系;比较精确的方法采用切线模量Ec′,即在应力应变曲线任一点处作一切线;此切线的斜率即为该点的切线模量,其表达式为Ec′= tgα= dσ / dε切线模量是原点与某点连线即割线的斜率作为混凝土的割线模量,称为变形模量Ec″,它的表达式为Ec″= tgα1 = σc / εc15．什么叫混凝土徐变混凝土徐变对结构有什么影响答：在不变的应力长期持续作用下,混凝土的变形随时间而缓慢增长的现象称为混凝土的徐变;徐变对钢筋混凝土结构的影响既有有利方面又有不利方面;有利影响,在某种情况下,徐变有利于防止结构物裂缝形成；有利于结构或构件的内力重分布,减少应力集中现象及减少温度应力等;不利影响,由于混凝土的徐变使构件变形增大；在预应力混凝土构件中,徐变会导致预应力损失；徐变使受弯和偏心受压构件的受压区变形加大,故而使受弯构件挠度增加,使偏压构件的附加偏心距增大而导致构件承载力的降低;16．钢筋与混凝土之间的粘结力是如何组成的答：试验表明,钢筋和混凝土之间的粘结力或者抗滑移力,由四部分组成：1化学胶结力：混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力,来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化,取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度;当钢筋受力后变形,发生局部滑移后,粘着力就丧失了;2摩擦力：混凝土收缩后,将钢筋紧紧地握裹住而产生的力,当钢筋和混凝土产生相对滑移时,在钢筋和混凝土界面上将产生摩擦力;它取决于混凝土发生收缩、荷载和反力等对钢筋的径向压应力、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等;钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙,则摩擦力越大;3机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力,即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力,取决于混凝土的抗剪强度;变形钢筋的横肋会产生这种咬合力,它的咬合作用往往很大,是变形钢筋粘结力的主要来源,是锚固作用的主要成份;4钢筋端部的锚固力：一般是用在钢筋端部弯钩、弯折,在锚固区焊接钢筋、短角钢等机械作用来维持锚固力;各种粘结力中,化学胶结力较小；光面钢筋以摩擦力为主；变形钢筋以机械咬合力为主;17．最小锚固长度是如何确定的答：达到锚固极限状态时所需要的钢筋最小锚固长度,称为临界锚固长度l cr a;锚固抗力等于钢筋屈服强度F y时,相应的锚固长度就是临界锚固长度l cr a,这是保证受力钢筋真到屈服也不会发生锚固破坏的最小长度;钢筋屈服后强化,随锚固长度的延长,锚固抗力还能增长,到锚固抗力等于钢筋拉断强度F u时,相应的锚固长度就是极限锚固长度l u a;设计锚固长度l a应当在临界锚固长度和极限锚固长度之间,前者是为了保证钢筋承载受力的基本性能,。
《混凝土结构基本原理》第01章
上部支 座非通 长纵筋
土木工程学院
架立筋
混凝土结构基本原理
上部支座非 通长纵筋
.1章 绪 论
下部纵筋 钢筋一般通长
架立筋与受力 筋搭接
箍筋
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混凝土结构基本原理
上部纵筋
拉筋
.1章 绪 论
构造纵筋 抗扭钢筋
下部纵筋
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混凝土结构基本原理
.第1章1章绪绪 论论
框架结构模板支撑情况
2020年5月27日
2. 以混凝土为主要材料，并根据需要配置钢筋、预应力筋、型钢等钢
材所制成的构件，称为混凝土构件；所组成的结构，称之为混凝土结构
。
.第1章1章绪绪 论论
2020年5月27日
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混凝土结构基本原理
3. 混凝土结构的分类
混凝土结构可分为以下几类：
素混凝土结构：无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土结 构。 钢筋混凝土结构：配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢 筋骨架的混凝土结构。 预应力混凝土结构：配置预应力钢筋和普通钢筋，再 经过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土结构。 型钢混凝土结构（劲性钢筋混凝土结构、钢管混凝土 ）：配置受力的型钢和钢筋的混凝土结构。
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混凝土结构基本原理
第1章 绪 论
.第1章1章绪绪 论论
2020年5月27日
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混凝土结构基本原理
§1.1 混凝土结构的一般概念
1.1.1 混凝土结构的定义与分类
1. 混凝土是由水泥、砂子、粗骨料、添加剂及水按一定比例充分拌和， 并在适当的温度、湿度条件下，经一定时间养护硬化后所形成的“人 工石材”。
非加密区箍筋 ：Φ6@200mm
上部纵筋
混凝土结构设计原理---绪论及第一、二章总结
1、钢筋和混凝土为什么能结合在一起工作：①粘结力是这两种性质不同的材料能够共同工作基础，混凝土结硬后能和钢筋牢固粘结在一起，相互传递内力②线膨胀系数接近，温度变化时钢筋和混凝土不会发生粘结破坏2、钢筋混凝土结构有哪些主要优缺点：优点：合理用材，就地取材节约钢材耐久耐火可模性好整体性好，刚度大；缺点：自重大抗裂性差性质较脆费工费模3、混凝土结构对钢筋性能的要求及其达到的目的：强度高（节省钢材获得较好的经济效益）；塑性好（给人以破坏的征兆）；可焊性好（保证焊接后的接头性良好）；与混凝土的粘结锚固性能好（使钢筋的强度能够被充分利用，保证焊接后的接头性能良好）；严寒地区低温性能好4、钢筋的品种与性能HPB235级(Ⅰ级) （Hot rolled Plain S teel Bars）钢筋多为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋。
HRB335级(Ⅱ级) （Hot rolled Ribbed Steel Bars）和HRB400级(Ⅲ级)钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋以增强与混凝土的粘结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。
RRB400级(Ⅳ级) （Remained heat treatment Ribbed Steel Bars）钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋HRB400级和HRB335级钢筋一般用于普通混凝土结构中的受力钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。
光面钢筋的截面面积按直径计算，变形钢筋根据标称直径按圆面积计算确定。
非热轧钢筋由强度的大小来反映它的用途，较高强度的钢筋常用语预应力混凝土构件中的预应力钢筋，一般强度的钢筋用作普通混凝土的受力钢筋或构造钢筋。
5、混凝土结构内力计算和截面承载力设计的方法：最初是弹性方法来计算，20世纪30年代，截面设计方法变为按破损阶段计算法；20世纪50年代，按照极限状态设计法。
混凝土结构设计原理1-6章
8.2 钢筋混凝土构件的裂缝宽度验算 8.3 钢筋混凝土构件的截面延性 8.4 混凝土结构的耐久性 思考题 习题 第9章 预应力混凝土构件 9.1 预应力混凝土的基本概念 9.2 张拉控制应力与预应力损失 9.3 后张法构件端部锚固区的局部承压验算 9.4 预应力混凝土轴心受拉构件的计算
• 9.5 预应力混凝土受弯构件的计算 • 9.6 部分预应力混凝土及无粘接预应力混凝 土结构简述 • 9.7 预应力混凝土构件的构造要求 • 思考题 • 习题 • 第10章 混凝土结构按我国《公路桥涵规范》 的设计原理 • 10.1 半概率极限状态设计法及其在《公路 桥涵规范》中的应用
图2.8 混凝土强度随龄期增长曲线
实线—在潮湿环境下 虚线—在干燥环境下
图2.9 混凝土棱柱体抗压试验
图2.10 混凝土的轴心抗压强度
fc值与fcu值的关系
• 3)混凝土受压破坏机理
图2.11 X光观测裂缝发展示意图
(a)荷载前 (b)破坏荷载的65% (c)破坏荷载的85% (临界荷载时) (d)破坏荷载
• ④板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于10 mm；梁、柱中箍 筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15 mm； • ⑤处于二类环境中的悬臂板，其上表面应另作水泥砂浆保护层或采取 其他保护措施； • ⑥有防火要求的建筑物，其保护层厚度尚应符合国家现行有关防火规 范的规定。
图2.5 钢筋冷拉后的拉伸σ-ε曲线
图2.6 冷拔低碳钢丝受拉的σ-ε曲线
• • • •
(2)冷拔 2.1.5 混凝土结构对钢筋性能的要求 (1)强度 (2)塑性
• • • • • • •
(3)可焊性 (4)与混凝土的粘接力 2.2 混凝土 2.2.1 混凝土的强度 (1)混凝土的抗压强度 图2.7 混凝土立方体的破坏情况 1)立方体抗压强度 fcu，k (a)不涂润滑剂 (b)涂润滑剂 2)轴心抗压强度设计 值 fc
混凝土结构设计原理 第1章绪论
第1章 绪 论教学提示：本章主要讲述了混凝土结构的一般概念，重点阐述了性质不同的两种材料(钢筋和混凝土)能够结合在一起共同工作的可能性和有效性以及混凝土结构的特点；简要地介绍了钢筋混凝土结构在工程中的应用、发展前景及《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)，并对混凝土结构课程的特点及学习方法提出了建议。
教学要求：要求学生在了解混凝土结构一般概念的基础上，深刻理解和掌握钢筋和混凝土共同工作的条件，充分认识钢筋与混凝土的优缺点，了解钢筋混凝土结构在土木工程中的应用及发展前景，做好学习本课程的准备。
1.1 混凝土结构的一般概念混凝土，一般是指由胶凝材料(水泥)，粗、细骨料(石子、砂粒)，水及其他材料，按适当比例配制，拌和并硬化而成的具有所需形体、强度和耐久性的人造石材。
也被形象地称为“砼”。
混凝土结构是以混凝土为主要材料制成的结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。
素混凝土结构是由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构，常用于路面(如图1.1所示)和一些非承重结构。
钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构(如图1.2所示)。
预应力混凝土结构是充分利用高强度材料来改善钢筋混凝土结构的抗裂性能的结构。
是由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预应力的混凝土结构(如图1.3所示)。
图1.1 素混凝土路面图1.2 钢筋混凝土梁图1.3 预应力混凝土板钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构常用作土木工程中的主要承重结构。
在多数情况下混凝土结构是指钢筋混凝土结构。
钢筋和混凝土都是土木工程中重要的建筑材料，钢筋的抗拉和抗压强度都很高，但混混凝土结构设计原理·2· ·2·凝土的抗压强度较高而抗拉强度却很低。
为了充分发挥这两种材料性能的优势，把钢筋和混凝土按照合理的组合方式有机地结合在一起共同工作，使钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受压力，以满足工程结构的使用要求。
1-绪论
第一章 绪论
2、素混凝土梁的受力性能
Pu ≈ Pcr
fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2
Pcr = 9.7kN
300 150
sc= ft
sc= ft
ft
2500
ft
破坏时跨中截面受压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，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。
路TB10002.3-）。
（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GB50010-2002》 道桥结构的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设
计规范》（JTG D62—2004）学习。
第一章 绪论
4、设计工作是一项创造性工作
一方面设计应遵循规范，
（2）简化（基本假定）；
（3）建立计算公式和公式条件； 链接下一章
（4）设计计算（截面复核和截面设计）；
（5）构造措施。
配置钢筋后：
▲ RC梁的承载力（52.5kN)比素混凝土梁（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。
第一章 绪论
二、钢筋与混凝土共同工作的条件
（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
1.2 混凝土结构的发展简况及其应用
第一章 绪论
元江大桥
1.2 混凝土结构的发展简况及其应用
第一章 绪论
1.3 课程的主要内容、特点与学习方法 一、课程的主要内容
受拉构件
受弯构件 受压构件 受扭构件
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2019/9/20
二、混凝土结构的发展
1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段 1)第一阶段：
* 1824年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；
*混凝土作为钢筋的保护层，可以防止钢筋锈蚀。
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2019/9/20
钢筋混凝土构件按受力特点分类：
受弯构件：梁、板 受压构件：柱子、剪力墙、屋架的压杆 受拉构件：屋架的拉杆、水池的池壁 受扭构件：框架的边梁、带有悬挑雨篷的挑梁 压弯构件：偏压柱 拉弯构件 弯扭构件 拉弯扭构件
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开裂前、后
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脆性破坏
破坏荷载：8 kN（一头成年象）
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（2）钢筋混凝土梁的破坏试验：
开裂前、后
塑性破坏
破坏荷载：36 kN
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P
P
P
P
素混凝土梁承载 力小，破坏突然
钢筋混凝土梁承载力大， 变形性能好，破坏有预告
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：
2019/9/20
4.混凝土结构的优缺点
优点：
缺点：
随着科学技术的不断发 展，缺点正逐渐被克服
就地取材
自重大
用材合理
易开裂
耐久性好
耗模板
耐火性好
施工工序多、周期长
整体性好 可模性好 阻止射线的穿透
且易受天气、季节影响 拆除、改造难度大
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2019/9/20
二、混凝土结构的发展
* 1849年，法国人L. Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两 面做成小船----最早的钢筋混凝土结构；
* 1861年，法国花匠J. Monier 发明了花盆专利，钢筋混 凝土板、管道、拱桥等专利----他被认为是钢筋混凝土 结构的发明者；
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2019/9/20
1866年，德国学者发表了计算理论和计算方法，1887 年又公开发表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受 拉区的概念及钢筋混凝土板的计算方法。此后，钢筋 混凝土的推广应用有了较快的发展。
2019/9/20
2013年暴雨致使四川西部某桥垮塌
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2019/9/20
2013.10.8 广东惠州旱坑大桥垮塌60m
3场超强台风带来的特大洪灾导致桥梁基础及 河南理工大学土木工程学桥院 墩失稳，超载车过多是主因
2019/9/20
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2019/9/20
专家结论：
1、经复核原勘察报告、结构设计、管桩强度符合要求； 2、紧贴7号楼北侧，在短期内堆土太高，大楼南侧的地下车 库开挖，深度4.6m，大楼两侧的压力差致使土体产生水平位 移，过大的水平力超过了大楼桩基的抗侧能力，导致房屋倾 倒。
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2019/9/20
建筑结构内在的隐患
桩长度大 ， 桩数量少 桩壁薄，脆性，桩截面强度小
应用，混凝土试验研究开始进行，
计算理论：概率论
设计方法：极限状态设计理论
①结构的承载能力有很大的提高； ②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）。
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2019/9/20
重点讲述钢筋混凝土结构的材料性能、设计原则、计
算方法和构造措施。简单介绍预应力混凝土结构。
P
P
钢筋
+ 混凝土
钢筋混凝土结构（构件）
拉压性能均好 抗压性能好
结构竖向强，侧向弱
偶然因素作用下可能发生灾难性后果
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2019/9/20
混凝土结构设计 基本原理
第一章 绪论
Chapter 1 Introduction
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2019/9/20
本章内容
一、混凝土结构的概念和特点
1.结构的定义与分类
2.钢筋混凝土结构的定义与分类
2019/9/20
武汉国际证券大厦， 河南3理3工1大m学，土木工6程8学层院
深圳赛格广场，292m， 70层 2019/9/20
2013年5月25日长春市某正在改建的小学倒塌
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2019/9/20
广西百色德保县“楼歪歪”工程历经数月缓慢倾斜最终倒塌
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2019/9/20
其他分析：
著名爆破专家王百姓：北半幅的桥面和南北隔开的部分被炸开了，假如 是桥先坠落烟花爆竹后爆炸的话，就不会影响到北半部分，大桥的北半 部也受到影响说明当时是先爆炸，强烈的冲击波波及到北半幅桥面。
“1937年，茅以升找了100多关键点，才炸断钱塘江大桥。2013年，一车 爆竹让连霍高速大桥倒塌。”有人质问，“爆竹车响了能把桥震塌了， 你说； 桩型为PHC高强预应力离心管桩，壁薄，脆性，桩截面强
度小，与普通方桩相比约差一半；
建筑物宽度小，南北两侧沉降差引起转角大，相互作用下 倾覆力矩增长迅速；
无地下室，水平力仅有桩承受，无墙相助。
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2019/9/20
上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
破损阶段设计法(plastic page design method):考虑在使用阶段塑性应 力分布后结构构件截面承载力不小于外荷载产生的内力并乘以安全系 数。破损阶段设计法以构件破坏时的受力状况为依据，考虑了材料的 塑性性能，在表达式中引入了安全系数，使构件有了安全度的概念。 与容许应力法相比有了进步。
1968年建成通车 已使用46年
2019/9/20
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郑州黄河二桥 2004年10月1日建成通车
已使用10年
2019/9/20
哈利法塔，阿拉伯联 合酋长国，迪拜，160 层，828m。
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2019/9/20
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中国第一高楼： 上海环球金融中心，
2019/9/20
钢筋混凝土梁beam和板slab的受力特点：
reinforced concrete beam
reinforced concrete slab
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2019/9/20
3. 钢筋混凝土结构的受力特点 1）受力特点： （1）素混凝土简支梁的破坏试验：
素混凝土简支梁，跨度4 m，截面尺寸200mm×300mm、C20, 跨中集中 荷载F。
坍塌，桥离地面高30m左右。
事故原因：一个满载烟花爆竹的车辆爆炸引发的
桥面坍塌，导致车辆坠落引发伤亡。
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2019/9/20
客观原因：
烟花爆竹车上装有350多袋开天雷和200多箱内筒式烟花，相当于1吨 多炸药。烟花爆竹车在节点位置上爆炸，引起了大桥跨塌。
义昌大桥是简支T梁桥，梁体在简支处断开。简支梁的特点是一端 为固定铰支座，一端为滑动铰支座，滑动支座可以沿着梁体的走向自由 滑动一定距离，但超过这个距离梁体就会从支座上掉下来。因此，很有 可能是，爆竹货车爆炸的冲击波引起梁体滑动，导致梁体滑落而跨塌。 而且，可能是两跨桥梁体的固定铰支座都设置在了中间桥墩上，一个梁 体滑落后拉倒了中间桥墩，从而导致了另一个梁体落梁，大桥也就跨塌 了。
伤，下部支座无明显下沉，高强预应力管桩断裂
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2019/9/20
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2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
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2019/9/20
上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
客观原因：大楼左侧挖土、右侧推土，引起水平推力和水平 位移 主观原因（建筑结构内在的隐患）：
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利用混凝土抗压，钢筋 受拉（亦可受压）---各尽其能，相得益彰
2019/9/20
2） 混凝土和钢筋共同工作的原因
P
P
* 混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者之间通过界面 粘结力可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形 。
* 两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应 力破坏两者的粘结力，混凝土：1.0×10-5~1.5 ×10-5，钢 筋： 1.2 ×10-5
结构按组成的材料可分为：木结构wood structure 、砌 体结构masonry structure 、钢结构steel structure 、混凝土结 构concrete structure等。
结构按结构形式可分为：砖混结构masonry['meisənri] and concrete structure 、框架结构frame structure、剪力墙shear wall structure结构、筒体tube structure结构、筒中筒结构tube in tube structure等。
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2019/9/20
上海闵行区“莲花景苑”住宅楼整体倒塌
河南理工大学土木工程学院 2009年6月27日，凌晨5：30分
2019/9/20
上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
工程简况：13层住宅楼，高30多m，大开孔剪
力墙结构，无地下室，高强预应力离心管桩
事故特征：大楼整体坍塌，上部结构无明显损
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2019/9/20
一、混凝土结构的概念和特点
2. 混凝土结构（ concrete structure ）的定义与分类