高等钢筋混凝土结构理论基本力学性能.ppt

高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013高等钢高等钢筋混筋混凝土凝土结构理论结构理论高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 20130、绪论0.1钢筋混凝土结构的发展和特点钢筋混凝土结构的发展和特点 广泛应用钢筋混凝土结构的工程领域：广泛应用钢筋混凝土结构的工程领域：建筑工程建筑工程 桥梁和交通工程桥梁和交通工程 水利和海港工程水利和海港工程 地下工程地下工程 特种结构特种结构高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013建筑工程建筑工程哈利法塔哈利法塔高度达高度达828米，楼米，楼层为层为162层，美国层，美国芝加哥公司设计，芝加哥公司设计，韩国三星公司负韩国三星公司负责实施责实施HSB旋转中心位于瑞典马尔默，位于瑞典马尔默，2005年建成。年建成。54层，高层，高190m，是，是欧洲第二高的住欧洲第二高的住宅大厦。宅大厦。高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013上海环球金融中心，492m，101层上海金茂大厦，421m，88层高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013台北台北101大楼，高大楼，高508m高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013桥梁和交通工程桥梁和交通工程高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013高速公路互通高速公路互通北北京京五五环环高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013日本明石海峡大桥日本明石海峡大桥世界上主跨最长的悬索世界上主跨最长的悬索桥大桥全长桥大桥全长3910m，主，主跨跨1991m，塔高，塔高280m南京长江二桥南京长江二桥建成于建成于2001年，世界上年，世界上排名第三的斜拉桥，主排名第三的斜拉桥，主跨跨628m高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 20131964年，日本建成了世界第一条高速铁路新干线，时速210m。1994年，我国第一条时速160m的准高速铁路广深高速铁路建成通车。2008年我国第一条高速铁路京津城际高速铁路开通，时速350m。高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013水利和海港工程水利和海港工程高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013地下工程地下工程高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013特种结构工程特种结构工程高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013钢筋混凝土工程需要解决的问题钢筋混凝土工程需要解决的问题形成人类活动需要的、功能良好和舒适美观的空间和通道能够抵御自然灾害或人为作用力。前者如地震、风灾、水灾；后者如工程振动、人为破坏等；高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013四川大地震四川大地震映秀镇房屋倒塌桥梁断裂高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013充分发挥材料作用。钢筋混凝土工程需要解决的问题钢筋混凝土工程需要解决的问题通过有效的技术途径和组织手段，利用各个时期社会能提供的物质条件和设备条件，把社会所需要的工程建设成功。高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 20130.2本课程特点本课程特点0.2.1 本科课程与本课程的区别本科课程与本课程的区别本科学习：本科学习：钢筋和混凝土的材性钢筋和混凝土的材性各基本构件的性能、计算方法各基本构件的性能、计算方法设计和构造要求设计和构造要求 课程基本遵循结构设计规范的体系和方法课程基本遵循结构设计规范的体系和方法 目标是使学生能进行和完成常规的结构设计目标是使学生能进行和完成常规的结构设计研究生阶段：研究生阶段：研究和分析钢筋混凝土结构的性能及其一般规律，强研究和分析钢筋混凝土结构的性能及其一般规律，强调以试验结果为依据，着重介绍其受力变形和破坏的调以试验结果为依据，着重介绍其受力变形和破坏的全过程、各种因素的影响、机理分析、重要技术指标全过程、各种因素的影响、机理分析、重要技术指标的确定、计算原则和方法等。的确定、计算原则和方法等。目标是初步具备解决工程中出现的各种问题的能力。目标是初步具备解决工程中出现的各种问题的能力。高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 20130.2.2 本课程采用的分析本课程采用的分析方法方法1、一般情况，采用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或、一般情况，采用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或内力，而以极限状态的设计方法确定构件的承载能力。这种内力，而以极限状态的设计方法确定构件的承载能力。这种钢筋钢筋混凝土构件的设计方法往往是基于大量实验数据基础上的经验公混凝土构件的设计方法往往是基于大量实验数据基础上的经验公式，式，虽然这些经验公式能够反映钢筋混凝土构件的非弹性性能，虽然这些经验公式能够反映钢筋混凝土构件的非弹性性能，对常规设计来说也是行之有效且简便易行的，但是在使用上有局对常规设计来说也是行之有效且简便易行的，但是在使用上有局限性，也缺乏系统的理论限性，也缺乏系统的理论性。性。2、钢筋混凝土有限元分析方法、钢筋混凝土有限元分析方法 采用钢筋混凝土有限元分析方法能够给出结构内力和变形发展采用钢筋混凝土有限元分析方法能够给出结构内力和变形发展的全过程；能够描述裂缝的形成和开展，以及结构的破坏过程及的全过程；能够描述裂缝的形成和开展，以及结构的破坏过程及其形态；能够对结构的极限承载能力和可靠度作出评估；能够揭其形态；能够对结构的极限承载能力和可靠度作出评估；能够揭示出结构的薄弱部位和环节，以利于优化结构设计。同时，它能示出结构的薄弱部位和环节，以利于优化结构设计。同时，它能广泛地适用于各种结构类型和不同受力条件和环境。广泛地适用于各种结构类型和不同受力条件和环境。高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013 由于钢筋混凝土非线性分析对计算机性能的要求比线性分析由于钢筋混凝土非线性分析对计算机性能的要求比线性分析要高，计算模型也远比线性模型复杂，计算时间长，费用高。要高，计算模型也远比线性模型复杂，计算时间长，费用高。此外对操作人员的力学知识、计算机知识和结构知识的要求也此外对操作人员的力学知识、计算机知识和结构知识的要求也更多。因此，虽然现在个人计算机和商用有限元软件已经得到更多。因此，虽然现在个人计算机和商用有限元软件已经得到了很大发展，但是相对于量大面广的钢筋混凝土结构，进行非了很大发展，但是相对于量大面广的钢筋混凝土结构，进行非线性分析的还是少数。目前非线性有限元分析常用于下列几种线性分析的还是少数。目前非线性有限元分析常用于下列几种情况：情况：用于重大结构，例如核反应堆的安全壳、海上采油平台、大用于重大结构，例如核反应堆的安全壳、海上采油平台、大型地下洞室、超高结构、超大跨结构等。型地下洞室、超高结构、超大跨结构等。用于结构或构件的全过程分析，例如混凝土坝，施工工序多，用于结构或构件的全过程分析，例如混凝土坝，施工工序多，工期长交付使用后还有徐变，对这一全过程中各个阶段的受工期长交付使用后还有徐变，对这一全过程中各个阶段的受力性能，应力和位移分布，徐变后的内力重分布等，必须采用力性能，应力和位移分布，徐变后的内力重分布等，必须采用非线性有限元的方法才能得出合理的结论，以供设计和施工参非线性有限元的方法才能得出合理的结论，以供设计和施工参考。有些构件，例如深梁、梁柱节点和已有主导裂缝的构件等，考。有些构件，例如深梁、梁柱节点和已有主导裂缝的构件等，人们需要对其受力全过程作深入了解，这时也往往借助于非线人们需要对其受力全过程作深入了解，这时也往往借助于非线性有限元方法进行分析。性有限元方法进行分析。高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 2013辅助实验分析，为了研究各种参数，例如混凝土标辅助实验分析，为了研究各种参数，例如混凝土标号、钢筋强度和配筋形式等对结构构件的影响，往往号、钢筋强度和配筋形式等对结构构件的影响，往往要做很多组实验，工作量大，周期长，劳动强度大。要做很多组实验，工作量大，周期长，劳动强度大。用非线性有限元法辅助实验，则可进行少量基本实验，用非线性有限元法辅助实验，则可进行少量基本实验，确定参数，校核算法模型，然后进行内插或外推，得确定参数，校核算法模型，然后进行内插或外推，得到参数变化的影响。这对减轻劳动，减少实验数量，到参数变化的影响。这对减轻劳动，减少实验数量，提高效率是很有意义的。提高效率是很有意义的。在灾害荷载作用下的结构破坏分析，灾害作用往往在灾害荷载作用下的结构破坏分析，灾害作用往往会对结构造成严重破坏。例如，燃气爆炸下的房屋、会对结构造成严重破坏。例如，燃气爆炸下的房屋、设备破坏，常规武器作用下防护工程或房屋的破坏，设备破坏，常规武器作用下防护工程或房屋的破坏，飞机撞击造成建筑物倒塌等。这些破坏很难或不可能飞机撞击造成建筑物倒塌等。这些破坏很难或不可能做原型实验。在这种情况下，有限元非线性仿真分析做原型实验。在这种情况下，有限元非线性仿真分析是进行研究的重要手段。是进行研究的重要手段。高等钢筋混凝土结构理论高等钢筋混凝土结构理论 Advance Reinforced Concrete Structures 20130.2.3本学科研究问题的规律本学科研究问题的规律结构工程科学研究的一般规律：结构工程科学研究的一般规律：从工程实践中提出要求和问题，精心调查和统计、从工程实践中提出要求和问题，精心调查和统计、实验研究、理论分析、计算对比、找出解决问题实验研究、理论分析、计算对比、找出解决问题的方法；的方法；研究一般的变化