土木工程混凝土结构设计电子教案

《混凝土结构》课程

电子教案

编写人：***

建筑工程系力学与结构教研室

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第 1 章 绪 论

（一）本章教学基本要求

（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。 （二）重点与难点

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； 难点：本课程的特点及要解决的问题。 1.1 混凝土结构的一般概念

教学内容：混凝土结构的定义与分类；配筋的作用与要求；钢筋混凝土结构的优缺点

1.2 混凝土结构的发展概况

教学内容：混凝土结构的发展与应用概况 1.3 学习本课程要注意的问题

教学内容：学习本课程时应注意的三个方面的问题

1.1 混凝土结构的一般概念

1.1.1 混凝土结构的定义和分类

1.定义:以混凝土为主制作的结构统称为混凝土结

1. 定义:以混凝土为主制成的结构称为混凝土结构。

2. 分类：钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、素混凝土结构。 钢筋混凝土结构——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称为钢筋混凝土结构；

预应力混凝土结构——由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构称为预应力混凝土结构；

素混凝土结构——由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构称为素混凝土结构。

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图1-1 简支梁受力破坏示意图

1.1.2 配筋的作用与要求

1. 试验介绍 图1-1 (a )，(b)分别表示素混凝土简支梁和钢筋混凝土简支梁的破坏和受力情况。

(1) 素混凝土简支梁

图1-1 (a)所示的素混凝土梁在外加集中力和梁的自身重力作用下，梁截面的上部受压，下部受拉。由于混凝土的抗拉性能很差，只要梁的跨中附近截面的受拉边缘混凝土一开裂，梁就突然断裂，破坏前变形很小，没有预兆，属于脆性破坏类型。

(2) 钢筋混凝土简支梁

为了改变这种情况，在截面受拉区域的外侧配置适量的钢筋构成钢筋混凝土梁，见图1-1 (b)。

钢筋主要承受梁中和轴以下受拉区的拉力，混凝土主要承受中和轴以上受

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压区的压力。由于钢筋的抗拉能力和混凝土的抗压能力都很大，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，此后荷载还可略有增加，当受压区混凝土被压碎，梁才破坏。破坏前，变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。

可见，与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁的承载能力和变形能力都有很大提高，并且钢筋与混凝土两种材料的强度都能得到较充分的利用。 (3) 钢筋混凝土受压柱

如图1-1 (C)所示，在轴心受压的柱子中通常也配置抗压强度较高的钢筋协助混凝土承受压力，以提高柱子的承载能力和变形能力。由于钢筋的抗压强度比混凝土的高，所以柱子的截面尺寸可以小些。另外，配置了钢筋还能改善受压构件破坏时的脆性，并可以承受偶然因素产生的拉力。

2、 钢筋和混凝土协同工作的主要原因 (1) 粘结力

混凝土硬化后与钢筋之间有良好的粘结力，从面可靠地结合在一起，共同变

形、共同受力。

(2) 钢筋和混凝土两种材料的温度线胀系数相近 钢筋: 1.2 310-5／℃

混凝土: 1.0～1.5310-5／℃

当温度变化时，钢筋与混凝土之间不会产生由温度引起的较大的相对变形造成的粘结破坏。

(3) 防锈

混凝土包裹钢筋，防止钢筋锈蚀，耐久性好。

3、在设计和施工中，钢筋的端部要留有一定的锚固长度，有的还要做弯钩，以保证可靠地锚固，防止钢筋受力后被拔出或产生较大的滑移；钢筋的布置和数量应由计算和构造要求确定。

1.1.3 钢筋混凝土结构的优缺点

1. 钢筋混凝土结构的主要优点：

(1) 取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，还可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。

(2) 合理用材：钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相比，可以降低造价。

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(3) 耐久性：密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混凝土包裹，不易锈蚀，维修费用也很少，所以钢筋混凝土结构的耐久性比较好。

(4) 耐火性：混凝土包裹在钢筋外面，火灾时钢筋不会很快达到软化温度而导致结构整体破坏。与裸露的木结构、钢结构相比耐火性要好。

(5) 可模性：根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构。

(6) 整体性：整浇或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体性，有利于抗震、抵抗振动和爆炸冲击波。

2. 钢筋混凝土结构也存在一些缺点:

(1) 自身重力较大: 这对大跨度结构、高层建筑结构以及抗震不利，也给运输和施工吊装带来困难。

(2) 抗裂性较差: 受拉和受弯等构件在正常使用时往往带裂缝工作，对一些不允许出现裂缝或对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这些要求就需要提高工程造价。

(3) 隔热隔声性能也较差。

针对这些缺点，可采用轻质高强混凝土及预应力混凝土以减轻自重，改善钢筋混凝土结构的抗裂性能。

1.2 混凝土结构的发展与应用概况

混凝土结构使用至今已约有150年的历史。与钢、木和砌体结构相比，由于 它在物理力学性能及材料来源等方面有许多优点，所以其发展速度很快，应用也 最广泛。

随着高强度钢筋、高强度高性能混凝土（强度达到100N/mm2）以及高性能外 加剂和混合材料的研制使用，高强高性能混凝土的应用范围不断扩大，钢纤维混 凝土和聚合物混凝土的研究和应用有了很大发展。还有，轻质混凝土、加气混凝 土、陶粒混凝土以及利用工业废渣的“绿色混凝土”，不但改善了混凝土的性能， 而且对节能和保护环境具有重要的意义。此外，防射线、耐磨、耐腐蚀、防渗透、 保温等特殊需要的混凝土以及智能型混凝土及其结构也正在研究中。

混凝土结构的应用范围也在不断地扩大，已从工业与民用建筑、交通设施、水 利水电建筑和基础工程扩大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核电站安全壳等领域，甚至已开始构思和实验用于月面建筑。随着轻质高强材料的使用，在大跨度、高层建筑中的混凝土结构越来越多。

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