混凝土结构设计原理第一章绪论
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1890年在旧金山建造了一幢两层高、321英尺（95m） 长的钢筋混凝土美术馆。从此以后，钢筋混凝土在美 国获得了迅速的发展。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
二、混凝土结构的发展
2)第二阶段：从20世纪初到第二次大战前后 钢筋和混凝土的强度有所提高，预应力混凝土开始研究并 应用，混凝土试验研究开始进行 计算理论：弹塑性理论 设计方法：按破损阶段计算结构的承载力
混凝土结构设计基本原理
Basic Principle of Concrete Structure Design
河南理工大学土木工程学院
河南理工大学土木工程学院
秦本东
2019/9/20
武汉长江大桥
1957年建成通车 已使用57年
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
南京长江大桥
河南理工大学土木工程学院
伤，下部支座无明显下沉，高强预应力管桩断裂
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
客观原因：大楼左侧挖土、右侧推土，引起水平推力和水平 位移 主观原因（建筑结构内在的隐患）：
3.钢筋混凝土结构的受力特点
4.钢筋混凝土结构的优缺点
二、混凝土结构的发展
1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段 2.材料方面的发展 3.结构方面的发展 4.施工技术方面的发展 5.钢筋混凝土结构计算理论的发展
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
三、混凝土结构的工程应用
1.房屋工程 2.交通工程 3.水利工程 4.特种结构
坍塌，桥离地面高30m左右。
事故原因：一个满载烟花爆竹的车辆爆炸引发的
桥面坍塌，导致车辆坠落引发伤亡。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
客观原因：
烟花爆竹车上装有350多袋开天雷和200多箱内筒式烟花，相当于1吨 多炸药。烟花爆竹车在节点位置上爆炸，引起了大桥跨塌。
义昌大桥是简支T梁桥，梁体在简支处断开。简支梁的特点是一端 为固定铰支座，一端为滑动铰支座，滑动支座可以沿着梁体的走向自由 滑动一定距离，但超过这个距离梁体就会从支座上掉下来。因此，很有 可能是，爆竹货车爆炸的冲击波引起梁体滑动，导致梁体滑落而跨塌。 而且，可能是两跨桥梁体的固定铰支座都设置在了中间桥墩上，一个梁 体滑落后拉倒了中间桥墩，从而导致了另一个梁体落梁，大桥也就跨塌 了。
应用，混凝土试验研究开始进行，
计算理论：概率论
设计方法：极限状态设计理论
破损阶段设计法(plastic page design method):考虑在使用阶段塑性应 力分布后结构构件截面承载力不小于外荷载产生的内力并乘以安全系 数。破损阶段设计法以构件破坏时的受力状况为依据，考虑了材料的 塑性性能，在表达式中引入了安全系数，使构件有了安全度的概念。 与容许应力法相比有了进步。
缺点：破损阶段设计法中安全系数仍凭经验确定，只是单纯的考虑了 承载力的问题，没有考虑构件在正常使用情况下的变形和裂缝问题。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
二、混凝土结构的发展
3)第三阶段：从第二次大战后到现在 高强钢筋和高强混凝土出现，预制装配式混凝土结构、高
效预应力混凝土结构、泵送混凝土、新施工技术开始广泛
专家结论：
1、经复核原勘察报告、结构设计、管桩强度符合要求； 2、紧贴7号楼北侧，在短期内堆土太高，大楼南侧的地下车 库开挖，深度4.6m，大楼两侧的压力差致使土体产生水平位 移，过大的水平力超过了大楼桩基的抗侧能力，导致房屋倾 倒。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
建筑结构内在的隐患
桩长度大 ， 桩数量少 桩壁薄，脆性，桩截面强度小
桩长度大（约33m），桩数量少； 桩型为PHC高强预应力离心管桩，壁薄，脆性，桩截面强
度小，与普通方桩相比约差一半；
建筑物宽度小，南北两侧沉降差引起转角大，相互作用下 倾覆力矩增长迅速；
无地下室，水平力仅有桩承受，无墙相助。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
一、混凝土结构的概念和特点
2. 混凝土结构（ concrete structure ）的定义与分类
以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。
混凝土结构又分为：素混凝土结构、钢筋混凝土结 构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土 结构等。
河南理工大学土木工程学院
河南理工大学土木工程学院
利用混凝土抗压，钢筋 受拉（亦可受压）---各尽其能，相得益彰
2019/9/20
2） 混凝土和钢筋共同工作的原因
P
P
* 混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者之间通过界面 粘结力可靠地结合在一起，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
结构竖向强，侧向弱
偶然因素作用下可能发生灾难性后果
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
混凝土结构设计 基本原理
第一章 绪论
Chapter 1 Introduction
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
本章内容
一、混凝土结构的概念和特点
1.结构的定义与分类
2.钢筋混凝土结构的定义与分类
容许应力法缺点：没有考虑材料的非线性性能，忽视了结构实际承 载能力与按弹性方法计算结果的差异，对荷载和材料容许应力的取 值凭经验确定，缺乏科学依据。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
二、混凝土结构的发展
1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段 1)第一阶段：
* 1824年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；
2019/9/20
4.混凝土结构的优缺点
优点：
缺点：
随着科学技术的不断发 展，缺点正逐渐被克服
就地取材
自重大
用材合理
易开裂
耐久性好
耗模板
耐火性好
施工工序多、周期长
整体性好 可模性好 阻止射线的穿透
且易受天气、季节影响 拆除、改造难度大
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
二、混凝土结构的发展
2019/9/20
武汉国际证券大厦， 河南3理3工1大m学，土木工6程8学层院
深圳赛格广场，292m， 70层 2019/9/20
2013年5月25日长春市某正在改建的小学倒塌
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
广西百色德保县“楼歪歪”工程历经数月缓慢倾斜最终倒塌
河南理工大学土木工程学院
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
上海闵行区“莲花景苑”住宅楼整体倒塌
河南理工大学土木工程学院 2009年6月27日，凌晨5：30分
2019/9/20
上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
工程简况：13层住宅楼，高30多m，大开孔剪
力墙结构，无地下室，高强预应力离心管桩
事故特征：大楼整体坍塌，上部结构无明显损
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
其他分析：
著名爆破专家王百姓：北半幅的桥面和南北隔开的部分被炸开了，假如 是桥先坠落烟花爆竹后爆炸的话，就不会影响到北半部分，大桥的北半 部也受到影响说明当时是先爆炸，强烈的冲击波波及到北半幅桥面。
“1937年，茅以升找了100多关键点，才炸断钱塘江大桥。2013年，一车 爆竹让连霍高速大桥倒塌。”有人质问，“爆竹车响了能把桥震塌了， 你说是爆竹质量好还是桥质量差？”
结构按组成的材料可分为：木结构wood structure 、砌 体结构masonry structure 、钢结构steel structure 、混凝土结 构concrete structure等。
结构按结构形式可分为：砖混结构masonry['meisənri] and concrete structure 、框架结构frame structure、剪力墙shear wall structure结构、筒体tube structure结构、筒中筒结构tube in tube structure等。
河南连霍高速三门峡渑池段义昌大桥发生桥面垮塌事故
河南理工大学土木2工0程1学3院年2月1日（农历正月十一），上午8：52分 2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
义昌大桥坍塌到底原因为何 ？ 工程简况：160多m的义昌河大桥桥面有80多m
1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段
1)第一阶段：从钢筋混凝土发明至20世纪初 钢筋和混凝土的强度比较低 计算理论：弹性理论 设计方法：容许应力法
容许应力法（allowable stress method）：是建立在弹性理论基础上 的设计方法。在使用荷载作用下，它规定在使用阶段截面上的最大 应力不超过材料的容许应力。
①结构的承载能力有很大的提高； ②结构的受力性能得到显著的改善（破坏前带有明显 的预兆即：变形和裂缝都较明显）。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
重点讲述钢筋混凝土结构的材料性能、设计原则、计
算方法和构造措施。简单介绍预应力混凝土结构。
P
P
钢筋
+ 混凝土
钢筋混凝土结构（构件）
拉压性能均好 抗压性能好
2019/9/20
钢筋混凝土梁beam和板slab的受力特点：
reinforced concrete beam
reinforced concrete slab
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
3. 钢筋混凝土结构的受力特点 1）受力特点： （1）素混凝土简支梁的破坏试验：
素混凝土简支梁，跨度4 m，截面尺寸200mm×300mm、C20, 跨中集中 荷载F。
1968年建成通车 已使用46年
2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
郑州黄河二桥 2004年10月1日建成通车
已使用10年
2019/9/20
哈利法塔，阿拉伯联 合酋长国，迪拜，160 层，828m。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
中国第一高楼： 上海环球金融中心，
* 1849年，法国人L. 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；
* 1861年，法国花匠J. Monier 发明了花盆专利，钢筋混 凝土板、管道、拱桥等专利----他被认为是钢筋混凝土 结构的发明者；
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
1866年，德国学者发表了计算理论和计算方法，1887 年又公开发表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受 拉区的概念及钢筋混凝土板的计算方法。此后，钢筋 混凝土的推广应用有了较快的发展。
2019/9/20
2013年暴Fra Baidu bibliotek致使四川西部某桥垮塌
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
2013.10.8 广东惠州旱坑大桥垮塌60m
3场超强台风带来的特大洪灾导致桥梁基础及 河南理工大学土木工程学桥院 墩失稳，超载车过多是主因
2019/9/20
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
开裂前、后
河南理工大学土木工程学院
脆性破坏
破坏荷载：8 kN（一头成年象）
2019/9/20
（2）钢筋混凝土梁的破坏试验：
开裂前、后
塑性破坏
破坏荷载：36 kN
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
P
P
P
P
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
在混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋，可以 收到下列的效果：
*混凝土作为钢筋的保护层，可以防止钢筋锈蚀。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
钢筋混凝土构件按受力特点分类：
受弯构件：梁、板 受压构件：柱子、剪力墙、屋架的压杆 受拉构件：屋架的拉杆、水池的池壁 受扭构件：框架的边梁、带有悬挑雨篷的挑梁 压弯构件：偏压柱 拉弯构件 弯扭构件 拉弯扭构件
河南理工大学土木工程学院
四、本课程的特点和学习方法
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
本章重点
了解（钢筋）混凝土结构的定义、特点； 理解钢筋和混凝土共同工作的基础；
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
一、混凝土结构的概念和特点
1. 结构(structure)的定义与分类
建筑物(building)和工程设施(engineering services )中 能够承受、传递荷载(load)起骨架作用的部分称为结构。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
二、混凝土结构的发展
2)第二阶段：从20世纪初到第二次大战前后 钢筋和混凝土的强度有所提高，预应力混凝土开始研究并 应用，混凝土试验研究开始进行 计算理论：弹塑性理论 设计方法：按破损阶段计算结构的承载力
混凝土结构设计基本原理
Basic Principle of Concrete Structure Design
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武汉长江大桥
1957年建成通车 已使用57年
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南京长江大桥
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伤，下部支座无明显下沉，高强预应力管桩断裂
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上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
客观原因：大楼左侧挖土、右侧推土，引起水平推力和水平 位移 主观原因（建筑结构内在的隐患）：
3.钢筋混凝土结构的受力特点
4.钢筋混凝土结构的优缺点
二、混凝土结构的发展
1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段 2.材料方面的发展 3.结构方面的发展 4.施工技术方面的发展 5.钢筋混凝土结构计算理论的发展
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三、混凝土结构的工程应用
1.房屋工程 2.交通工程 3.水利工程 4.特种结构
坍塌，桥离地面高30m左右。
事故原因：一个满载烟花爆竹的车辆爆炸引发的
桥面坍塌，导致车辆坠落引发伤亡。
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2019/9/20
客观原因：
烟花爆竹车上装有350多袋开天雷和200多箱内筒式烟花，相当于1吨 多炸药。烟花爆竹车在节点位置上爆炸，引起了大桥跨塌。
义昌大桥是简支T梁桥，梁体在简支处断开。简支梁的特点是一端 为固定铰支座，一端为滑动铰支座，滑动支座可以沿着梁体的走向自由 滑动一定距离，但超过这个距离梁体就会从支座上掉下来。因此，很有 可能是，爆竹货车爆炸的冲击波引起梁体滑动，导致梁体滑落而跨塌。 而且，可能是两跨桥梁体的固定铰支座都设置在了中间桥墩上，一个梁 体滑落后拉倒了中间桥墩，从而导致了另一个梁体落梁，大桥也就跨塌 了。
应用，混凝土试验研究开始进行，
计算理论：概率论
设计方法：极限状态设计理论
破损阶段设计法(plastic page design method):考虑在使用阶段塑性应 力分布后结构构件截面承载力不小于外荷载产生的内力并乘以安全系 数。破损阶段设计法以构件破坏时的受力状况为依据，考虑了材料的 塑性性能，在表达式中引入了安全系数，使构件有了安全度的概念。 与容许应力法相比有了进步。
缺点：破损阶段设计法中安全系数仍凭经验确定，只是单纯的考虑了 承载力的问题，没有考虑构件在正常使用情况下的变形和裂缝问题。
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二、混凝土结构的发展
3)第三阶段：从第二次大战后到现在 高强钢筋和高强混凝土出现，预制装配式混凝土结构、高
效预应力混凝土结构、泵送混凝土、新施工技术开始广泛
专家结论：
1、经复核原勘察报告、结构设计、管桩强度符合要求； 2、紧贴7号楼北侧，在短期内堆土太高，大楼南侧的地下车 库开挖，深度4.6m，大楼两侧的压力差致使土体产生水平位 移，过大的水平力超过了大楼桩基的抗侧能力，导致房屋倾 倒。
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
建筑结构内在的隐患
桩长度大 ， 桩数量少 桩壁薄，脆性，桩截面强度小
桩长度大（约33m），桩数量少； 桩型为PHC高强预应力离心管桩，壁薄，脆性，桩截面强
度小，与普通方桩相比约差一半；
建筑物宽度小，南北两侧沉降差引起转角大，相互作用下 倾覆力矩增长迅速；
无地下室，水平力仅有桩承受，无墙相助。
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上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
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一、混凝土结构的概念和特点
2. 混凝土结构（ concrete structure ）的定义与分类
以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。
混凝土结构又分为：素混凝土结构、钢筋混凝土结 构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土 结构等。
河南理工大学土木工程学院
河南理工大学土木工程学院
利用混凝土抗压，钢筋 受拉（亦可受压）---各尽其能，相得益彰
2019/9/20
2） 混凝土和钢筋共同工作的原因
P
P
* 混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者之间通过界面 粘结力可靠地结合在一起，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
结构竖向强，侧向弱
偶然因素作用下可能发生灾难性后果
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混凝土结构设计 基本原理
第一章 绪论
Chapter 1 Introduction
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本章内容
一、混凝土结构的概念和特点
1.结构的定义与分类
2.钢筋混凝土结构的定义与分类
容许应力法缺点：没有考虑材料的非线性性能，忽视了结构实际承 载能力与按弹性方法计算结果的差异，对荷载和材料容许应力的取 值凭经验确定，缺乏科学依据。
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2019/9/20
二、混凝土结构的发展
1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段 1)第一阶段：
* 1824年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；
2019/9/20
4.混凝土结构的优缺点
优点：
缺点：
随着科学技术的不断发 展，缺点正逐渐被克服
就地取材
自重大
用材合理
易开裂
耐久性好
耗模板
耐火性好
施工工序多、周期长
整体性好 可模性好 阻止射线的穿透
且易受天气、季节影响 拆除、改造难度大
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二、混凝土结构的发展
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武汉国际证券大厦， 河南3理3工1大m学，土木工6程8学层院
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2013年5月25日长春市某正在改建的小学倒塌
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广西百色德保县“楼歪歪”工程历经数月缓慢倾斜最终倒塌
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上海闵行区“莲花景苑”住宅楼整体倒塌
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2019/9/20
上海“莲花景苑”住宅楼整体倾倒分析
工程简况：13层住宅楼，高30多m，大开孔剪
力墙结构，无地下室，高强预应力离心管桩
事故特征：大楼整体坍塌，上部结构无明显损
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2019/9/20
其他分析：
著名爆破专家王百姓：北半幅的桥面和南北隔开的部分被炸开了，假如 是桥先坠落烟花爆竹后爆炸的话，就不会影响到北半部分，大桥的北半 部也受到影响说明当时是先爆炸，强烈的冲击波波及到北半幅桥面。
“1937年，茅以升找了100多关键点，才炸断钱塘江大桥。2013年，一车 爆竹让连霍高速大桥倒塌。”有人质问，“爆竹车响了能把桥震塌了， 你说是爆竹质量好还是桥质量差？”
结构按组成的材料可分为：木结构wood structure 、砌 体结构masonry structure 、钢结构steel structure 、混凝土结 构concrete structure等。
结构按结构形式可分为：砖混结构masonry['meisənri] and concrete structure 、框架结构frame structure、剪力墙shear wall structure结构、筒体tube structure结构、筒中筒结构tube in tube structure等。
河南连霍高速三门峡渑池段义昌大桥发生桥面垮塌事故
河南理工大学土木2工0程1学3院年2月1日（农历正月十一），上午8：52分 2019/9/20
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义昌大桥坍塌到底原因为何 ？ 工程简况：160多m的义昌河大桥桥面有80多m
1.钢筋混凝土结构发展的几个阶段
1)第一阶段：从钢筋混凝土发明至20世纪初 钢筋和混凝土的强度比较低 计算理论：弹性理论 设计方法：容许应力法
容许应力法（allowable stress method）：是建立在弹性理论基础上 的设计方法。在使用荷载作用下，它规定在使用阶段截面上的最大 应力不超过材料的容许应力。
①结构的承载能力有很大的提高； ②结构的受力性能得到显著的改善（破坏前带有明显 的预兆即：变形和裂缝都较明显）。
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重点讲述钢筋混凝土结构的材料性能、设计原则、计
算方法和构造措施。简单介绍预应力混凝土结构。
P
P
钢筋
+ 混凝土
钢筋混凝土结构（构件）
拉压性能均好 抗压性能好
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钢筋混凝土梁beam和板slab的受力特点：
reinforced concrete beam
reinforced concrete slab
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3. 钢筋混凝土结构的受力特点 1）受力特点： （1）素混凝土简支梁的破坏试验：
素混凝土简支梁，跨度4 m，截面尺寸200mm×300mm、C20, 跨中集中 荷载F。
1968年建成通车 已使用46年
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郑州黄河二桥 2004年10月1日建成通车
已使用10年
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哈利法塔，阿拉伯联 合酋长国，迪拜，160 层，828m。
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中国第一高楼： 上海环球金融中心，
* 1849年，法国人L. 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；
* 1861年，法国花匠J. Monier 发明了花盆专利，钢筋混 凝土板、管道、拱桥等专利----他被认为是钢筋混凝土 结构的发明者；
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2019/9/20
1866年，德国学者发表了计算理论和计算方法，1887 年又公开发表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受 拉区的概念及钢筋混凝土板的计算方法。此后，钢筋 混凝土的推广应用有了较快的发展。
2019/9/20
2013年暴Fra Baidu bibliotek致使四川西部某桥垮塌
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2013.10.8 广东惠州旱坑大桥垮塌60m
3场超强台风带来的特大洪灾导致桥梁基础及 河南理工大学土木工程学桥院 墩失稳，超载车过多是主因
2019/9/20
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开裂前、后
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脆性破坏
破坏荷载：8 kN（一头成年象）
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（2）钢筋混凝土梁的破坏试验：
开裂前、后
塑性破坏
破坏荷载：36 kN
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P
P
P
P
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
在混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋，可以 收到下列的效果：
*混凝土作为钢筋的保护层，可以防止钢筋锈蚀。
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钢筋混凝土构件按受力特点分类：
受弯构件：梁、板 受压构件：柱子、剪力墙、屋架的压杆 受拉构件：屋架的拉杆、水池的池壁 受扭构件：框架的边梁、带有悬挑雨篷的挑梁 压弯构件：偏压柱 拉弯构件 弯扭构件 拉弯扭构件
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四、本课程的特点和学习方法
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
本章重点
了解（钢筋）混凝土结构的定义、特点； 理解钢筋和混凝土共同工作的基础；
河南理工大学土木工程学院
2019/9/20
一、混凝土结构的概念和特点
1. 结构(structure)的定义与分类
建筑物(building)和工程设施(engineering services )中 能够承受、传递荷载(load)起骨架作用的部分称为结构。