《混泥土結構:混凝土結構設計原理/卓越工程師系列教材》嚴格按照教學大綱和最新修訂的國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》編寫。其主要內(nèi)容包括概論、混凝土結構材料的基本性能、以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法的基本原理、各種受力構件(如受彎、受剪、受壓、受拉、受扭等)的受力破壞特征、設計計算方法和構造要求、預應力混凝土的基本原理和預應力混凝土構件的設計計算方法。
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2.混凝土結構的缺點
混凝土結構也存在一些缺點,主要有以下幾個方面。
。1)自重大。在承受同樣荷載的情況下,混凝土構件的自重往往比鋼結構構件大很多,對建造大跨度結構、高層建筑結構不利。同時,地震發(fā)生時,自重大會使結構地震力增大,對結構抗震不利。
。2)抗裂性差。由于混凝土抗拉強度很低,在正常使用情況下,一般的鋼筋混凝土結構構件是帶裂縫工作的。結構出現(xiàn)裂縫后,剛度會降低從而變形加大。如果裂縫過多過寬,則會影響鋼筋混凝土結構的耐久性和應用范圍。
。3)耗費大量的模板。混凝土結構構件的制作,需要模板予以成型,從而耗費大量模板和支撐,工程造價會有所增加。
。4)混凝土結構施工工序多、工期長,且受季節(jié)氣候條件的限制。
。5)混凝土結構一旦發(fā)生破壞,其修復、加固、補強比較困難。
上述這些缺點,使混凝土結構的應用范圍受到了一定的限制。但是隨著科學技術的不斷發(fā)展,一些問題已逐步得到解決或有所改進。例如,采用輕質、高強混凝土可以減輕結構自重;采用預應力混凝土可以有效地提高構件的抗裂性,還可提高結構剛度從而減小變形。因此預應力混凝土結構特別適用于大跨度結構以及對防滲、防漏要求較高的結構等;利用先進施丁技術(如滑模施工),采用泵送混凝土、高性能混凝土、自密實混凝土以及預制裝配式結構等,可大大提高施工效率。
1.2混凝土結構的發(fā)展簡況及其應用
1.2.1混凝土結構的發(fā)展簡況
人類采用土、木、石和磚瓦作為結構材料經(jīng)歷了漫長的歲月。雖然英國阿斯普。ˋspdin)于1824年已發(fā)明了波特蘭水泥.但直到19世紀50年代,隨著水泥和鋼材等現(xiàn)代工業(yè)的興起,混凝土才開始出現(xiàn)并被當作結構材料。其中,法國蘭波特(Lambot)于1850年制造了第一只鋼筋混凝土小船。從那時至今不過一百六十多年的歷史,與磚石結構、木結構相比,混凝土結構的歷史并不長,但發(fā)展非常迅速。目前,混凝土已成為土木工程結構中最主要的結構材料,而且高性能混凝土和新型混凝土結構形式還在不斷地發(fā)展。
混凝土結構的發(fā)展大致可以分為三個階段。
第一階段:從混凝土結構開始出現(xiàn)至20世紀20年代,是混凝土結構發(fā)展的初期階段。在此期間出現(xiàn)了鋼筋混凝土梁、板、柱、拱和基礎等一系列結構構件,但由于當時混凝土和鋼筋的強度都比較低,人們對混凝土的性能也缺乏認識,簡單地將混凝土視為彈性材料。對結構內(nèi)力和構件截面的計算均采用彈性理論,沿用容許應力設計方法。
第二階段:從20世紀20年代到第二次世界大戰(zhàn)前后。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、試驗和理論研究的逐漸深入、鋼筋和混凝土強度的不斷提高,混凝土結構進入了第二個發(fā)展階段并逐步得到了廣泛的應用。1928年,法國杰出工程師弗列西涅(Freyssient)成功發(fā)明了預應力混凝土。預應力混凝土結構的出現(xiàn),不僅改善了混凝土結構的性能,克服了抗裂性能差的缺點,而且極大地拓寬了混凝土結構的應用領域,使混凝土結構可以用于建造大跨度結構、壓力儲罐等。在計算理論上,1938年前蘇聯(lián)學者格沃茲捷夫提出了破損階段設計理論,并在此基礎上制定了鋼筋混凝土結構的設計標準及技術規(guī)范。破損階段設計法與容許應力法的主要區(qū)別是前者考慮了混凝土材料的塑性性能。在此基礎上,按破損階段設計法計算構件截面的承載能力,要求構件截面的承載能力(如彎矩、軸力和剪力等)不小于由外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力乘以安全系數(shù)。后來,對荷載和材料強度變異性進行進一步研究,20世紀50年代又提出了更為合理的極限狀態(tài)設計法,奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結構的基本計算理論。
第三階段:從第二次世界大戰(zhàn)后至今。隨著各國城市戰(zhàn)后的恢復和重建,混凝土結構有了更快的發(fā)展,進入了第三個發(fā)展時期。隨著高強混凝土和高強鋼筋的出現(xiàn),預制裝配式混凝土結構、高效預應力混凝土結構、泵送商品混凝土以及各種新的施工技術等廣泛地應用于各類土木工程,如超高層建筑、大跨度橋梁、跨海隧道、高聳結構等大型結構工程,成為現(xiàn)代土木工程的標志。在設計計算理論方面,對荷載和材料強度的研究引進概率方法和統(tǒng)計分析,結構可靠度理論的研究也有了很大進展,計算理論已發(fā)展到以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法、三維混凝土結構非線性分析,鋼筋混凝土結構的理論研究得到了很大的發(fā)展。
19世紀末20世紀初,我國也開始有了混凝土結構,但工程規(guī)模很小,發(fā)展十分緩慢。1908年建造的上海電話公司大樓是我國最早的鋼筋混凝土框架結構。1949年新中國成立后,隨著大規(guī)模社會主義建設事業(yè)的蓬勃發(fā)展,混凝土結構才逐步在建筑和土木工程中得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用。
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