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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
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混凝土结构的组成 板 柱 梁
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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
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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
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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
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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。
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素混凝土结构（Plain Concrete)
砖墙 基础
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（Reinforced Concrete Structure)
钢筋混凝土结构 （Reinforced Concrete Structure) 纵筋 箍筋 支座
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钢筋混凝土结构 （Reinforced Concrete Structure)
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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
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预应力混凝土结构 （Pre-stressed Concrete Structure)
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（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
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钢骨混凝土结构 （Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete)
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钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube)
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FRP混凝土
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FRP筋混凝土（FRP Bar Reinforced concrete)
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钢-混凝土组合（混合）结构
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钢-混凝土组合（混合）结构
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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。
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混凝土材料性能
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素混凝土梁的试验
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素混凝土梁的受力性能
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钢材的材料性能
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钢筋混凝土梁的试验
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钢筋混凝土梁的受力性能
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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房屋工程 广东国际大厦 金茂大厦 环球金融中心
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桥梁工程
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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。
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水利工程
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隧道工程
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特种结构
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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
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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。
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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。
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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。
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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
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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）。
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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
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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
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设计理论方面（结构试验技术的发展）
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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
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课程特点与学习方法 混凝土结构基本原理（上册）
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课程特点与学习方法 混凝土结构基本原理（上册）
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基本构件的受力形态
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课程特点与学习方法
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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。
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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。
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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？
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课后作业 P
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