钢筋混凝土结构电子教案(一)

第一章 绪 论

1、教学要求

（ 1）掌握钢筋混凝土的基本概念、优缺点、课程特点

（ 2）了解本课程的内容、任务和学习方法，了解其在国内外应用和发展情况。 2、重点、难点：

（1）重点：钢筋混凝土的概念、优缺点，本课程的特点及要解决的问题。 （1）难点：本课程的特点及要解决的问题。

§1.1混凝土结构的概念

结构是指房屋中承受和传递荷载的部分，如梁、板、柱、基础等构件。

图1.1 二、概念：

1、素混凝土结构：

素混凝土：由水泥、砂、石、水组成，属脆性结构，抗压强度较高，抗拉强度较低，一裂

即坏，承载力较低。

2、钢筋混凝土结构，在素混凝土梁的受拉区配置受拉钢筋。（图 1.2 ） 钢筋与混凝土协同工作的原理： （1）粘结力 （2）二者的温度线膨胀

一、混凝土结构的分类：

素混凝土结构 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 系数接近，混凝土约为

，钢筋约为

。

（ 3 ）保护层：避免钢筋锈蚀，耐久性好。

3、预应力混凝土结构：

在结构构件承受外荷载作用前，预先对混凝土构件的受压区施加预压力，这样在外荷载作用下,先抵消掉受拉区的预压力，混凝土才能受拉，从而延缓了裂缝的出现，减少了裂缝宽度，可采用高强度材料。这种在构件承受荷载前预先对受拉区施加预压应力的结构称为预应力混凝土结构。

三、优缺点：

1、优点：

（1）就地取材。

（2）耐久性、耐火性好（与钢结构比较）。

（3）整体性好。

（4）可模性好。

（5）比钢结构节约钢材。

2、缺点：

（1）自重大。

（2）混凝土抗拉强度较低，易裂。

（3）费工、费模板周期长。

（4）施工受季节影响。

（5）补强修复困难。

§1.2 混凝土结构的应用和发展概况

钢筋混凝土结构迄今有150年的历史，广泛应用于梁、板、柱、基础等结构构件中。近年来应用和发展较迅速，主要体现在以下几方面：

一、材料方面：

混凝土达到 C20 — C25 ，预应力混凝土达到 C40 — C80 ，我国已制成了 C100 级混凝土，国外制成 C200 级混凝土。

二、结构方面：

除应用于梁、板、柱、基础外，钢—混凝土组合结构得到广泛应用，如组合楼盖，组合梁，钢管混凝土柱等。此外预应力混凝土组合结构中的无粘结部分预应力混凝土结构也得到广泛应用。

三、设计理论方面：

我国规范 1955 年以来经过四次调整，现采用 GB50010 —2002 《混凝土结构设计规范》，它采用以概率理论为基础的极限状态法，从对结构仅进行线性分析发展到结构进行非线性分析，从对结构侧重安全发展到全面侧重结构的性能，更加严格地控制裂缝和变形。

（2）应用范围：

单层、多层厂房、住宅、旅馆、剧院、体育馆、桥梁工程、水工及港口工程、地下工程、海洋工程、国防工程、特种结构等。

案例1：我国香港特别行政区中环广场，建成于1992年，78层，372m高，是世界上最高的钢筋混凝土建筑。

案例2：上海浦东的金茂大夏，建于1998年，88层，421m高，钢—混凝土结构是我国第一，世界第三高度的高层建筑。

案例 3：江阴长江大桥，建成于1999年，跨度为1385m，列为中国第一，世界第四跨度的钢筋混凝土桥塔和钢悬索组成的特大桥。

§1.3本课程的目的及特点

一、本课程的学习目的：

掌握混凝土结构的基本概念，基本理论及构造要求，能进行一般工业与民用建筑结构的设计，并具有绘制和识读结构施工图的能力。

二、本课程要解决的问题：

本课程不仅要解决强度和变形的计算问题，而且要进一步解决构件的设计问题，包括结构方案、构件选型、材料选择、荷载计算、内力计算、强度和变形、构造要求等。是一个综合性的问题。同一个问题往往有多种可能的解决办法，学习时要注意培养对多种因素进行综合分析和综合应用能力。

三、本课程的实践性特点：

学习中一方面要学习本课程的基本理论和基本知识，进行结构的设计，解决设计中的构造问题，另一方面要经常到施工现场，预制构件厂进行参观，重视和积累工程经验。

四、本课程学习的相关规范：

1、GB50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》，简称《统一标准》；

2、GB50010—2002《混凝土结构设计规范》，简称《规范》；

3、GB50009—2002《建筑结构荷载规范》，简称《荷载规范》；

第二章钢筋混凝土材料的力学性能

1、教学要求

（1）掌握钢筋和混凝土的强度指标及规范取值；

（2）掌握混凝土的变形指标、钢筋和混凝土粘结原理。

2、重点、难点：

（1）重点：

混凝土的强度——立方强度、等级，轴心抗压、抗拉、弯曲抗压和疲劳强度。

混凝土的变形——混凝土在短期和长期荷载下的变形，混凝土的弹性模量、徐变、收缩和膨胀。

钢筋的形式、品种和级别，钢筋的强度、变形和弹性模量，钢筋的冷加工、弯钩和接头。钢筋混凝土的粘结。

（2）难点：混凝土的强度、混凝土的疲劳强度、钢筋的强度。

§2.1混凝土

一、混凝土的强度

混凝土由水泥、砂、石和水组成。

1 、立方体抗压强度——是混凝土强度等级的评价指标。

（1）测定方法：《规范》以边长为 150mm的标准立方体试件，在标准养护条件（温度20℃ 3 ℃，相对湿度不小于90%）下养护28天后，用标准试验方法（试件表面不涂润滑剂，加荷速度约为

，在试验机上试压所测得的极限平均压力即为混凝土的立方体抗压强度。

图 2.1.

（ 2 ）混凝土的强度等级：以保证率不低于 95% 的立方体抗压强度标

准值

确定。共有 14 个等级，即 C15 、 C20 、 C25 、 C30 、 C35 、 C40 、 C45 、 C50 、C55 、C60 、 C65 、 C70 、 C75 、 C80 。

例： C20 的含义是混凝土立方体抗压强度的标准值。

（ 3 ）影响混凝土强度的几个因素：

a、试验方法：一是垫板下不加润滑剂，测得的值偏高。二是垫板下加润滑剂，测得的值偏低。

b、试件的尺寸：试件尺寸小，测得的强度高，原因是材料内部有缺陷（如微裂缝，内摩擦等）。若采用边长为 200mm和100mm试件时，其值应乘以1.05和0.95。

c、加荷速度：加荷快，测得的强度高。

d、混凝土的龄期：

e、统计方法：

（1）测定方法——棱柱体抗压试验。图2.2

混凝土强度与试件的高宽比h/b 有关，h/b 越大，混凝土的强度越低。但当h/b=3 -4 时，测得的混凝土强度趋于稳定，能反映混凝土的实际抗压能力。这因为在此范围内既可消除垫板与试件之间摩擦力对抗压强度的影响，又可消除可能的附加偏心距对试件抗压强度的影响。

《规范》以 150 ×150×300mm 的棱柱体试件，做抗压试验，测得的强度为混凝土的轴心抗压强度。 （2）取值：

0.88 ——实际混凝土强度与试件混凝土强度的差异修正系数。

2、轴心抗压强度

混凝土轴心抗压强度的平均值

——轴心抗压强度平均值与立方体抗压强度平均值的比值， C50混凝土，取

C80混凝土，取

， C50 -C80 混凝土，线性插入。 ——高强度混凝土脆性折减系数， C40混凝土，取

；

C80混凝土，取

； C40 -C80 混凝土，线性插入。

1、测定方法：抗拉试验（图

2.3） （2）取值：

平均值

4、复合应力状态下混凝土的强度 (图2.4) 混凝土在三向应力状态下，其抗压强度会提高。即

二、混凝土的变形

3、轴心抗拉强度 较低，一般只有抗压强度的

式中

——有侧向压力约束试件的轴心抗压强度；

——无侧向压力约束试件的轴心抗压强度；

——侧向约束压应力。 分类：

受力变形：短期荷载，长期荷载。

体积变形：收缩，温度变形等。

1、混凝土在一次短期加荷时的变形 （1）混凝土的应力应变曲线

(图2.5) 受力阶段：上升 OC ，下降段CD

AB ——裂缝稳定发展阶段

BC ——裂缝随荷载的增加迅速发展，塑性变形显著增大。

（2）混凝土的弹性模量、变形模量 图2.6

OA ——弹性阶段，

C 点时 ,

。 C 点以后破坏，承载力下降。 受拉时：

①弹性模量

（初始弹性模量） ——弹性应变部分 ——塑性应变部分

的确定方法：先加载至→卸载至0→存在残余变形(图2.7)。重复加载 5 -10 次，曲线趋于稳定并接近于直线，这时取即可。

或采用经验公式：

②变形模量（割线模量）

，又

∴

——弹性特征系数