钢筋和混凝土的力学性能.ppt

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1、结构设计原理结构设计原理结构设计原理结构设计原理广西工学院土木工程系广西工学院土木工程系总 论 l结构的概念与今后的发展前景结构的概念与今后的发展前景;l本课程的特点和学习方法本课程的特点和学习方法;l本课程的教学内容与学习要求本课程的教学内容与学习要求;l工程实例工程实例本章主要内容 v v 土木工程的土木工程的三大飞跃：三大飞跃：v人类早期：利用土、石、木等天然材料从事营造活动。人类早期：利用土、石、木等天然材料从事营造活动。v第一次飞跃：公元前第一次飞跃：公元前113世纪，发明了砖、瓦以承压世纪，发明了砖、瓦以承压为主的人工材料，即木、砖（石）结构兴起的年代，为主的人工材料，即木、砖（石

2、）结构兴起的年代，例如：万里长城、金字塔、阿房宫；例如：万里长城、金字塔、阿房宫；v第二次飞跃：第二次飞跃：17世纪的生铁、世纪的生铁、19世纪的熟铁、世纪的熟铁、19世纪世纪中叶优质钢材（人工制造的耐拉、压材料）的出现，中叶优质钢材（人工制造的耐拉、压材料）的出现，即钢结构兴起的年代，例如，高即钢结构兴起的年代，例如，高300m的埃菲尔铁塔、的埃菲尔铁塔、主跨主跨512m的福斯海峡等钢结构；的福斯海峡等钢结构；v第三次飞跃：第三次飞跃：1920世纪，钢筋混凝土结构的出现。世纪，钢筋混凝土结构的出现。钢铁和水泥产生后，直至本世纪初，解决了钢筋混凝钢铁和水泥产生后，直至本世纪初，解决了钢筋混凝土

3、结构计算理论以及预应力混凝土结构的应力损失、土结构计算理论以及预应力混凝土结构的应力损失、锚固，配筋混凝土结构有了蓬勃发展，并在土木工程锚固，配筋混凝土结构有了蓬勃发展，并在土木工程中占据了统治地位。中占据了统治地位。v 结结构构设设计计原原理理是是一一门门重重要要的的专专业业技技术术基基础础课课，它它是是在在学学习习材材料料力力学学、建建筑筑材材料料、结结构构力力学学等等先先修修课课程程的的基基础础上上，结结合合结结构构工工程程中中实实际际构构件件的的工工作作特特点点来来研研究究结结构构构构件件设设计计的的一一门门学学科科。因因此此，它它是是一一门门实实践践性性很强的学科。很强的学科。v0.

4、1 基本概念基本概念v一、构件：承受荷载而一、构件：承受荷载而起骨架作用的部分起骨架作用的部分 v按其受力特点分：按其受力特点分：受弯构件（梁和板）、受受弯构件（梁和板）、受压构件、受拉构件、和受扭构件等典型的基压构件、受拉构件、和受扭构件等典型的基本构件本构件 v二、结构：在工程中，由建筑材料制作的若二、结构：在工程中，由建筑材料制作的若干构件连接而成的承受作用的空间或平面体干构件连接而成的承受作用的空间或平面体系。（构造物的承重骨架部分）系。（构造物的承重骨架部分）例如：桥例如：桥梁的桥跨、墩（台）及基础组成了桥的承重梁的桥跨、墩（台）及基础组成了桥的承重体系，它们就被称为体系，它们就被称

5、为桥梁结构。桥梁结构。v 对于桥梁结构，根据对于桥梁结构，根据主要承重结构主要承重结构受力的不受力的不同，可将桥梁结构分为：同，可将桥梁结构分为：v 梁式桥（受弯为主）梁式桥（受弯为主）v 拱式桥（受压为主）拱式桥（受压为主）v 刚架桥（梁柱组合）刚架桥（梁柱组合）v 悬索桥（受拉为主）悬索桥（受拉为主）v 斜拉桥（组合受力）斜拉桥（组合受力）长沙月亮岛公铁两用桥长沙月亮岛公铁两用桥 （主桥：连续梁桥；引桥：简支梁桥）（主桥：连续梁桥；引桥：简支梁桥）梁式桥 湖南凤凰县的乌巢河桥湖南凤凰县的乌巢河桥（L=120m）（世界上跨径最大的石拱桥）（世界上跨径最大的石拱桥）拱式桥 虎门大桥辅航道虎门大

6、桥辅航道270m270m连续刚构连续刚构刚架桥 悬索桥 v 南 浦 大 桥(双塔双索面组合梁423米91年建成)斜拉桥 v对于建筑结构按照承重结构类型来分对于建筑结构按照承重结构类型来分 v砖混结构砖混结构 v框架结构框架结构 v框架框架剪力墙结构剪力墙结构 v剪力墙结构剪力墙结构 v筒体结构筒体结构 v大跨结构大跨结构 v排架结构排架结构 v 上上海海金金贸贸大大厦厦 中国中国20082008年奥运会主会场年奥运会主会场 v 吉隆坡国油双峰塔（高吉隆坡国油双峰塔（高452公尺）公尺）v 按结构的建筑材料（特点及使用范围）按结构的建筑材料（特点及使用范围）v按结构的用途按结构的用途 v 混凝土

7、结构混凝土结构 v钢结构钢结构 v砌体结构砌体结构 v木结构木结构 v素混凝土结构素混凝土结构 v钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 v预应力混凝土结构预应力混凝土结构 v桥梁结构桥梁结构 v建筑结构建筑结构 v地下结构地下结构 v水工结构水工结构 v3、结构分类：、结构分类：v特种结构特种结构 混凝土结构混凝土结构素混凝土结构素混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 各种工程结构的特点及使用范围各种工程结构的特点及使用范围 v1、钢筋混凝土结构：、钢筋混凝土结构：v定义定义:由钢筋、混凝土两种性能不同的材料组成，能发挥各由钢筋、混凝土两种性能不同的材料组成，能发挥

8、各自优越性的一种建筑材料。自优越性的一种建筑材料。v适用范围：适用范围：中小跨径梁、板，墩台，拱，塔中小跨径梁、板，墩台，拱，塔;工业或民业建工业或民业建筑、烟囱、水塔等特种结构。筑、烟囱、水塔等特种结构。v优缺点优缺点缺点缺点自重大；自重大；自重大；自重大；抗裂性能差；抗裂性能差；抗裂性能差；抗裂性能差；施工受季节影响施工受季节影响施工受季节影响施工受季节影响优点优点优点优点就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；耐久性、耐火性好；耐久性、耐火性好；耐久性、耐火性好；耐久性、耐火性好；可模性强。可模性强。可模性强。可模性强。缺点缺点 v 2 2、预应力

9、混凝土结构：、预应力混凝土结构：v定义：定义：预先人为地给混凝土引入一个应力，以改善混预先人为地给混凝土引入一个应力，以改善混凝土在使用期间的应力状态；凝土在使用期间的应力状态；v适用范围：适用范围：跨径跨径50m50m的桥梁；的桥梁；v优缺点优缺点:v 优点优点缺点缺点使用高强材料；使用高强材料；使用高强材料；使用高强材料；重量轻；重量轻；重量轻；重量轻；跨越能力大；跨越能力大；跨越能力大；跨越能力大；抗裂性能好。抗裂性能好。抗裂性能好。抗裂性能好。工艺复杂、工艺复杂、工艺复杂、工艺复杂、需要设备多（设计、计算、需要设备多（设计、计算、需要设备多（设计、计算、需要设备多（设计、计算、施工难度

10、大）。施工难度大）。施工难度大）。施工难度大）。v3、砌体结构、砌体结构v定义：定义：将砖石等块材按照一定砌筑规则建筑而成的结构。将砖石等块材按照一定砌筑规则建筑而成的结构。v适用范围：以受压为主的构件（墩台、护坡）；房屋结构中的竖向承重结构（墙、适用范围：以受压为主的构件（墩台、护坡）；房屋结构中的竖向承重结构（墙、柱等）柱等）v优缺点优缺点:v优点优点vv材料来源广；材料来源广；材料来源广；材料来源广；vv抗压能力大；抗压能力大；抗压能力大；抗压能力大；vv耐久；耐久；耐久；耐久；vv施工简便。施工简便。施工简便。施工简便。v缺点缺点v自重大；自重大；v费工费时。费工费时。v 4 4、钢结

11、构：、钢结构：自重轻；自重轻；易建特大跨径桥梁；易建特大跨径桥梁；轻钢住宅等材质均匀；轻钢住宅等材质均匀；弹弹性性模模量量大大，是是理理想想的的弹弹性性材材料；料；施工方便，速度快。施工方便，速度快。优点优点缺点缺点 造价高；造价高；需经常维修；需经常维修；耐耐火火性性差差（钢钢材材在在500500600600软化）。软化）。v 一、本课程的主要任务一、本课程的主要任务 1.1.学习钢筋混凝土、预应力混凝土结构的基本概念、学习钢筋混凝土、预应力混凝土结构的基本概念、基本理论基本理论 2.2.学习各种工程材料设计计算原则；学习各种工程材料设计计算原则；3.3.学习钢筋混凝土结构的受力特点、破坏形

12、态、计算学习钢筋混凝土结构的受力特点、破坏形态、计算方法和连接部位的设计；方法和连接部位的设计；4.4.学习预应力混凝土结构受力特点、破坏形态、计算学习预应力混凝土结构受力特点、破坏形态、计算方法和连接部位的设计；方法和连接部位的设计；0.2 0.2 本课程的特点与学习本课程的指导意见本课程的特点与学习本课程的指导意见 v5.通过学习，掌握钢筋混凝土结构、预应力通过学习，掌握钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、砖石结构和钢结构在各种受力混凝土结构、砖石结构和钢结构在各种受力状态下的工作性能、破坏形态、计算原理、状态下的工作性能、破坏形态、计算原理、设计和构造要求等问题设计和构造要求等问题，为毕业

13、设计和以后，为毕业设计和以后的工程设计打下基础。的工程设计打下基础。v1、本课程为专业过渡课程，由基础课过渡到专业课，、本课程为专业过渡课程，由基础课过渡到专业课，研究方法既有继承，又要注意其中本质的区别。研究方法既有继承，又要注意其中本质的区别。材料力学：研究单一、匀质、连续的弹性材料，侧材料力学：研究单一、匀质、连续的弹性材料，侧重于构件的应力分析和变形计算，它们中问题的解重于构件的应力分析和变形计算，它们中问题的解答是唯一的。答是唯一的。配筋混凝土结构：研究两种材料配筋混凝土结构：研究两种材料组成、非匀质、非连续的弹塑性材料，它不同于组成、非匀质、非连续的弹塑性材料，它不同于材料力学研究

14、的范畴，不仅研究强度和变形的材料力学研究的范畴，不仅研究强度和变形的计算问题，更主要是结构构件的设计，包括方案、计算问题，更主要是结构构件的设计，包括方案、截面形式及材料的选择，配筋构造等。截面形式及材料的选择，配筋构造等。v2、本课程的特点：本课程的特点：v v钢筋混凝土构件的设计方法是建立在钢筋混凝土构件的设计方法是建立在试验基础上的试验基础上的 v 钢筋混凝土构件的设计方法对试验的钢筋混凝土构件的设计方法对试验的依赖性很强，依赖性很强，应注意各理论分析的适应注意各理论分析的适用范围和应用条件用范围和应用条件 v设计具有多方案性设计具有多方案性 v 结构设计是一个综合性的问题，需要结构设计

15、是一个综合性的问题，需要遵循遵循“安全、适用、经济、合理安全、适用、经济、合理”的的原则。当给定荷载时，同一构件的设原则。当给定荷载时，同一构件的设计答案往往不是唯一的，需进行综合计答案往往不是唯一的，需进行综合分析比较，才能做出合理的选择。分析比较，才能做出合理的选择。v 4.了解分析过程和步骤了解分析过程和步骤 5.学会运用规范学会运用规范 l公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004)l公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62004)l公路砖石及混凝土桥涵设计规范公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTJ 022

16、 85)l公路桥涵钢结构与木结构设计规范公路桥涵钢结构与木结构设计规范（JTJ025-86）l公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）工作性能工作性能 破坏形态破坏形态 计算原理计算原理 设计构造设计构造 受力、变形受力、变形 应用公式应用公式 适用范围、限制条件适用范围、限制条件 v v三、本课程要解决的问题三、本课程要解决的问题 v选择结构的材料类型；选择结构的材料类型；v选择截面形式；选择截面形式；v拟定截面尺寸；拟定截面尺寸；v配筋设计计算；配筋设计计算；v进行各项验算（强度条件、刚度、稳定性、进行各项验算（强度条件、刚度、稳定性、抗裂性）抗裂性）5

17、5.学习本课程要注意的问题学习本课程要注意的问题（1）加强实验、实践性教学环节并注意）加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面；扩大知识面；（2）突出重点，并注意难点的学习；受弯）突出重点，并注意难点的学习；受弯构件正截面承载力计算是各构件设计的重点构件正截面承载力计算是各构件设计的重点（3）深刻理解重要的概念，熟练掌握设）深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切忌死记硬背计计算的基本功，切忌死记硬背 v v四、本课程的学习方法：四、本课程的学习方法：v认真学好课堂内容，把握内容体系的内在联认真学好课堂内容，把握内容体系的内在联系和细微差别；系和细微差别；v注意理论联系实际，重视试验、

18、经验和规范注意理论联系实际，重视试验、经验和规范的规定；的规定；v深入掌握材料性能。因为结构的许多特性都深入掌握材料性能。因为结构的许多特性都是由材料性能决定的。是由材料性能决定的。v结构设计方案的多样性特点，没有绝对的唯结构设计方案的多样性特点，没有绝对的唯一的答案，只有合理的合适的结果；一的答案，只有合理的合适的结果；v注意结构设计公式和力学理论公式的区别和注意结构设计公式和力学理论公式的区别和联系。联系。v熟悉各规范，重视构造的要求。熟悉各规范，重视构造的要求。v 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）共分）共分9章章

19、7个附录：个附录：7 持久状况和短暂状况构件的应力计算持久状况和短暂状况构件的应力计算6 持久状况正常使用极限状态计算持久状况正常使用极限状态计算1 总则总则 3 材料材料4 桥梁计算的一般规定桥梁计算的一般规定5 持久状况承载能力极限状态计算持久状况承载能力极限状态计算2 术语和符号术语和符号8 构件计算的规定构件计算的规定9 构造规定构造规定补充内容 v v本章小结本章小结 v掌握基本概念：结构，构件，钢筋掌握基本概念：结构，构件，钢筋混凝土结构，预应力混凝土结构，混凝土结构，预应力混凝土结构，砖石结构；砖石结构；v了解本课程的学习方法和学习的要了解本课程的学习方法和学习的要求。求。1.钢筋混凝土梁破坏时有哪些特点？钢筋钢筋混凝土梁破坏时有哪些特点？钢筋2.和混凝土是如何共同工作的？和混凝土是如何共同工作的？本讲：思考题本讲：思考题2.钢筋混凝土结构有哪些优点和缺点。钢筋混凝土结构有哪些优点和缺点。3.本课程主要包括哪些内容？学习本课程要本课程主要包括哪些内容？学习本课程要注意哪些问题？注意哪些问题？返回返回