钢筋混凝土结构报告

钢筋混凝土结构报告摘要：混凝土作为土木工程结构中应用极为广泛的材料，其受力变形及破坏形态比较复杂，混凝土构件是建筑结构中受力的主要元件，了解其变形破坏形态有着极其重要的作用。混凝土构件，按照其简单受力形态，大致可以分为四种：受弯构件，受压构件，受拉构件，受扭构件。本文主要讲述混凝土构件在四种受力情况下变形及破坏的形态。一、混凝土受弯变形及破坏综述受弯构件，在混凝土构件以梁居多，其中受弯构件受力变形按受力形式乂可以分为正截面受力和斜截面受力。1、混凝土正截面受力变形与纵向受拉配筋率有关，按照配筋不同可以分为三种变形破坏形态：适筋破坏，少筋破坏，超筋破坏。当混凝土受弯构件正截面配制纵向受拉钢筋能使其正截面受弯破坏形态属于•延性变形破坏时，即为适筋变形破坏。其变形受力特点可以分为三个阶段：一、混凝土加载至产生裂缝阶段;二、混凝土开裂，受拉钢筋承担拉力，至混凝土受拉区钢筋屈服;三、钢筋开始屈服，受压区高度不断减小，直至受压区边缘混凝土被压碎破坏。当混凝土钢筋配制过少时，会发生少筋受力破坏，其受力特点时，受拉区混凝土一开裂混凝土就会破坏；当混凝土钢筋配制过多时，会发生超筋变形破坏，其变形特点时，混凝土受力后受压区边缘先压碎，纵向受拉钢筋不屈服。2、引起混凝土受弯构件斜截面变形破坏的主要是斜截面受剪承教力和受弯承教力，根据混凝土受弯斜截面变形破坏形态可将其分为三种变形破坏条件：一、斜压破坏;二、剪压破坏;三、斜拉破坏。当剪跨比小于1时，会发生斜压破坏，混凝土受力后，斜截面会呗腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱并破坏；当剪跨比位于1至3时，会发生剪压破坏，其受力特点是，受力后，先在剪弯区段的受拉区边缘出现一些垂直裂缝，然后斜向延伸形成一些斜裂缝，最后产生一条较宽的临界斜裂健，使得斜截面剪压区高度缩小，剪压区混凝土破坏；当剪跨比大F3时，往往会发生斜拉破坏，其受力特点是垂直裂缝一产生，就迅速向受压区斜向伸展，使得斜截面迅速破坏。二、混凝土受压变形及破坏综述混凝土受压构件主要以柱为主，按照受力形态受压构件可以分为轴心受压构件，单向偏心受压构件和双向偏心受压构件。按照柱的长细比，可分为长柱和短柱1、短柱受力变形破坏形态 配有纵筋和箍筋的短柱，在轴心荷载作用下，整个截面的应变基本上是均匀分布的。当荷载较小时，混凝土和钢筋都处于弹性阶段。当荷载较大时，由于混凝土塑性变形的发展，压缩变形增加的速度快于荷载增长速度。同时，在相同荷载增量下，钢筋的压应力比混凝土的压应力增加得快，见左图。随着荷载的继续增加，柱中开始出现微细裂缝，在临近破坏荷我时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压碎，柱子即告破坏。其中短柱破坏形态乂可以分为受拉破坏和受压破坏受拉破坏乂称大偏心受压破坏，它发生于轴向力N的相对偏心距较大，旦受拉钢筋配置得不太多时。受拉破坏形态的特点是受拉钢筋先达到屈服强度，导致压区混凝土压碎,是与适筋梁破坏形态相似的延性破坏类型。受压破坏形态乂称小偏心受压破坏，截面破坏是从受压区开始的，发生于以下两种情况。1当轴向力N的相对偏心距较小时，构件截面全部受压或大部分受压，一般情况下截面破坏是从靠近轴向力一侧受压区边缘处的压应变达到混凝土极限压应变值而开始的。破坏时，受压应力较大一侧的混凝土被压坏，同侧的受压钢筋的应力也达到抗压屈服强度。另外，当相对偏心距很小时，由于截面的实际形心和构件的几何中心不重合，当纵向受压钢筋比纵向受拉钢筋多很多时，也会发生离轴向力作用点较远一侧的混凝土先压坏的现象，这可称为“反向破坏”2当轴向力的相对偏心距虽然较大，但却配置了特别多的受拉钢筋，致使受拉钢筋始终不屈服。破坏时，受压区边缘混凝土达到极限压应变值，受压钢筋应力达到抗压屈服强度，而远侧钢筋受拉而不屈服。破坏无明显预兆，压碎区段较长，混凝土强度越高，破坏越带突然性2、长柱受力破坏形态对F长细比较大的柱子，试验表明，由各种偶然因素造成的初始偏心距的影响是不可忽略的。加载后，初始偏心距导致产生附加弯矩和相应的侧向挠度，而侧向挠度乂增大了荷载的偏心距；随着荷载的增加，附加弯矩和侧向挠度将不断增大。这样相互影响的结果,使长柱在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏。破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。三、混凝土构件受拉变形破坏形态 混凝土受拉构件受力变形特点可以分为三个阶段，一、受力后加载至混凝土受拉开裂前;二、混凝土开裂后钢筋达到屈服，三、混凝土受拉钢筋达到屈服至全部受拉钢筋达到屈服。四、混凝土构件受扭变形破坏形态工程结构中处于纯扭矩作用的情况很少，绝大多数都是处于弯矩、剪力、轴力、扭矩共同作用的复合受扭情况，根据其配筋及受力特点可分为几种受力形态1、当混凝土受扭构件配筋数量较少时少筋构件，结构在扭矩荷载作用下，混凝土开裂并退出工作，混凝土承担的拉力转移给钢筋，由于结构配置纵筋及箍筋数量很少，钢筋应力立即达到或超过屈服点，结构立即破坏。破坏过程急速而突然，破坏扭矩基本上等于抗裂扭矩。破坏类似于受弯构件的少筋梁，被称为“少筋破坏”。2、当混凝土受扭构件按正常数量配筋时适筋构件，结构在扭矩荷载作用下，混凝土开裂并退出工作，钢筋应力增加但没有达到屈服点。随着扭矩荷载不断增加I,结构纵筋及箍筋相继达到屈服点，进而混凝土裂缝不断开展，最后由于受压区混凝土达到抗压强度而破坏。结构破坏时其变形及混凝土裂缝宽度均较大，破坏过程表现出一定的塑性特征。破坏类似于受弯构件的适筋梁，属于延性破坏即“适筋破坏”。3、当混凝土受扭构件配筋数量过大或混凝土强度等级过低时超筋构件，结构破坏时纵筋和箍筋均未达到屈服点，受压区混凝土首先达到抗压强度而破坏。结构破坏时其变形及混凝土裂缝宽度均较小，其破坏类似r-受弯构件的超筋梁，属于无预兆的脆性破坏即“超筋破坏”。4、当混凝土受扭构件的纵筋与箍筋比率相差较大时部分超筋构件，即一种钢筋配置数量较多，另一种钢筋配置数量较少，随着扭矩荷载的不断增加，配置数量较少的钢筋达到屈服点，最后受压区混凝土达到抗压强度而破坏。结构破坏时配置数量较多的钢筋并没有达到屈服点，结构具有一定的延性性质。这种破坏的延性比完全超筋要大一些，但乂小于适筋构件，这种破坏叫“部分超筋破坏”。摘要：钢筋混凝土结构是土木工程专业学生必学内容，其中钢筋混凝土结构的发展也是需要了解的内容。从其发展概况，包括出现、不断的发展、现况，以及今后的前景，了解钢筋混凝土结构对土木工程所起的作用以及在该专业中的应用。关键词：混凝土、钢筋混凝土结构、钢筋混凝土结构的发展1混凝土结构的基本概念混凝土，一般是指由胶凝材料如水泥，粗、细骨料如石子、沙粒，水及其他材料，按适当比例配置，拌合并硬化而成的具有所需形体、强度和耐久性的人造石材。简称为“碎”资ng,Concreteo像这种由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构称为素混凝土。其凝固后坚硬如石，受压能力好，但受拉能力差，容易因受拉而断裂。因此，就有在其中配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构，得到钢筋混凝土结构。另外，还有预应力混凝土结构、型钢混凝土结构等种类的混凝土结构。 2钢筋混凝土结构的发展2.1钢筋混凝土结构的发展钢筋混凝土是当今最主要的建筑材料之一，但它的发明者既不是工程师，也不是建筑材料专家，而是一位法国名叫莫尼尔的园艺师。莫尼尔有个很大的花园，一年四季开着美丽的鲜花，但是花坛经常被游客踏碎。为此，莫尼尔常想：“有什么办法可使人们既能踏上花坛，乂不容易踩碎呢？”有一天，莫尼尔移栽花时，不小心打碎了一盆花，花盆摔成了碎片，花根四周的土却仅仅包成一团。“噢!花木的根系纵横交错，把松软的泥土牢牢地连在了一起！”他从这件事上得到启发，将铁丝仿照花木根系编成网状，然后和水泥、砂石一起搅拌，做成花坛，果然十分牢固。钢筋混凝土的发明出现在近代，通常为人认为发明于1848年。1868年一个法国园丁,获得了包括钢筋混凝土花盆，以及紧随其后应用于公路护栏的钢筋混凝土梁柱的专利。1872年，世界第一座钢筋混凝土结构的建筑在美国纽约落成，人类建筑史上一个崭新的纪元从此开始，钢筋混凝土结构在1900年之后在工程界方得到了大规模的使用。1928年，一种新型钢筋混凝土结构形式预应力钢筋混凝土出现，并于二次世界大战后亦被广泛地应用于•工程实践。钢筋混凝土的发明以及19世纪中叶钢材在建筑业中的应用使高层建筑与大跆度桥梁的建造成为可能。法国工程师艾纳比克1867年在巴黎博览会上看到莫尼尔用铁丝网和混凝土制作的花盆、浴盆、和水箱后，受到启发，于是设法把这种材料应用于房屋建筑上。1879年，他开始制造钢筋混凝土楼板，以后发展为整套建筑使用由钢筋箍和纵向杆加固的混凝土结构梁。仅几年后，他在巴黎建造公寓大楼时采用了经过改善迄今仍普遍使用的钢筋混凝土主柱、横梁和楼板。1884年德国建筑公司购买了莫尼尔的专利，进行了第一批钢筋混凝土的科学实验，研究了钢筋混凝土的强度、耐火能力。钢筋与混凝土的粘结力。1887年德国工程师科伦首先发表了钢筋混凝土的计算方法;英国人威尔森申请了钢筋混凝土板专利；美国人海厄特对混凝土横梁进行了实验。1895年一1900年，法国用钢筋混凝土建成了第一批桥梁和人行道。1900年，万国博览会上展示了钢筋混凝土在很多方面的使用，在建材领域引起了一场革命。1918年艾布拉姆发表了著名的计算混凝土强度的水灰比理论。钢筋混蹑土开始成为改变这个世界景观的重要材料。混凝土结构与砌体结构、钢结构、木结构相比，历史不长，但自19世纪中叶开始使用后，由于混凝土和钢筋材料性能的不断改进，结构理论施工技术的进步使钢筋混凝土结构得到迅速发展，目前已经广泛应用于工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港等土木工程领域。建筑用混凝土的发展简史可以追溯到古希腊、罗马时代，甚至可能在更早的古代文明中已经使用了混凝土及其胶结材料。但直到1824年波特兰水泥的发明才为混凝土的大量使用开创了新纪元。至今仅有160多年的历史。它的发展大致经历了四个不同的阶段。第一阶段为钢筋混凝土小构件的应用，设计计算依据弹性理论方法。1801年考格涅特 发表了有关建筑原理的论著，指出了混凝土这种材料抗拉性能较差，到1850年法国的兰博特首先建造了一艘小型水泥船，并于1855年在巴黎博览会上展出。接着法国的花匠莫尼尔在1867年制作了以金属骨架作配筋的混凝土花盆并以此获得专利。后来康纳于1886年发表了第一篇关于混凝土结构的理论与设计手稿。1872年美国人沃德建造了第一幢钢筋混凝土构件的房屋。1906年特纳研制了第一个无梁平板。从此钢筋混凝土小构件己进入工程实用阶段。第二阶段为钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构的大量应用，设计计算依据材料的破损阶段方法。1922年英国人狄森提出了受弯构件按破损阶段的计算方法。1928年法国工程师弗来西奈发明了预应力混凝土。其后钢筋混凝土与预应力混凝土在分析、设计与施工等方面的工艺与科研迅速发展，出现了许多独特的建筑物，如美国波士顿市的Kresge大会堂，英国的1951节日穹顶，美国芝加哥市的Marina摩天大楼，湖滨大楼等建筑物。1950年苏联根据极限平衡理论制定了“塑性内力重分布计算规程”。1955年颁布了极限状态设计法，从而结束了按破损阶段的设计计算方法。第三阶段为工业化生产构件与施工，结构体系应用范围扩大，设计计算按极限状态方法。由r•二战后许多大城市百废待兴，重建任务繁重。工程中大量应用预制构件和机械化施匚以加快建造速度。继苏联提出的极限状态设计法之后，1970年英国，联邦德国，加拿大，波兰相继采用此方法。并在欧洲混凝土委员会与国际预应力混凝土协会CEB-FIP第六届国际会议上提出了混凝土结构设计与施工建议，形成了设计思想上的国际化统一准则。第四阶段，由于近代钢筋混凝土力学这一新的学科的科学分支逐渐形成，以统计教学为基础的结构可靠性理论已逐渐进入工程实用阶段。电算的迅速发展使复杂的数学运算成为可能。设计计算依据概率极限状态设计法。概括为计算理论趋于完善，材料强度不断提高，施工机械化程度越来越高，建筑物向大跨高层发展。2.1钢筋混凝土结构的发展现状目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。据发改委相关数据显示，该地区其主要原材料水泥产量已于2021年达到10.60亿吨，占世界总产量48%左右。现代混凝土的发展方向是商品混凝土。商品混凝土是以集中广拌、远距离运输的方式向施工工地提供现浇混凝土。商品混凝土是现代混凝土与现代化施工工艺的结合的高科技建材产品，它应包括：大流动性混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、防渗抗裂大体积混凝土、高强混凝土和高性能混凝土等。为了使商品混凝土性能稳定、经济、性价比高，必须严格选择所需的原材料和优化混凝土的配合比。实践证明，现代混凝土配合比全计算法设计为此提供了简单快捷和可靠的技术途径。其中商品混凝土具有很多的特点：A环保性 由F商品混凝土搅拌站设置在城市边缘地区，相对于施工现场搅拌的传统工艺减少了粉尘、噪音、污水等污染，改善了城市居民的工作和居住环境。随商品混凝土行业的发展和壮大，在工艺废渣和城市废弃物处理处置及综合利用方面逐步发挥更大的作用，减少环境恶化。B“半成品”商品混凝土是一种特殊的建筑材料。交货时是塑性、流态状得半成品。在所有权转以后，还需要使用方继续尽一定的质量义务，才能达到最终的设计要求。因此，他的质量是供需双方共同的责任。C质量稳定性由于商品混凝土搅拌站是一个专业性的混凝土生产企业，管理模式基本定型且比较单一，设备配置先进，不仅产量大、生产周期短，而且几率较为准确，搅拌较为均匀，生产工艺相对简洁、稳定，生产人员有比较丰富的经验，而且实现全天候生产，质量相对施工现场搅拌的混凝土更稳定可靠，提高了工程质量。D技术先进性随着21世纪混凝土工程的大型化、多功能化、施工与应用环境的复杂化、应用领域的扩大化以及资源与环境的优化，人们对传统的商品混凝土材料提出了更高的要求。由于施匚现场搅拌一般都是些临时性设施，条件较差，原材料质量难以控制，制备混凝土的搅拌机容量小且计量精度低，也没有严格的质量保证体系。因此，质量很难满足现在混凝土具有的高性能化和多功能化得需要。而商品混凝土的生产集中、规模大，便『管理，能实现建设工程结构设计的各种要求，有利r•新技术、新材料的推广应用，特别有利于散装水泥、混凝土外加剂和矿物掺合料的推广应用，这是保证混凝土具有高性能化和多功能化得必有条件，同时能够有效的节约资源和能用。E提高功效相比传统意义上的混凝土，商品混凝土大规模的商业化生产和罐装运送，并采用泵送工艺浇筑，不仅提高了生产效率，施工进度也得到很大的提高，明显缩短了工程建造周期。F文明性现在的社会是和谐的社会，应用商品混凝土后，减少了施工现场建筑材料的堆放，明显改变了施工现场脏、乱、差等现象，提高了施工现场的安全性，当施工现场较为狭窄时,这一座用更显示出其优越性，施工的文明程度得到了根本性的提高。2.2钢筋混凝土结构的发展前景针对钢筋混凝土的缺点，提出很多改善的方法，与之对应的便是以后的发展方向。A自重大，提出轻质高强混凝土 B抗裂性差，提出施加预应力混凝土C建造费工，施工速度慢，提出预制构件工业化D隔热隔声性能较差，提出保温隔热砂浆另外，钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、纤维增强塑料混凝土结构、钢-混凝土混合结构等都是前景方向新型混凝土结构。3体会浑凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。按预定性能设计和制作混凝土，研制轻质，高强度，多功能的混凝土新品种。利用现代新技术、大力发展新工艺、新设备;广泛利用工业废渣作原材料等，都是今后需要不断解决的课题。混凝土可以追溯到古老的年代，其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏、火山灰等。自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广范。钢筋混凝土结构的出现虽然较木结构、砌体等结构晚，但是发展迅速。凭借其用材合理，强度高，耐久性好，维护费用低，耐火性好，可模性好，整体性好，易于就地取材等各种优点，如今己是在房屋建筑工程、交通土建工程、矿井建设、水利工程港口工程等工程建设中必不可少。目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。据发改委相关数据显示，该地区其主要原材料水泥产量已于2021年达到10.60亿吨，占世界总产量48%左右。从此数据可以看出，钢筋混凝土结构的应用已经是有目共睹，并且在以后也有着无量的前途。钢筋混凝土结构的应用在以后的工程中也将仍占有不可或缺的一席之地！感谢您的阅读，祝您生活愉快。