《混凝土结构》课件

混凝土结构课程介绍本课程将系统讲解混凝土结构的基本理论、设计方法和应用实践掌握混凝土材料特性、构件设计和结构分析课程目标和学习成果掌握基础理论理解混凝土结构力学原理熟练计算方法能独立完成构件设计计算应用设计规范正确应用国家标准进行设计解决工程问题混凝土结构的历史发展古罗马时期1混凝土雏形出现年21824波特兰水泥发明年代18503钢筋混凝土技术出现年代41920预应力混凝土发展现代5混凝土结构的应用领域工业建筑民用建筑厂房、仓库、冷却塔住宅、商业楼宇桥梁工程各类跨径桥梁结构水利工程地下工程隧道、地铁、地下室钢筋混凝土的基本概念复合材料工作原理优势特点混凝土与钢筋共同工作混凝土承受压力耐久性强发挥各自材料优势钢筋承受拉力适应性广混凝土的组成材料水泥细骨料粗骨料胶凝材料，提供强度河砂或机制砂碎石或卵石水外加剂水化反应所需水泥的类型和特性硅酸盐水泥通用型，早期强度高水化热大，适用一般工程普通硅酸盐水泥性能均衡应用最广泛矿渣水泥水化热低抗sulfate腐蚀性好特种水泥快硬、抗硫酸盐适应特殊环境骨料的种类和要求粗骨料细骨料轻骨料粒径

4.75mm粒径≤

4.75mm密度低要求坚硬洁净级配合理用于轻质混凝土外加剂的作用和选择减水剂减缓剂早强剂降低水灰比，提高延缓凝结时间促进早期强度发展流动性防水剂提高密实度和抗渗性混凝土的力学性能抗压强度1混凝土最主要力学指标抗拉强度2约为抗压强度的1/10弹性模量3反映刚度特性泊松比4横向变形与纵向变形比混凝土的强度特性立方体抗压强度标准养护28天测定强度等级划分C15-C80表示立方体强度影响因素水灰比、养护条件、龄期混凝土的变形特性混凝土的收缩和徐变收缩徐变水分蒸发体积减小长期荷载下变形增长干燥收缩、自收缩与应力、时间相关影响因素环境湿度、构件尺寸影响因素荷载大小、龄期钢筋的种类和级别钢筋的力学性能235MPa屈服强度HPB300光圆钢筋400MPa屈服强度HRB400热轧带肋钢筋500MPa屈服强度HRB500高强度钢筋200GPa弹性模量各级别钢筋相同钢筋与混凝土的粘结性能机械咬合肋与混凝土啮合摩擦力接触面摩擦胶结力界面化学作用结构设计的基本概念安全性适用性满足承载力要求满足正常使用功能经济性耐久性经济合理、资源节约满足设计使用年限极限状态设计法概述承载能力极限状态正常使用极限状态结构失效或损坏正常使用受影响验算强度、稳定性验算变形、裂缝计算原则采用分项系数设计法考虑各种不确定性荷载与作用效应永久荷载结构自重、固定设备可变荷载人群、设备、货物风荷载风压作用效应地震作用地震惯性力结构可靠度理论基础可靠度指标失效概率安全等级β=

3.

20.0007一级β=

3.

70.0001二级β=

4.

20.00001三级材料的强度设计值混凝土强度设计值钢筋强度设计值fc=fck/γc fy=fyk/γsfck标准值fyk标准值γc材料分项系数γs材料分项系数受弯构件的受力特点荷载传递荷载转化为内力应力分布上部受压，下部受拉材料作用混凝土承压，钢筋承拉破坏特征压区混凝土压碎或钢筋屈服正截面承载力计算原理平截面假定应变协调12变形前平面变形后仍为平面混凝土与钢筋应变相等强度准则力平衡条件34材料达到设计强度内力与外力平衡正截面承载力计算步骤确定计算简图确定截面尺寸、配筋情况建立平衡方程混凝土压力合力=钢筋拉力求解相对高度计算中性轴位置计算承载力得出极限弯矩值斜截面承载力计算原理剪力作用产生斜截面剪应力1抗剪机制2混凝土+箍筋共同工作破坏模式3斜裂缝发展导致破坏斜截面承载力计算步骤确定截面特征有效高度、截面宽度计算混凝土抗剪贡献基于抗拉强度计算箍筋抗剪贡献基于配筋率叠加两部分承载力得出总抗剪承载力受压构件的受力特点轴心受压偏心受压稳定问题压力作用于截面形心压力偏离形心细长构件需考虑稳定性截面均匀受压压力+弯矩组合作用防止整体失稳偏心受压构件的计算确定偏心距考虑长细比影响初始+附加偏心计算附加偏心验算承载力建立平衡方程满足设计要求内力与外力平衡轴心受压构件的计算

141.15长细比限值约束系数λη短柱判别标准箍筋提供侧向约束

0.9稳定系数φ考虑长度影响受拉构件的设计承载力计算裂缝控制主要依靠钢筋承担拉力控制裂缝宽度N≤fyAs加强构造措施构造要求最小配筋率适当分布钢筋混凝土构件的裂缝控制裂缝宽度限值计算裂缝宽度控制措施基于环境类别确定与钢筋应力、保护合理配筋、减小钢层厚度相关筋间距验算步骤确保计算值小于限值混凝土构件的变形控制挠度限值长期变形活荷载变形跨度分数表示考虑徐变影响短期弹性变形钢筋混凝土梁的构造要求最小配筋率1防止脆性破坏最大配筋率2保证足够塑性箍筋构造3间距不大于截面有效高度3/4钢筋锚固4确保力的有效传递钢筋混凝土柱的构造要求项目规定值最小尺寸200mm纵筋最小配筋率

0.6%纵筋最大配筋率5%箍筋最小直径6mm箍筋最大间距300mm钢筋的锚固与连接直锚弯钩锚固搭接连接钢筋伸入混凝土一钢筋末端弯折提高钢筋重叠一定长度定长度锚固能力机械连接套筒、焊接等方式受弯构件的配筋设计计算所需钢筋面积基于弯矩需求选择钢筋数量和直径满足计算面积验算配筋率满足最小最大限制确定布置方式单排或多排布置受压构件的配筋设计确定截面尺寸基于轴力和弯矩需求计算纵向钢筋满足配筋率要求确定箍筋设置间距和直径选择布置构造钢筋确保整体稳定性板的设计与构造单向板的计算与设计应用条件计算模型配筋要求长边/短边2单位宽度条带主筋垂直于支座荷载沿短边传递按梁计算方法处理分布筋与主筋垂直配筋率满足规范双向板的计算与设计无梁楼盖的设计原理优势特点计算方法施工简便等代框架法净空高度大有限元分析建筑灵活性高关键设计点柱帽或加厚层设计冲切验算板柱节点加强楼梯的设计与构造尺寸要求踏步高度≤175mm坡度控制坡度一般25°-35°计算模型板式或梁式构造措施满足最小配筋率框架结构的设计原理结构体系梁柱连接形成框架力传递机制板梁柱基础→→→节点设计3确保刚性连接整体性考虑确保空间刚度框架节点的设计节点区分类节点受力特点构造要求梁柱节点多向内力复杂耦合箍筋加密区配置梁梁节点应力集中区域核心区配筋加强柱基节点确保连接可靠性剪力墙结构的设计原理抗侧力构件承担水平荷载1结构布置原则2布置均匀、对称边缘构件3增强墙端约束配筋设计4垂直筋与水平筋组合预应力混凝土的基本概念基本原理应力平衡预先施加压应力抵消部分拉应力适用范围结构优势4大跨度、高要求结构跨度大，裂缝少预应力施加方法先张法后张法先张拉钢材，后浇筑混凝土先浇筑混凝土，后张拉钢材适合工厂预制适合现场施工通过粘结传递应力通过锚具传递应力预应力损失计算摩擦损失锚固损失混凝土徐变123钢绞线与管道摩擦锚具变形引起长期荷载下混凝土变形钢材松弛混凝土收缩45高应力下钢材应力降低体积变化导致应力损失预应力混凝土梁的设计确定截面尺寸根据跨度和荷载确定预应力大小满足正常使用极限状态设计预应力筋布置确定线形和数量承载力验算满足承载能力极限状态预制装配式结构简介工厂预制现场装配节点连接构件标准化生产快速拼装组合确保整体性和刚度混凝土结构的耐久性设计环境作用等级材料要求构造措施根据环境侵蚀性定义水灰比限值最小保护层厚度确定设计使用年限水泥品种选择最大裂缝宽度控制混凝土强度等级表面防护措施混凝土结构的防火设计

1.5h30mm一级耐火等级要求钢筋最小保护层主要承重构件确保耐火性能800°C3h临界温度特殊建筑耐火要求钢筋强度显著下降点高层建筑、人员密集场所混凝土结构的抗震设计原理抗震等级划分基于地震烈度和建筑重要性强柱弱梁原则保证结构整体稳定性延性设计提供足够塑性变形能力构造加强特殊节点区域配筋要求混凝土结构的施工质量控制原材料控制配合比设计材料进场检验满足强度和耐久性要求模板支撑系统混凝土浇筑养护确保几何尺寸准确振捣密实，合理养护混凝土结构的检测与维护结构检测定期检查结构状态损伤评估评定结构安全性维修加固恢复或提高承载能力记录归档建立完整维护档案混凝土结构设计软件介绍ETABS MIDASSAP2000PKPM建筑结构分析与设计综合结构分析平台通用有限元分析国产结构设计软件混凝土结构的创新发展趋势纳米技术应用智能混凝土打印技术3D提高材料性能自感知、自修复能复杂结构快速构建力新型复合材料纤维增强、高性能绿色环保混凝土技术再生骨料混凝土利用建筑废弃物工业废料掺合料粉煤灰、矿渣替代水泥低碳混凝土减少二氧化碳排放生态混凝土透水、植生功能混凝土结构工程案例分析课程总结与展望能力提升实际工程设计能力知识体系完整混凝土结构理论学习方法理论与实践结合未来方向持续学习新技术。