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混凝土结构设计原理
袁志华
华东交通大学土建学院
2004年9月
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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,主要有:
混凝土结构的一般概念和特点
素混凝土结构
钢筋混凝土结构
预应力混凝土结构
钢骨混凝土结构
钢管混凝土结构
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混凝土结构一般概念和特点
钢-混凝土混合结构
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◆混凝土的基本特性:
◎抗压强度高,而抗拉强度却很低
◎一般抗拉强度只有抗压强度的1/8~1/20
◎破坏时具有明显的脆性性质
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混凝土结构一般概念和特点
因此,素混凝土构件在实际工程的应用很有限,主要用于以受压为主的基础、柱墩和一些非承重结构。
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Pcr =
150
300
fc=
ft=
ft
sc= ft
2500
素混凝土梁
Pu ≈ Pcr
sc= ft
ft
破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近,远未达到混凝土的抗压强度。混凝土抗压强度高的特点未得到充分利用。
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◆钢材的基本特点
◎抗拉和抗压强度都很高
◎具有屈服现象,破坏时表现出较好的延性
◎但细长的钢筋受压时极易压曲,仅能作为受拉构件
★将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起,可以取长补短,充分利用材料的性能。
请看钢筋混凝土梁的受力过程
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混凝土结构一般概念和特点
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Pcr =
fc=
ft=
fy=335N/mm2
ft
sc= ft
150
300
2500
钢筋混凝土梁
Pu ≈
sc= ft
ft
ss
sc
2f16
fy
开裂荷载与素混凝土梁相近,钢筋屈服后,梁的变形持续发展一段后,受压区混凝土压碎而达到极限承载力。
Py ≈
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fc
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Pcr =
fc=
ft=
fy=335N/mm2
ft
sc= ft
150
300
2500
钢筋混凝土梁
Pu ≈
sc= ft
ft
ss
sc
2f16
fy
由此可见:在砼中配置一定数量一定型式的钢筋后至少可收到下列效果:(1)钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高,钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用;(2)结构的受力性能得到显著改善,且破坏过程有明显预兆。
Py ≈
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fc
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除在构件的受拉区配筋外,还可:
◆在构件受压区配置钢筋,协助混凝土承受压力
◆在复杂应力区域(如梁在受剪区段、受扭构件、节点区、剪力墙等)配置箍筋或纵横交错的钢筋
◆当构件受力很大时,可以直接配置钢骨
◆还可以利用箍筋约束混凝土来提高混凝土的抗压强度,甚至直接采用钢管
◆采用纤维(钢纤维、玻璃纤维等)与混凝土一起搅拌形成的纤维混凝土,其抗拉强度可以提高
★因此,两种(或两种以上)材料的有机组合,充分发挥各自的长处,可以创造出多种形式的复合材料或组合结构,适应各种不同的受力要求,取得很好的综合经济效益。
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钢筋与混凝土共同工作的条件:
钢筋(材)和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同,他们可以结合在一起共同工作,是因为:
◆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;
◆钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数(×10-5,混凝土为(~)×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。
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混凝土结构的优点:
⑴材料利用合理
⑵可模性好
⑶耐久性和耐火性较好,维护费用低
⑷现浇混凝土结构的整体性好
⑸刚度大、阻尼大,有利于结构的变形控制。
⑹易于就地取材
混凝土结构的缺点:
⑴自重大
⑵抗裂性差
⑶承载力有限
⑷施工复杂,工序多工期长,施工受季节、天气的影响较大。
⑸混凝土结构一旦破坏,其修复、加固、补强比较困难。
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