给排水工程结构设计-第一章 绪论

素混凝土与钢筋混凝土比较
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素混凝土梁承载 力小，破坏突然
钢筋混凝土梁承 载力大，变形性 能好，破坏有预 告
混凝土结构的概念和特点
1. 一般概念
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钢筋（加筋） +
混凝土
钢筋混凝土结构（构件）
拉压性能均好
抗压性能好
利用混凝土抗压，钢筋 受拉（亦可受压）---各尽其能，相得益彰
2. 混凝土和钢筋共同工作的原因
•轻质混凝土的应用
容重一般为：14kN/m3~18kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝 土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等
•无砂混凝土
只有粗骨料，无细骨料
•FRP筋的应用
用FRP筋代替钢筋
3.结构方面的发展
•预应力混凝土结构的应用
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在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝 土结构的抗裂度，减轻构件的自重
了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的 计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。
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2.材料方面的发展
•强度不断提高
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美国60年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代 ：42N/mm2， 有特殊需要时： 40N/mm2~100 N/mm2，试验室中： 266 N/mm2
第一章 绪论
济南大学土木工程学院
杨令强
学习目的


掌握结构设计的基本知识。
给水排水工程的生产流线总是由各种功能的构筑物 如泵站、水池等用管、渠联系，并配置辅助建筑物组 成的。这些构筑物和建筑物的功用、生产能力，由工 艺设计来确定，但是，任何一项工程设计，只有工艺 设计还不足以付诸实施，还必须进行建筑和结构设计。
批准部门:中华人民共和国建设部 施行日期:2003年3月1日
给排水工程的结构形式混凝土结构。 所谓混凝土结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结 构和预应力混凝土结构， 但主要是钢筋混凝土结构 和预应力混凝土结构。不配置钢筋的素混凝土结构由 于抗拉能力很差，通常只用于以受压为主的基础、支 墩及必须依靠自身的重量来保持稳定性的重力式文档 结构(如挡土墙、挡水墙)等。 在农村的小型给水徘水工程构筑物中，也有采用砌体 结构的。就是用烧结粘土砖、石块(毛石或料石)等块 体材料，用砂浆砌筑而成的结构。
4.理论研究方面的发展
结构基本理论----如何设计一个新结构
•荷载的确定方法 •结构的力学分析：线性和非线性
•构件的承载力计算、设计方法和构造措施
未来的方向：计算机的应用与发展，结构整 体空间作用分析方法的完善与应用
二、混凝土结构的发展
4.理论研究方面的发展
结构基本理论----旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）
近十年来，随着科学技术、计算机技术、数值 计算技术、可靠度技术的发展，正在准备对原规 范作进一步的修正。 给水排水工程构筑物结构设计规范 Structural design code for special structures of water supply and waste water engineering GB 50069-2002
给水排水工程中的建筑物，大多采用屋盖和楼
盖为钢筋混凝土结构、墙和柱以及基础则为砌 体结构的混合结构。对于设有起重吨位较大的 桥式吊车的大型泵房，则可采用全部由钢筋混 凝土和预应力混凝土构件组成的排架结构。
钢筋混凝土结构和砌体结构之所以能在给 水排水工程中得到广泛的应用，是由它们本身 的特点所决定的。
* 1861年，法国花匠J. Monier 用钢丝作为配筋制作了花
盆并申请了专利，后由申请了钢筋混凝土板、管道、拱 桥等专利----尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理， 甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土 结构的发明者；
* 1884年，德国人Wayss,
Bauschingger和Koenen等提出

给水排水工程结构作为结构工程中的一 个专门领域，在我国是解放后才形成的。 出于国家大规模基本建设的需要，国内 在50年代成立了—批专门从事市政工程 或给水徘水工程设计与科研的设计院和 研究所，促使给水排水工程结构的设计 与研究定向专业化。
四十年来，我国以各专业设计院、科研单位和 部分高等院校为骨干，对给水排水工程结构的设 计计算理论和方法，进行了系统的研究和经验积 累，形成了具有自己特色的较完整的体系。在长 期研究和实践的基础上，我国于1984年完成了第 一本作为国家标准的《给水排水工程结构设讣规 范》GBJ69一84的编制， 并于1985年颁布施行。 这本规范可以认为是我国给水排水工程结构设计 专业化、标准化的里程碑。
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* 混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在
一起，可共同受力，共同变形
* 两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力 破坏两者的粘结力，混凝土：1.0×10-5~1.5 ×10-5，钢筋： 1.2 ×10-5
* 混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化
3. 预应力混凝土结构的一般概念
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•结构体系的丰富
不同用途、不同结构功能具有相应的结构 体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、 FRP混凝土及预应力混凝土结构等
4.理论研究方面的发展
设计方法
半经验半概率 法
近似概率法
允许应力 设计法
破坏阶段 设计法
极限状态 设计法
全概率法 生命全过程设 计法
材料力学的方法
按经验法确定安 全系数
•结构设计单靠理论分析还不够，还要辅以一定
的构造措施，才能保证安全可靠
•注意理论联系实际，积累一定的感性认识，对
学习本课程十分有益
四、本课程的目的和学习方法
2.学习方法 •注意本课程与相关课程尤其是“材料力学”、
“结构力学”课程的异同点，正确运用已有的 力学知识解决实际问题
•混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之
上，目前还缺乏完善的理论体系。很多公式不 能有严密的逻辑推导得出，只能由试验结果回 归而成。学习和应用时要注意思维方式的转变
在给水排水工程中，构筑物和建筑物的 结构部分往往占用相当一部分建设投资， 而结构设计的质量又直接关系到给水排水 工程的安全性、适用性和耐久性。结构设 计的任务，就是要根据技术先进、经济合 理、安全适用、确保质量的原则，合理地 选择材料和结构型式，进行结构布置，确 定结构构件的截面和构造等。
给排水结构的发展史
法
•混凝土结构构件的设计方法
•混凝土构筑物的设计方法
本书的内容大体上可以划分为三大部分： 第一部分为第一章至第七章，为钢筋没 凝土基本理论部分，包括材料的物理力 学性能、钢筋混凝土结构的基本计算原 则和各类基本构件的计算方法和构造要 求。 第二部分为第八和第九两章，为 钢筋温凝土结构设计部分，介绍了 钢筋混凝土梁、板结构及水池结构 设计。 第三部分为第十章和第十一章， 砌体的力学性能和设计方法。
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预应力钢筋
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4.混凝土结构的优缺点
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优点：
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缺点： 自重大
耐久性好
耐火性好 整体性好 可模性好 就地取材
易开裂
耗模板 施工受季节性影响 隔热隔声性能差
随着科学技术的不断发展，正逐 渐被克服
节约钢材
阻止射线的穿透
砌体结构

砌体结构是一种历史悠远的传统结构
缺点： 手工操作劳动量大 结构本身体积大 抗裂和坑渗漏能力差
•承载力计算 •耐久性评估 •寿命预测 •损伤分析 •加固理论 •修复理论 •灾害评估等
4.理论研究方面的发展
结构基本理论----计算机仿真技术的应用
4.理论研究方面的发展
结构基本理论----结构试验技术的完善
四、本课程的内容和学习方法
1.内容
是给排水工程专业的一门主要专业选修课
•混凝土结构构件的受力性能和力学分析方
优点： 材料来源广泛 施工方法简易 造价低廉 节约钢材、木材及水泥
抗裂和坑渗漏能力差
对农田破坏严重
二、混凝土结构的发展
1.钢筋混凝土结构的诞生
* 1824年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混
凝土；
* 1849年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在 钢丝网的两面做成小船----最早的钢筋混凝土结构；