《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。

4.钢筋与混凝土共同工作的条件

钢筋和砼可以结合在一起共同工作，是因为：

（1）两者之间有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力。

（2）两者具有基本相同的温度线膨胀系数。当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间粘结力破坏。

5.钢筋混凝土的配筋方式和作用

除在构件的受拉区配筋外，还可：

（1）在构件受压区配置钢筋，协助混凝土承受压力。

（2）在复杂应力区域配置箍筋或纵横交错的钢筋。

（3）配置预应力钢筋形成预应力硷，改善构件性能。

（4）直接配置钢骨，形成钢骨混凝土，提高承载力。

（5）采用钢管形成钢管硷，以约束硷提高抗压强度。

（6）加入钢纤维等形成纤维砼提高其抗拉强度。

（三）钢筋混凝土的主要优点

1．材料利用合理，造价和维护费用低。

材料强度发挥充分，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题。

2．可模性好。

可根据需要浇筑成各种性质和尺寸。

3．易于就地取材。

（四）钢筋混凝土的主要缺点

自重大，抗裂性差

环境较差时会影响耐久性:这也限制了其用于大跨结构，并造成高强钢筋的无法利用。

解决办法:采用轻质、高强和预应力

承载力有限

对重载和高层结构，构件大，减小使用空间。

解决办法:采用高强砼、钢骨砼、钢管砼。

施工复杂

工序多，工期长，施工受季节的影响较大。

解决办法：采用钢模、飞模、滑模等，泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等。

4．修复加固补强困难。

二、混凝土结构发展与应用

（一）混凝土结构的发展简况

1824年英国人阿斯普丁发明硅酸盐水泥。

1849年法国人朗波制造了第一只钢筋砼小船。

1877年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。

砼结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。

历史不长，发展迅速，是最主要的土木工程结构。

（二）混凝土结构的发展阶段

第一阶段:

从钢筋混凝土的发明至本世纪初。这一时期，钢筋和砼的强度都比较低，主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件;

第二阶段:

从本世纪20年代到第二次世界大战前后。这一时期，砼和钢筋强度的不断提高，1928年法国土木工程师发明了预应力硷，使得砼材料可用来建造大跨度结构。

计算理论：前苏联砼专家格沃兹捷夫开始考虑t砼塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋砼结构的基本计算理论。

（三）混凝土结构的发展趋势

克服和解决混凝土结构的缺点是混凝土结构的主要发展方向。混凝土发展中各方面的相互影响，大大促进了混凝土的发展。

工程实践：新形式、新用途。

材料创新：高强轻质。

理论研究：设计概率化。

计算方面：非线性、全过程、整体分析。

（四）混凝土结构的应用简况

混凝土结构被广泛运用于土木工程各领域：

建筑工程领域：房屋楼盖、结构转换、高层建筑、薄壳结构、结构立面、网格立柱

桥梁工程领域：跨海大桥、跨谷大桥、内河大桥、城市立交

地下工程领域：地下结构、公路隧道、铁路隧道

其它工程领域：道路工程、港口工程、水利工程等

三、学习本课程应注意的问题

（一）本课程的课程性质

本课程是在先修课基础上，结合砼结构构件的实际工作特点，以现行国家标准《混凝土结构设计规范》等的条文为主要依据的技术基础课和专业技术课。

技术基础课：基本构件的受力分析和设计方法

专业技术课：构件和结构的设计计算及构造

（二）本课程的主要内容

受力分析，设计计算，构造要求

（三）课程的学习要求