水工钢筋混凝土结构学• 主讲人： 王先军• E-MAIL: toto9316@yahoo.com.cn

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教材：《水工钢筋混凝土结构学》，河海大学，武汉大学，大连理工大学，郑州大学合编， 2009 年 8 月第四版

参考教材：1. 混凝土结构（上册）－混凝土结构设计原理，东南大学，天津大学，同济大学合编， 2005 年 1 月第三版2. 钢筋混凝土结构，宋玉普，王清湘编著，机械工业出版社， 20033. 混凝土结构设计原理（ 2 版），沈蒲生主编，高等教育出版社， 20054. 混凝土结构（上册），叶列平编著，清华大学出版社， 2005

（水工）（钢筋）混凝土结构 (Hydraulic) (Reinforced) Concrete Structure

简称 RC Structure

绪 论 Introduction —— 钢筋混凝土结构的一般概念和特点

• 1 、钢筋混凝土结构的定义• 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种

材料组成的共同受力的结构。

Pcr = 9.7kN

150

300

ft

c= ft

2500

Pu ≈ Pcr

c= ft

ft

fc=13.4N/mm2

ft=1.54N/mm2

素混凝土简支梁

Pcr = 9.7kN

ft

c= ft150

300

2500

Pu ≈ 52.5kN

c= ft

ft s

c

216 fy

Py ≈ 50.0kN

fc

fc=13.4N/mm2

ft=1.54N/mm2

fy=335N/mm2

钢筋混凝土简支梁

配置钢筋后， RC 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，且破坏过程有明显预兆。

2 、钢筋和混凝土的力学性能特点

混凝土的力学性能特点： 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。

钢材的力学性能特点： 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。 细长钢筋受压时极易压屈。

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。

钢筋与混凝土二者共同工作的条件 混凝土硬化后与钢筋之间有良好的粘结力； 二者的温度线膨胀系数十分接近，钢： 1.2×10-

5 ，混凝土： 1.0×10-5 ～ 1.5×10-5 。3 、钢筋混凝土结构的优缺点

优 点

取材容易：可就地取材，有效利用废料；节约钢材：发挥混凝土抗压，钢筋抗拉的特点。

耐久性好：混凝土包裹钢筋，不易锈蚀；

耐火性好：混凝土包裹钢筋，延缓升温；可模性好：根据需要，浇筑成各种形状；

整体性好：有利于抗震、抵抗冲击和爆炸冲击波。

缺 点

自重大：对大跨、高层结构以及抗震不利；

抗裂性差：普通 RC 结构，在正常使用阶段往往带裂缝工

作，环境较差 ( 露天、沿海、化学侵蚀 ) 时会影响耐久性；

耗费木材多：主要是浇注时需要的模板多，但随着钢模板的广泛应用，这一情况已有所改善。

维修加固困难：一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难，但随着碳纤维加固、钢板加固等技术的发展，这一困难已经减少。

施工复杂：工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工 期长，施工受季节、天气的影响较大；

受力状态和构造外形

杆系结构

非杆系结构（特种结构 )

受弯构件受压构件受拉构件受扭构件组合构件

空间薄壁结构

大体积结构

4 、钢筋混凝土结构分类

制造方法

整体式

装配式

整体装配式

初始应力状态

普通钢筋混凝土结构

预应力钢筋混凝土结构

第一阶段：从钢筋混凝土的发明至上世纪初。钢筋和混凝土的强度都比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：截面强度和内力计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。

5 、混凝土结构的发展

第二阶段：从上世纪 20 年代到第二次世界大战前后。 特征：混凝土和钢筋强度不断提高 ,空间结构及预应力混凝土结构开始广泛研究和应用。 1925 年德国建造了第一个大型折板煤仓； 1926年又建造了圆筒形长薄壳结构等板壳结构。 1928 年法国杰出的土木工程师 E.Freyssnet 发明了预应力混凝土，可以使用混凝土结构建造大跨度结构计算理论：构件开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，对某些结构开始考虑塑性变形引起的内力重分布。

第三阶段特征：普遍采用工业化施工方法，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。

高强混凝土和高强钢筋的发展，钢筋混凝土和预应力混凝土的应用范围得以不断向大跨和超高层发展，高强轻质混凝土的制成对此起了配合作用。建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、高耸结构等大型工程。

设计计算理论：采用和发展了极限状态设计方法

第四阶段：发展工业化钢筋混凝土体系； 在规范中引入了概率设计方法； CAD 等计算机辅助设计的程序化和优化设计的实际应用； 采用以线性、非线性静动力有限元等数值方法； 采用同时满足安全、美学、舒适和与环境友好的功能设计法和综合设计法，各学科之间相互渗透。

上海金茂大厦，88 层， 382m

广东国际大厦， 63 层，建筑高度 200.18米，20世纪 90 年代初国内最高的钢筋砼结构，

也是世界上最高的无粘结预应力砼平板楼盖的超高层建筑。

三峡大坝

奚落度拱坝

黄河小浪底工程

本课程的特点• 钢筋混凝土结构学是研究钢筋混凝土的材料力

学，要注意它与材料力学的异同之处。• 混凝土结构的计算公式大都建立在试验研究的基础之上，学习时要重视实验研究的重要地位，注意每个计算公式的适用范围

• 构造规定是长期科学实验和工程经验的总结。在设计结构和构件时，构造与计算是同等重要的。

• 钢筋混凝土构件的受力性能取决于钢筋和混凝土两种材料的力学性能及两种材料间的相互作用。

• 本课程同时又是一门结构设计课程，有很强的实践性。除了需要具备坚实的理论基础外，还须考虑材料、施工、经济构造细节等方面的因素。

• 设计必须严格遵守设计规范