彭亚萍 cea_pengyp@ujn.edu.cn 混凝土结构基本原理 土木建筑学院土木系 彭亚萍 cea_pengyp@ujn.edu.cn

混凝土结构的组成 板 柱 梁

课程内容 受弯构件设计 承载能力设计 受压构件设计 材料性能 钢筋混凝 受拉构件设计 土结构 受扭构件设计 设计方法 正常使用设计 裂缝、变形与耐久性 预应力混凝土结构

土木建筑学院土木系 彭 亚 萍 cea_pengyp@ujn.edu.cn 混凝土结构基本原理 绪 论 土木建筑学院土木系 彭 亚 萍 cea_pengyp@ujn.edu.cn

绪论 混凝土结构的基本概念 混凝土结构的应用和发展概况 混凝土结构的最新进展 课程特点与学习方法

混凝土结构的基本概念 以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝土结构。包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等。

素混凝土结构（Plain Concrete) 砖墙 基础

（Reinforced Concrete Structure) 钢筋混凝土结构 （Reinforced Concrete Structure) 纵筋 箍筋 支座

钢筋混凝土结构 （Reinforced Concrete Structure)

预应力混凝土结构 （Pre-stressed Concrete Structure) 混凝土 空洞 预应力钢筋 Pre-stressed concrete hollow floor

预应力混凝土结构 （Pre-stressed Concrete Structure)

（Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete) 钢骨混凝土结构 （Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete) 纵筋 型钢 箍筋 Steel reinforced Concrete column

钢骨混凝土结构 （Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete)

钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube)

FRP混凝土

FRP筋混凝土（FRP Bar Reinforced concrete)

钢-混凝土组合（混合）结构

钢-混凝土组合（混合）结构

混凝土结构的基本概念 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 （Concrete Structure) 。 最常用的是将钢筋和混凝土结合在一起做成钢筋混凝土构件，在结构中工作。

混凝土材料性能

素混凝土梁的试验

素混凝土梁的受力性能

钢材的材料性能

钢筋混凝土梁的试验

钢筋混凝土梁的受力性能

试验结果对比 在混凝土结构中配置钢筋后： 1、结构的承载能力有很大提高； 2、结构的受力性能得到显著改善。

钢筋与混凝土能共同工作的原因 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力； 钢筋与混凝土具有相近的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏； 混凝土对钢筋具有一定的保护作用。

混凝土结构的优点 材料利用合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。 可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。 耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。

混凝土结构的优点 现浇混凝土结构的整体性好，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；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。 刚度大，阻尼大，有利于结构的变形控制。 易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。

混凝土结构的缺点 自重大：不适用于大跨、高层结构。 抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。 承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。 施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。

绪论 混凝土结构的基本概念 混凝土结构的应用和发展概况 混凝土结构的最新进展 课程特点与学习方法

混凝土结构的发展 1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明波兰特水泥并取得了专利。 1850年法国人蓝波特(L.Lambot)制造了第一只铁丝网水泥砂浆的小船。 1861年法国人约瑟夫·莫尼埃(Joseph Monier)获得了制造钢筋混凝土板、管道和拱桥等的专利。 1872年在纽约建造了第一座钢筋混凝土的房屋。 混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年的历史，但发展非常迅速。

混凝土结构的发展 第一阶段：从19世纪50年代到20世纪20年代期间，出现了钢筋混凝土板、梁、柱、基础等简单的构件，材料强度低，设计计算采用容许应力法。 第二阶段：从20世纪20年代到40年代前后，随着混凝土和钢筋强度的不断提高，出现了采用预应力混凝土结构（用于大跨结构）的工程应用，计算理论上提出了考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法。 第三阶段：从20世纪40年代至今，随着高强混凝土和高强钢筋的出现，大型结构不断兴建，计算理论日趋完善，发展了以概率理论为基础的极限状态设计法。

房屋工程 广东国际大厦 金茂大厦 环球金融中心

桥梁工程

上海莘庄大型立交工程 该工程由15条线路，6条主线、20个定向匝道构成；占地面积45.8公顷，整个立交桥梁结构长度11.1公里、面积8.4万m2。

水利工程

隧道工程

特种结构

绪论 混凝土结构的基本概念 混凝土结构的应用和发展概况 混凝土结构的最新进展 课程特点与学习方法

混凝土结构的最新进展 在改革开放20多年的时间里，伴随着经济的快速增长，我国的混凝土结构发展迅猛，从新材料、新技术的研究开发和推广应用，到工程结构的建造，均取得了前所未有的巨大成就。

材料方面的发展 强度不断提高，高性能混凝土得到发展 纤维混凝土 轻质混凝土的应用 钢筋工程技术方面 C10 → C25 → C60 → C80 → C100 → C200 高强度、高耐久性、高工作性 纤维混凝土 短切乱向纤维增强混凝土（钢纤维、合成纤维等）性能提高； 连续纤维织物（CFRP、GFRP）用于混凝土结构的加固。 轻质混凝土的应用 容重一般为：14kN/m3~18kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等。 钢筋工程技术方面 新III级钢筋代替II级钢筋；低松弛钢绞线、冷拉带肋钢筋得到更多的应用；粗钢筋的连接技术得到发展。

结构形式方面（高层） 钢-混凝土混合(组合)结构的稳步发展，使得结构向高层方向发展。

结构形式方面（大跨） 预应力混凝土结构得到发展 缓凝结技术 体外预应力筋 横向张拉预应力筋

施工技术方面 发展定型化、标准化的装配式结构和工业化建筑体系； 高层建筑施工中的升板结构、泵送混凝土广泛应用； 大跨屋盖和大型桥梁的整体吊装技术； 模板正向着非木材化、高品质、多功能方向发展，模板结构化将成为可能； 养护技术提升（远红外辐射养护、电热钢模板养护、使用养护液等）。

设计理论方面（设计方法的发展） 设计方法 经验法 半经验、半理论法 概率极限状态法

设计理论方面（计算机的发展） 结构基本理论----计算机仿真技术的应用

设计理论方面（结构试验技术的发展）

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课程特点与学习方法 混凝土结构基本原理（上册）

课程特点与学习方法 混凝土结构基本原理（上册）

基本构件的受力形态

课程特点与学习方法

课程特点与学习方法 掌握钢筋、混凝土原材料的力学性能； 重视实验研究，了解实验规律。 混凝土结构在受力全过程中，从弹性逐渐变为弹塑性，非线性特征明显，其受力性能目前难以用一种简单的数学、力学模型来描述，多以试验结果与工程实践经验为基础来分析。 本课程不仅要解决构件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、材料选择和配筋构造等。这是一个综合性的问题。 对同一问题，往往有多种可能的解决办法，要综合考虑使用要求、材料供应、施工条件和经济效益等各种因素，从中选出较优的方案。要注意培养对多种因素进行综合分析的能力。

课程特点与学习方法 构造要求是长期科学实验和工程实践经验的总结，是对计算必不可少的补充，在设计结构和构件时，计算和构造是同样重要的，因此，要充分重视对构造要求的学习，并注意弄懂其中的道理。 本课程还要学习有关规范。 为了贯彻国家的技术经济政策，保证设计质量，加快施工速度，国家颁了各种结构设计规范。新修订的《混凝土结构设计规范（GB 50010—2010）》（以下简称《规范》）反映了我国多年来钢筋混凝土的科技水平和丰富的工程经验，并且吸收了国际上的一些先进成果，在学习过程中要理解它、熟悉它和应用它。 课程内容实践性强，积累感性认识有益于学习。

思考题 什么是混凝土结构、素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构？ 钢筋混凝土结构有哪些优点？哪些缺点？ 钢筋混凝土结构是由两种物理力学性质不同的材料组成的，为什么能共同工作？ 近30年来混凝土结构有哪些发展？ 学习钢筋混凝土结构要注意哪些问题？

课后作业 P7 0-12