混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

前言

　　教育可理解為教書與育人。所謂教書，不外乎是教給學生科學知識、技術(shù)方法和運作技能等，教學生以安身之本。所謂育人，則要教給學生做人的道理，提升學生的人文素質(zhì)和科學精神，教學生以立命之本。我們教育工作者應該從中華民族振興的歷史使命出發(fā)，來從事教書與育人工作。作為教育本源之一的教材，必然要承擔教書和育人的雙重責任，體現(xiàn)兩者的高度結(jié)合。　　中國經(jīng)濟建設(shè)高速持續(xù)發(fā)展，國家對各類建筑人才需求日增，對高校土建類高素質(zhì)人才培養(yǎng)提出了新的要求，從而對土建類教材建設(shè)也提出了新的要求。這套教材正是為了適應當今時代對高層次建設(shè)人才培養(yǎng)的需求而編寫的?！　∫徊亢玫慕滩膽摪讶宋乃刭|(zhì)和科學精神的培養(yǎng)放在重要位置。教材中不僅要從內(nèi)容上體現(xiàn)人文素質(zhì)教育和科學精神教育，而且還要從科學嚴謹性、法規(guī)權(quán)威性、工程技術(shù)創(chuàng)新性來啟發(fā)和促進學生科學世界觀的形成。簡而言之，這套教材有以下特點?！　〉谝?，從指導思想來講，這套教材注意到“六個面向”，即面向社會需求、面向建筑實踐、面向人才市場、面向教學改革、面向?qū)W生現(xiàn)狀、面向新興技術(shù)?！　〉诙滩木帉戵w系有所創(chuàng)新。結(jié)合具有土建類學科特色的教學理論、教學方法和教學模式，這套教材進行了許多新的教學方式的探索，如引入案例式教學、研討式教學等?！　〉谌?，這套教材適應現(xiàn)在教學改革發(fā)展的要求，提倡所謂“寬口徑、少學時”的人才培養(yǎng)模式。在教學體系、教材編寫內(nèi)容和數(shù)量等方面也做了相應改變，而且教學起點也可隨著學生水平做相應調(diào)整。同時，在這套教材編寫中，特別重視人才的能力培養(yǎng)和基本技能培養(yǎng)，適應土建專業(yè)特別強調(diào)實踐性的要求?！　∥覀兿Ｍ@套教材有助于培養(yǎng)適應社會發(fā)展需要的、素質(zhì)全面的新型工程建設(shè)人才，為教師和學生，以及專業(yè)人士所喜愛。我們也相信這套教材能達到這個目標！

內(nèi)容概要

　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》根據(jù)全國高等院校土木工程專業(yè)指導委員會對土木工程專業(yè)學生的基本要求和審定的教學大綱并參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2002）編寫而成。全書分為10章，內(nèi)容包括：緒論，材料的物理和力學性能，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件、受扭構(gòu)件和預應力混凝土構(gòu)件的受力性能、承載力計算方法及構(gòu)造措施?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理》對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能及分析論述充分，基本概念清楚，突出應用，有明確的計算方法和詳細的設(shè)計步驟，有相當數(shù)量的計算例題。每章有學習要求、小結(jié)、思考題和習題等內(nèi)容，文字通俗易懂，論述由淺入深，循序漸進，便于自學理解?！　　痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理》可作為高等院校土木工程專業(yè)的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和科研人員參考。

書籍目錄

第1章  緒論1.1  混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念1.2  混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點、缺點1.3  混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況與工程應用1.4  本課程的主要內(nèi)容及學習方法【本章小結(jié)】【思考題】第2章  混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理和力學性能【學習要求】2.1  鋼筋2.2  混凝土2.3  混凝土與鋼筋的黏結(jié)【本章小結(jié)】【思考題】【習題】第3章  混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則【學習要求】3.1  結(jié)構(gòu)的功能要求及可靠度3.2  荷載代表值、荷載標準值3.3  材料強度標準值3.4  概率極限狀態(tài)設(shè)計方法3.5  極限狀態(tài)設(shè)計表達式【本章小結(jié)】【思考題】第4章  受彎構(gòu)件正截面承載力計算【學習要求】4.1  概述4.2  受彎構(gòu)件構(gòu)造要求4.3  正截面受彎性能試驗研究4.4  正截面受彎承載力分析4.5  單筋矩形截面受彎承載力計算4.6  雙筋矩形截面受彎承載力計算4.7  T形截面受彎承載力計算【本章小結(jié)】【思考題】【習題】第5章  受彎構(gòu)件斜截面承載力【學習要求】5.1  概述5.2  受彎構(gòu)件受剪性能的試驗研究5.3  斜截面受剪承載力計算5.4  斜截面受剪承載力的設(shè)計計算方法5.5  斜截面受彎承載力和構(gòu)造措施5.6  鋼筋的構(gòu)造要求【本章小結(jié)】【思考題】【習題】第6章  受壓構(gòu)件截面承載力計算【學習要求】6.1  概述6.2  軸心受壓構(gòu)件承載力計算6.3  偏心受壓構(gòu)件正截面破壞形態(tài)6.4  偏心受壓構(gòu)件的二階效應6.5  矩形截面非對稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算6.6  矩形截面對稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算6.7  矩形截面對稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力N-M相關(guān)曲線6.8  Ⅰ形截面對稱配筋偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算6.9  均勻配筋偏心受壓構(gòu)件承載力計算6.1  0雙向偏心受壓構(gòu)件承載力計算6.1  1偏心受壓構(gòu)件的斜截面承載力計算6.1  2受壓構(gòu)件的基本構(gòu)造要求【本章小結(jié)】【思考題】【習題】第7章  受拉構(gòu)件截面承載力計算【學習要求】7.1  軸心受拉構(gòu)件正截面承載力計算7.2  偏心受拉構(gòu)件正截面承載力計算7.3  偏心受拉構(gòu)件斜截面承載力計算【本章小結(jié)】【思考題】【習題】第8章  受扭構(gòu)件截面承載力計算【學習要求】8.1  概述8.2  純扭構(gòu)件扭曲截面承載力計算8.3  剪扭構(gòu)件承載力計算8.4  彎扭構(gòu)件承載力計算8.5  彎剪扭構(gòu)件承載力計算8.6  壓彎剪扭構(gòu)件承載力計算8.7  受扭構(gòu)件的構(gòu)造要求【本章小結(jié)】【思考題】【習題】第9章  正常使用階段的驗算及結(jié)構(gòu)的耐久性【學習要求】9.1  鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗算9.2  鋼筋混凝土構(gòu)件變形驗算9.3  混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性【本章小結(jié)】【思考題】【習題】第10章  預應力混凝土構(gòu)件【學習要求】10.1  預應力混凝土的基本知識10.2  預應力混凝土構(gòu)件設(shè)計的一般規(guī)定10.3  預應力混凝土軸心受拉構(gòu)件的應力分析10.4  預應力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計算和驗算10.5  預應力混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計與計算10.6  預應力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求【本章小結(jié)】【思考題】【習題】附錄A參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章  緒論　　1.1  混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念　　混凝士結(jié)構(gòu)是指以混凝土為主要材料制成的結(jié)構(gòu)，包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預應力混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和纖維混凝土結(jié)構(gòu)等?；炷两Y(jié)構(gòu)廣泛應用于建筑、橋梁、隧道、礦井，以及水利、港口等工程中，其中以鋼筋混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)在工程中應用最多。　　素混凝士結(jié)構(gòu)是指不配置任何鋼材的混凝土結(jié)構(gòu)?；炷敛牧系目箟簭姸容^高，但抗拉強度卻很低。因此，素混凝土結(jié)構(gòu)的應用受到很大限制。素混凝土結(jié)構(gòu)常用于路面和一些非承重結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由配置普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。鋼筋主要配置于混凝土結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)，用以承受拉應力；混凝土則主要用來承受壓應力。這樣，可以很好地解決混凝土抗拉強度低的問題。與素混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不僅可以大大提高承載力，還可以有效地改善混凝土的工作性能。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)指用型鋼作鋼骨架的混凝土結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是指在鋼管內(nèi)澆筑混凝土的結(jié)構(gòu)。預應力混凝土結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件制作時，在某些部位預先施加應力的混凝土結(jié)構(gòu)。預應力混凝土結(jié)構(gòu)有效地改善了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能，并且可以充分利用高強度材料。　　鋼筋和混凝土是兩種物理和力學性質(zhì)完全不同的材料，鋼筋的抗拉和抗壓強度都很高，但混凝土的抗壓強度較高而抗拉強度卻很低。為了充分利用兩種材料的性能，把鋼筋和混凝土按照合理的方式結(jié)合在一起共同工作，使鋼筋主要承受拉力，混凝土主要承受壓力，以滿足工程結(jié)構(gòu)的使用要求?！　D1-1所示為兩根截面尺寸、跨度、混凝土強度等級完全相同的簡支梁，一根為素混凝土梁（a），另一根在受拉區(qū)配有適當數(shù)量的鋼筋（b）。素混凝土梁由于混凝土抗拉強度很低，當荷載很小時，梁下部受拉區(qū)邊緣的混凝土就會出現(xiàn)裂縫，而受拉區(qū)混凝土一旦開裂，梁在瞬間就會脆斷而破壞，所以素混凝土梁的承載力很低。對于受拉區(qū)配置適量鋼筋的梁，當受拉區(qū)混凝土開裂后，受拉區(qū)的拉應力主要由鋼筋承受，中和軸以上受壓區(qū)的壓應力仍由混凝土承受。此時，荷載還可以繼續(xù)增加，直到受拉區(qū)的鋼筋達到屈服強度，隨后荷載略有上升，受壓區(qū)混凝土被壓碎，梁即告破壞。試驗表明，鋼筋混凝土梁比素混凝土梁的承載力提高很多。由此可見，混凝土的抗壓能力和鋼筋的抗拉能力都得到了充分利用，而且在梁破壞前，有明顯的破壞預兆，結(jié)構(gòu)的受力特性得到顯著改善?！　′摻詈突炷吝@兩種物理和力學性能差別很大的材料，之所以能夠有機地結(jié)合在一起共同工作，主要基于以下三個條件。　?、黉摻詈突炷林g具有黏結(jié)性：混凝土硬化后與鋼筋之間產(chǎn)生了良好的黏結(jié)力，使兩者可靠地結(jié)合在一起，從而保證在外荷載的作用下，鋼筋與混凝土能夠協(xié)調(diào)變形。黏結(jié)力是使這兩種不同性質(zhì)的材料結(jié)合在一起共同工作的基礎(chǔ)。　?、谙嘟臏囟染€膨脹系數(shù)：混凝土的溫度線膨脹系數(shù)為（1.0～1.5）x 10-5，鋼筋為1.2×10-5。因此，當溫度變化時，不會產(chǎn)生較大的相對變形而破壞兩者的黏結(jié)力?！　、刍炷翆︿摻畹谋Ｗo作用：暴露在空氣介質(zhì)中的鋼材，很容易銹蝕，而混凝土呈弱堿性，能夠起到保護鋼筋免遭銹蝕的作用，從而保證結(jié)構(gòu)具有良好的耐久性，使鋼筋和混凝土長期可靠地共同工作。　　1.2　混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點、缺點　　1.混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點　?、倬偷厝〔模夯炷两Y(jié)構(gòu)中的主要材料，如砂和石均可就地取材。在工業(yè)廢料（例如礦渣、粉煤灰等）比較多的地方，可以利用工業(yè)廢料作為人造骨料?！　、诠?jié)約鋼材：以鋼筋混凝土為例，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合理地利用了材料的性能，發(fā)揮了鋼筋與混凝土各自的優(yōu)勢，與鋼結(jié)構(gòu)相比節(jié)約鋼材并降低造價?！　、壅w性好：現(xiàn)澆或裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的整體性。由于剛度大，整體性好，能較好地抗擊地震作用或強烈爆炸時沖擊波的作用?！　、芸赡Ｐ院茫夯炷两Y(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要制成任意形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)，有利于建筑造型，便于工程開孔、留洞需要?！　、菽途眯院茫阂凿摻罨炷翞槔摻盥穹旁诨炷林?，受混凝土保護不易發(fā)生銹蝕，所以鋼筋混凝土的耐久性是很好的，不像鋼結(jié)構(gòu)那樣需要經(jīng)常的保養(yǎng)和維修。處于侵蝕性環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)過合理設(shè)計及采取有效措施后，也可以滿足工程需要。　?、弈突鹦院茫夯炷翞椴涣紝狍w，當火災發(fā)生時，混凝土不會像木結(jié)構(gòu)那樣被燃燒，也不會像鋼結(jié)構(gòu)那樣很快軟化而致破壞。與鋼、木結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能更好?！　?.混凝土結(jié)構(gòu)的缺點　　①自重大：在承受同樣荷重的情況下，混凝土構(gòu)件的自重比鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件大很多，另外，自重大會使結(jié)構(gòu)地震力加大，故對結(jié)構(gòu)抗震也不利?！　、诳沽研圆睿河捎诨炷恋目估瓘姸确浅５停云胀ㄤ摻罨炷两Y(jié)構(gòu)經(jīng)常帶裂縫工作。如果裂縫過寬，則會影響結(jié)構(gòu)的耐久性和應用范圍，還會使使用者產(chǎn)生不安全感。　?、勰０逵昧看螅夯炷两Y(jié)構(gòu)的制作，需要大量模板。如果采用木模板，會增加工程造價?！　〈送?，混凝土結(jié)構(gòu)施工工序復雜，工期較長，且受氣候和季節(jié)的影響大。新舊混凝土不易連接，增加了補強、修復的困難?；炷恋母魺帷⒏袈曅阅芤脖容^差。　　綜上所述不難看出，混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點遠多于其缺點。因此，它已經(jīng)在工程中得到廣泛應用。而且，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)研究出許多克服其缺點的有效措施。如采用輕質(zhì)、高強混凝土及預應力混凝土，可減小結(jié)構(gòu)自身重力并提高其抗裂性；采用裝配式預制構(gòu)件，改用可重復使用的鋼模板或工具式模板，以及采用頂升或提升等施工技術(shù)，可以改善混凝土結(jié)構(gòu)的制作條件，并能提高工程質(zhì)量及加快施工進度等?！　?.3  混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況與工程應用　　混凝土結(jié)構(gòu)開始應用于土木工程已有150多年的歷史。與磚石結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的歷史并不長，但由于鋼筋和混凝土作為建筑材料具有諸多突出的優(yōu)點，混凝土結(jié)構(gòu)在建筑、橋梁、水利、港口、隧道等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用，已成為土木工程結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)類型。從混凝土結(jié)構(gòu)的應用和發(fā)展來看大致可以分為四個階段?！　〉谝浑A段：從鋼筋混凝土的發(fā)明至20世紀初。這一時期由于鋼筋和混凝土的強度都很低，僅能建造一些小型的梁、板、柱、拱和基礎(chǔ)等構(gòu)件，在設(shè)計計算方面，尚未建立鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本身的計算理論，結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算和構(gòu)件的截面計算采用容許應力設(shè)計方法。混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應用發(fā)展較慢?！　〉诙A段：從20世紀20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后。鋼筋和混凝土的強度有所提高，已建成各種空間結(jié)構(gòu)。1928年法國土木工程師E.Freyssinet成功發(fā)明了預應力混凝土，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)向大跨度、高層發(fā)展提供了可能。在計算理論上已開始按破壞階段計算構(gòu)件截面強度，對某些結(jié)構(gòu)也開始考慮塑性變形引起的內(nèi)力重分　　布。第二次世界大戰(zhàn)后，由于鋼材短缺，混凝土結(jié)構(gòu)建筑得到大規(guī)模的應用。　　第三階段：第二次世界大戰(zhàn)后到20世紀70年代末。由于材料強度的提高，加上工業(yè)化施工方法的較大發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)的應用范圍進一步擴大。世界上相繼建造了一大批超高層建筑、大跨度橋梁、特長跨海隧道、高聳結(jié)構(gòu)等大型工程，混凝土高層建筑的高度已達262 m。在設(shè)計計算理論方面，發(fā)展了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，并被普遍采用?！　〉谒碾A段：從20世紀80年代到現(xiàn)在。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工業(yè)化體系在世界范圍內(nèi)獲得發(fā)展。計算機輔助設(shè)計和繪圖的程序化，提高了設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計速度，大大減輕了設(shè)計工作量。半概率極限狀態(tài)設(shè)計法已經(jīng)逐步被近似概率設(shè)計法所取代，非線性有限元分析方法的廣泛應用，推動了混凝土強度理論和本構(gòu)關(guān)系的深入研究?；臁　∧敛牧系闹谱骷夹g(shù)已進入高科技時代，高性能混凝土在國外已得到較大發(fā)展，并在工程中應用，使混凝土結(jié)構(gòu)更適于向大跨、超高層發(fā)展。各種特殊用途的混凝土不斷研制成功并獲得應用，如鋼纖維混凝土和聚合物混凝土，防射線、耐熱、耐火、耐磨、耐腐蝕、防滲透、保溫等有特殊要求的混凝土。鋼材的發(fā)展以提高其屈服強度和綜合性能為主，使鋼筋具有更高強度、耐腐蝕、較高延性和較好的防火性能。這些都極大地推進了混凝土結(jié)構(gòu)的應用?！　哪壳笆澜绺鲊那闆r來看，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成為建筑結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)體系，廣泛應用于工業(yè)建筑、民用建筑、城建及交通、水利水電、國防工程、海洋工程等各個方面，幾乎在所有的基本建設(shè)工程領(lǐng)域中，都可以應用到它?！　≡诠I(yè)建筑中特別是中小型廠房的屋架、屋面梁、屋面板、吊車梁、柱、基礎(chǔ)等，特種結(jié)構(gòu)中的煙囪、水池、水塔、冷卻塔、筒倉、棧橋、貯罐、電視塔，以及原子能發(fā)電站的壓力容器等，普遍采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預應力混凝土結(jié)構(gòu)。在大跨度的公共建筑和工業(yè)建筑中，常采用鋼筋混凝土桁架、門式剛架、拱、薄殼等結(jié)構(gòu)形式。我國寧波北侖火力發(fā)電廠建造了高度達240 m的筒中筒煙囪；我國山西云崗建成兩座預應力混凝土煤倉，容量達6萬噸；世界容量最大的水塔是瑞典馬爾默預應力混凝土水塔，容量達1萬立方米。很多高聳建筑也采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如世界最高的加拿大多倫多電視塔，塔高553.3m，整個電視塔用鋼量5600噸，混凝土4萬立方米，總重13萬噸；上海東方明珠電視塔由三個鋼筋混凝土筒體組成獨特造型，高468m，居世界第三位?！　?/pre>




編輯推薦
　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》教材主要講述混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受力性能和設(shè)計計算方法，是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本教材內(nèi)容主要包括混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學性能、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，以及基本構(gòu)件的受力性能分析、設(shè)計計算和構(gòu)造措施，正常使用階段變形和裂縫的驗算，預應力混凝土構(gòu)件的原理與設(shè)計。通過本課程的學習，可使學生掌握混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論和基本設(shè)計方法，為學習后續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設(shè)計，以及畢業(yè)后從事土木工程領(lǐng)域相關(guān)工作打下堅實的基礎(chǔ)。





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