Microsoft PowerPoint - 第一章绪论2017

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1 混凝土结构设计原理 绪 论 讲课教师 : 徐港王青

2 本章要点 是一门什么样的课? 为什么要学习它? 主要学些什么内容? 涉及哪些方面? 具体学些什么? 学好后能干什么? 怎样才能学好?

3 1.课程名称释义 混凝土 砼 是由水泥 砂子 砾石或其它骨料及水 经精心配制 在所要求的结构形状和尺寸的模板内硬化 后所形成的类似石头般的材料 (A.H.尼尔逊) Concretus (拉丁文 Fine aggregate Coarse aggregate Cement paste

4 1. 课程名称释义

5 结构 用一定的材料 建造成具有足够 抵抗能力的空间骨架 抵御可能 发生的各种作用 力或变形 这种骨架就是工程结构 构成结 构的基本部件称为构件 混凝土结构 以混凝土为主要材料制作的结构 包括素混凝土结构 型钢混凝土结构 钢管混凝土结构 钢筋混凝土结构

6 钢筋混凝土结构 : 由钢筋和混凝土组成的结构称为钢筋混凝土结构

7 设计原理 本课程就是讲述钢筋混凝土结构的材料性能 设计原则 计算方法和构造措施

8 2. 课程在所学专业中的地位 专业方向课程 建工道桥岩土 专业核心课程 设计原理施工基础土 力学基础 专业平台 专业基础 木工程专业 学科基础课程 数 理 化 + 制图工科 通识课程 思想 政治 人文素养 + 基本工具 高等教育

9 课程重要性 : 1. 钢筋混凝土结构 是土木工程专业最主要的专业课之一, 是一门关键的学位课程 ; 2. 是报考土木工程硕士研究生的考试课程之一 ; 3. 该课程的实践性强, 实用性强, 与该专业的毕业设计有着很大的联系 ; 4. 今后报考 注册结构工程师 的一门难度较大的考试科目 5. 混凝土是工程中用量最多的建筑材料, 钢筋混凝土结构是目前世界上应用最为广泛的结构形式

10 建筑工程 世界 500 米以上 9 大高楼 1. 阿联酋 哈利法塔 :828m 2. 上海中心大厦 :632m 3. 麦加皇家钟塔饭店 :601m 4. 深圳平安国际金融中心 :599m 5. 高银金融 117 大厦 :597m 6. 乐天世界大厦 :555m 7. 纽约新世贸大厦 :541m 8. 周大福金融中心 :530m 9. 台北 101 大楼 :509m

11 建筑工程 麦加皇家钟塔饭店上海中心大厦深圳平安国际金融中心 601m 632 米 599 米

12 公路建设 我国高速公路 2016 年总里程突破 13 万公里!

13 铁路建设 八纵 通道为 : 沿海通道 京沪通道 京港 ( 台 ) 通道 京哈 - 京港澳通道 呼南通道 京昆通道 包 ( 银 ) 海通道 兰 ( 西 ) 广通道 ; 八横 通道为 : 绥满通道 京兰通道 青银通道 陆桥通道 沿江通道 沪昆通道 厦渝通道 广昆通道

14 无砟轨道

15 城市轨道工程建设 十二五 期间, 全国城市轨道交通建成 1900 公里, 完成投资 1.1 万亿, 目前, 全国已有 44 座城市批复建设城市轨道交通线路 宜昌规划建设 3 条轨道交通线路

16 桥梁建设 为适应国际航运市场集装箱运输船舶大型化的发展趋势, 将建设深水集装箱港区, 另外对海岛旅游资源的开发利用等, 将推动一大批大型跨海桥梁工程的建设 跨海大桥杭州湾跨海大桥 (36km) 青岛海湾大桥 (36.48km) 港珠澳跨海大桥 (49.968km) 渤海海峡跨海通道 琼州海峡跨海大桥等

17 水电工程建设 到 2049 年装机总量 15 亿千瓦, 相当于 24 个三峡工程, 仅长江的水利开发, 水电装机容量将达 10 个三峡大坝的装机容量

18 其他工程建设

19 其他工程建设

20 中国土木 2016 年全国水泥产量 24 亿吨 2016 年全球粮食产量 亿吨, 中国是世界第一产粮大国, 近年来, 每年生产 5 亿多吨粮食

21 3. 学科的发展混凝土的诞生及早期发展混凝土结构学的发展 (1) 材料方面 (2) 结构方面 (3) 理论研究方面 (4) 计算分析方面 (5) 施工技术方面 (6) 测试技术方面

22 4. 混凝土结构的特点 优点 : 耐久性好耐火性好整体性好可模性好就地取材节约钢材阻止射线的穿透 缺点 : 自重大 易开裂 耗模板 施工受季节性影响 随着科学技术的不断发展, 正逐渐被克服

23 5. 授课的内容 章节内容 绪 论 绪 论 第一章 混凝土结构用材料的性能 第二章 混凝土结构设计方法 第三章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算 第四章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算 第五章 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算 第六章 钢筋混凝土受扭构件承载力计算 第七章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算 第八章 钢筋混凝土构件的裂缝 变形和耐久性 第一章 梁板结构设计 第二章 单层厂房设计 第三章 多高层结构设计

24 学习线索 材料 - 截面 - 构件 - 结构 学习目标 学会 : 混凝土结构构件受力性能分析方法 ; 混凝土结构构件的设计方法 ; 现有混凝土结构构件的性能评估

25 6. 学习方法 灵活地学混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上, 目前还缺乏完善的理论体系 很多公式不能有严密的逻辑推导得出, 只能由试验结果回归而成 学习和应用时要注意思维方式的转变 理论联系实际地学 (1/3+1/3+1/3) 结构设计单靠理论分析还不够, 还要辅以一定的构造措施, 才能保证安全可靠 ; 学会使用 规范, 学会查阅, 理解相关规定的内涵 带着责任心去学土木工程师全权负责土木工程各项设施的规划与设计 及工程施工现场监造与管理等, 承担工程成败的责任, 是工程建造过程中的灵魂

26 责任心 向倩 : 什邡市龙居小学英语教师 张开的双臂下, 紧紧搂着三个也 已死去的学生 21 岁的美丽人生被混凝土夺去

27 人民信任地将自己生命财产 的安全托付给我们 保证建筑结构的安全 是我们不可推卸的沉重责任

28 标准 规范 标准是对一定范围内的重复性事物和概念所做的统一规定 它以科学 技术和实践经验的综合成果为基础, 以获得最佳秩序 促进最佳社会效益为目的, 经有关方面协商一致, 由主管机构批准, 以特定形式发布, 作为共同遵守的准则和依据 规范是国家对有关行业制定的强制执行标准, 建筑规范就是国家根据建筑的特点制定供考核建筑是否符合标准的唯一衡量指标, 主要有设计规范和施工规范, 它们是相关人员进行设计及施工的主要依据, 也是能保证建筑能科学地完成的最基本的基础

29 常用建筑结构设计规范 1. 建筑地基基础设计规范 (GB ) 2. 建筑结构荷载规范 (GB ) 3. 混凝土结构设计规范 (GB ) 4. 砌体结构设计规范 (GB ) 5. 钢结构设计规范 (GB ) 6. 建筑抗震设计规范 (GB ) 其它混凝土结构设计规范 水运工程混凝土结构设计规范 ( JTS ) 水工混凝土结构设计规范.(SL /DL/T ) JTG D , 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 TB , 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 CEB-FIP Model Code 2010 ACI318-14,Building Code Requirements For Structural Concrete Eurocode 2, Design of concrete structures Part 1-1: General rules and rules for buildings( :2004)

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31 教材 教材及参考资料 混凝土结构基本原理 梁兴文重庆大学出版社 参考资料 1. 混凝土结构基本原理 ( 第二版 ) 顾祥林主编 ( 同济大学出版社 ) 2. 混凝土结构设计原理 ( 第四版 ) 沈蒲生主编 ( 高等教育出版社 ) 3. 混凝土结构及砌体结构 ( 上 )( 第二版 ) 滕智明 朱金铨编著 ( 建筑工业出版社 ) 4. d=159572&action=view&type=&name=&menutype=1 ( 荷载与结构设计原理 网站 ) ( 混凝土结构设计 网站 )

32 混凝土的诞生及早期发展 1824 年英国约瑟夫 阿斯匹丁发明波特兰水泥 1850 年, 法国蓝波特 (L.Lambot) 制成了铁丝网水泥砂浆的小船 1861 年法国约瑟夫 莫尼埃 (Joseph Momier) 制成了用铁丝作为配筋的砼花盆, 并于 1867 年获得专利 发明者 德国学者 1866 年发表了计算理论和计算方法,1887 年又发表了试验结果, 并提出了钢筋应配置在受拉区的概念和板的计算方法 在此之后, 钢筋混凝土的推广应用才有了较快的发展 1891 年 年, 欧洲各国的研究者发表了一些理论和试验研究结果

33 但是在 年的整整 50 年内, 由于工程师们将钢筋混凝土的施工和设计方法视为商业机密, 因此总的来说公开发表的研究成果不多 如 : 美国学者 1850 年进行过钢筋混凝土梁的试验, 但其研究成果直到 1877 年才发表并为人所知 1872 年美国人沃德 (E.W.Ward) 建造了第一栋钢筋砼房屋 从此, 钢筋砼构件进入实用阶段 1908 年建造的上海电话公司大楼是中国最早的钢筋砼框架结构

34 J. L. Lambot built in Southern France a small concrete boat (later in 1850 he reinforced his boatswithironbarsand wire mesh).

35 J. Monier, a French gardener, developed a flowerpot with reinforced concrete; in 1867 he patented reinforced garden tubs and, later, reinforced beams.

36 William E. Ward builds the first landmark building in reinforced concrete in Port Chester, NY. Designed by Architect Robert Mook

37 材料方面的发展 一 混凝土的发展高强 轻质 耐久 ( 抗磨损 抗冻融 抗渗 ) 抗灾 ( 地震 风 火 抗爆等 1. 高性能混凝土 (high performance concrete,hpc) 从强度而言, 抗压强度大于 C50 的混凝土即属于高强混凝土, 提高混凝土的强度是发展高层建筑 高耸结构 大跨度结构的重要措施 采用高强混凝土, 可以减小截面尺寸, 减轻自重, 因而可获得较大的经济效益, 而且, 高强混凝土一般也具有良好的耐久性

38 一 混凝土的发展 2.轻质混凝土 利用天然轻骨料 如浮石 凝灰岩等 工业废料轻骨 料 如炉渣 粉煤灰陶粒 自燃煤矸石等 人造轻骨料 页岩陶粒 粘土陶粒 膨胀珍珠岩等 制成的轻质混凝土 具有密度较小 相对强度高以及保温 抗冻性能好等优点 利用石門水庫淤泥 使用輕質骨材建造於1919年 下水的美國混凝土貨船 燒製成的輕質骨材

39 一 混凝土的发展 3.纤维增强混凝土 为了改善混凝土的抗拉性能差 延性差等缺点 在混凝土 中掺加纤维以改善混凝土性能的研究 发展得相当迅速 目前 研究较多的有钢纤维 耐碱玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 聚 丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等

40 一 混凝土的发展 4. 自密实混凝土 (self-compacting concrete) 自密实混凝土依靠自重使混凝土密实, 即具有很高的流动性而不离析 不泌水, 能不经振捣或少振捣而自动流平并充满模型和包裹钢筋的混凝土 因此, 在施工现场无振动噪音 ; 可进行夜间施工, 不扰民 ; 对工人健康无害 ; 混凝土质量均匀 耐久 ; 钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑 ; 施工速度快, 现场劳动量小

41 一 混凝土的发展 5. 再生骨料混凝土不少混凝土结构, 因老化或随着经济的发展, 需拆除重建, 其拆除量十分巨大, 在拆除的混凝土中, 约有一半是粗骨料, 应该考虑如何使之再生利用 以减少环境垃圾, 变废为用 据日本建设省统计, 早在 1995 年全日本废弃混凝土再资源化率已达到 65%, 2000 年则已高达 96% 欧盟也已经提出 2010 年建筑可持续发展目标之一就是使得建筑垃圾再循环率达到 90% 以上

42 二 配筋及增强材料的发展 1. 环氧树脂涂敷钢筋在海洋环境或者有腐蚀性介质的环境中 ( 如冬季撒盐的桥面 ), 钢筋锈蚀是影响结构耐久性的重要原因 为了防止钢筋锈蚀, 用不锈钢制造钢筋是一个途径, 但是价格昂贵 另一个途径是用环氧树脂涂敷钢筋表面, 形成防锈的涂层, 以防止钢筋生锈, 可使结构的耐久性大大提高 这种方法在日本 美国应用较多

43 二 配筋及增强材料的发展 2. 纤维筋 最近在国际上研究较多的是树脂粘结的纤维筋 (fiber reinforc ed plastics,frp) 作混凝土及预应力混凝土结构的非金属配筋, 常用的纤维筋有树脂粘结的碳纤维筋 (GFRP) 玻璃纤维筋 (GFRP) 及芳纶纤维筋 (AFRP) 纤维筋的突出优点是抗腐蚀 高强度, 此外, 还具有良好的抗疲劳性能 大的弹性变形能力 高电阻及低磁导性, 其缺点是断裂应变性能较差 较脆 徐变 ( 松弛 ) 值较大, 热膨胀系数较大

44 二 配筋及增强材料的发展 3. 纤维布 纤维条 纤维板 最近在国内外发展并应用了以质量很轻 易于加工 单向抗拉强度很高的纤维布 ( 条 板 ) 代替钢板进行构件加固的技术 纤维布具有很高的单向抗拉强度 ( 为普通钢材的 10 倍 ), 弹模与钢材接近, 很适用于钢筋混凝土结构的加固 ; 质量轻, 密度仅为钢的 1/4, 加固层厚度一般不大于 1mm, 基本不增加结构自重及截面尺寸 ; 施工方便, 功效高

45 结构方面的发展 一 预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力, 以提高混凝土结构的抗裂度, 减轻构件的自重 预应力混凝土的概念在 19 世纪 80 年代已提出 1928 年法国工程师弗耐西涅成功地将高强钢丝用于预应力混凝土, 使预应力混凝土的概念得以在工程实践中成为现实 年, 林同炎创造了 预应力学说 理论体系, 被誉为 预应力混凝土先生

46 二 结构形式方面的发展 简单结构 高层 大跨度 薄壁空间结构等复杂结构 广州中信大厦, 楼高 83 层 391 米, 世界第一混凝土高楼 柳京大厦为三角金字塔式建筑, 高 105 层,330 米, 钢筋混凝土纯剪力墙结构

47 理论研究方面的发展 1. 基本理论方面 1) 材料的力学性能 混凝土本构关系 破坏准则 ; 钢筋本构关系 ; 钢筋与混凝土的粘结性能及时效问题等 2) 构件 ( 结构 ) 受力计算 单种荷载作用下的强度计算基本形成体系 ; 有关变形的验算 在复合受力或反复荷载下的计算理论还不能令人满意甚至相当粗糙 结构抗倒塌性 (Robustness) 的研究 3) 混凝土结构的耐久性 (durability) 及修复问题等

48 理论研究方面的发展 2. 设计方法 允许应力设计法 极限强度法破坏阶段设计法 极限状态设计法 半经验半概率法 近似概率法 全概率法 材料力学的方法 R K 以材料平均强度为基础, 以经验为主的承载能力安全系数 考虑了砼的弹塑性性能 KN b i ( R h, R g, S) 生命全过程设计法 定值法, 材料强度 荷载等基本参数均采用定值, 并用定值的安全系数来确定结构安全储备 理论上 : 从弹性理论向极限状态理论的转变 ; 设计方法上 : 从定值法向概率法的发展

49 计算分析方面的发展 计算力学的发展为结构数值分析提供了理论基础, 计算机科学的发展为高性能计算提供了条件 结构分析已告别传统的手工计算 绘图 单体构件平面计算 整体结构系统的三维空间分析 动力分析能力大大增强 ; 塑性分析能力逐步增强 常见土木工程结构分析软件 ( 混凝土结构 ): 1) 专业设计类 :PKPM GSCAD MIDAS BUILDING/CIVIL ETABS 等 2) 专业分析类 :SAP2000 MIDAS FEA 等 3) 通用类 :ANSYS ABAQUS ADIANA DIANA 等

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52 施工技术方面 1.滑模施工法 施工工具 设备 机械向多品种 自动化 大型化发展 施工日益 走向机械化和自动化 高耸筒体结构施工速度大大加快 2.蒸汽养护 预制构件的成品出厂时间大大缩短 3.泵送混凝土 可以方便的进行整体浇筑

53 小天鹅号海上运架梁专用起重船 中国第一艘运架梁专用起重船, 其最大起重能力为 2500 吨, 在东海大桥架设 70 米跨预应力混凝土箱梁 310 片

54 渗透可控模板

55 测试技术方面 利用声 光 电 磁 热 射线等

56 本章结束

LO31: 具有工程相关基本知识 LO32: 能够设计项目经济 技术解决方案 LO33: 具有工程项目管理能力 LO34: 能够使用现代工具完成工程管理工作 LO35: 关注工程安全 文化传承 社会发展 LO36: 具有环境保护意识和可持续发展理念 LO41: 遵守纪律 守信守责 耐挫折 抗压力 顺

LO31: 具有工程相关基本知识 LO32: 能够设计项目经济 技术解决方案 LO33: 具有工程项目管理能力 LO34: 能够使用现代工具完成工程管理工作 LO35: 关注工程安全 文化传承 社会发展 LO36: 具有环境保护意识和可持续发展理念 LO41: 遵守纪律 守信守责 耐挫折 抗压力 顺 SJQU-QR-JW-033( A0) 一 基本信息 ( 必填项 ) 建筑结构 Building Structure 课程代码 : 2060285 课程学分 : 3 面向专业 : 工程管理 课程性质 : 系级必修课 开课院系 : 商学院工程管理系使用教材 : 教材 建筑结构, 黄音主编, 中国建筑工业出版社, 第一版 参考书目 建筑结构设计原理, 李章政主编, 化学工业出版社, 第二版 混凝土结构,

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