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混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念以及組成原理

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   混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念
    土木工程的對(duì)象是建造在地上或地一下、陸上或水中，直接或間接為人類(lèi)生活、生產(chǎn)、軍事、科研服務(wù)的各種工程設(shè)施，如房屋、道路、鐵路、運(yùn)愉管道、隧道、橋梁、運(yùn)河、堤壩、港口、電站、機(jī)場(chǎng)、海洋平臺(tái)、給水排水工程以及防護(hù)工程等。土木工程結(jié)構(gòu)是保證工程正常和安全使用的骨架。組成結(jié)構(gòu)體系的部件就是構(gòu)件，如梁、板、柱、基礎(chǔ)等。根據(jù)結(jié)構(gòu)所使用材料的不同，結(jié)構(gòu)可分為鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等多種。同一種材料組成的結(jié)構(gòu)，由于組成形式不同，又可以分為不同的體系，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。

    混凝上結(jié)構(gòu)是以棍凝土材料為主建成的結(jié)構(gòu)。包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)三種。索混凝土結(jié)構(gòu)指無(wú)筋或不配置受力鋼筋的混凝土建成的結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)指由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力棍凝土結(jié)構(gòu)是由受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過(guò)張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土建成的結(jié)構(gòu)。按施工方法棍凝土結(jié)構(gòu)又分現(xiàn)澆棍凝土結(jié)構(gòu)、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)和裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)是指在現(xiàn)場(chǎng)支模并整體澆筑而成的混凝土結(jié)構(gòu)；裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過(guò)連接裝配而成的混凝土結(jié)構(gòu)；裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是指由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過(guò)鋼筋、連接件或施加預(yù)應(yīng)力等方式連接，并現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土而形成整體的結(jié)構(gòu)。按結(jié)構(gòu)形式，混凝土結(jié)構(gòu)又分為框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是由梁和柱主要通過(guò)剛接連接而構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)是由剪力墻組成承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)；框架一剪力墻結(jié)構(gòu)是由剪力墻和框架共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)工程的具體情況選用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式及體系。

         混凝土結(jié)構(gòu)的組成原理
    混凝土材料是一種應(yīng)用非常廣泛的人工脆性工程材料，其最顯著的力學(xué)特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低。一般來(lái)說(shuō)，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/17一1/8（普通混凝土）。1/24一1/20（高強(qiáng)混凝土）。而大多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件要承受彎矩等作用，其截面上都有拉應(yīng)力，如果完全由素混凝土承載，承載能力將非常低。素混凝土梁的抗彎能力很低。

    在很小彎矩的作用下，梁就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。因此，不配置鋼筋的素混凝土無(wú)法應(yīng)用于能產(chǎn)生拉應(yīng)力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。

        解決這個(gè)問(wèn)題有三種途徑，一是將受壓能力高的混凝土材料和抗拉能力高的其他材料復(fù)合在一起做成復(fù)合截面；二是在混凝土材料中增加抗拉纖維，提高混凝土材料的抗拉能力；三是在混凝土截面的受拉區(qū)設(shè)置增強(qiáng)的受拉筋。工程實(shí)踐表明，在混凝土截面中設(shè)置增強(qiáng)的受拉筋是最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法。英文中的Reinforced Concrete就是加筋混凝土的意思。增強(qiáng)筋的種類(lèi)和形式很多，但應(yīng)用最廣泛的是加鋼筋，這就是鋼筋混凝土。

        對(duì)于素混凝土梁，按彈性理論分析，在荷載作用下，當(dāng)截面底部受拉邊緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，這個(gè)構(gòu)件就會(huì)發(fā)生突然脆性斷裂破壞，破壞前無(wú)明顯頂兆。由于中性軸在截面中間，截面頂部受壓邊緣的應(yīng)力與斷裂時(shí)底部邊緣拉應(yīng)力的大小相同。其受壓區(qū)域并不能充分發(fā)揮作用。

        如果在混凝土梁受拉區(qū)域的邊緣（有一定的保護(hù)層厚度）設(shè)置俐筋，當(dāng)混凝土開(kāi)裂后，梁不但不會(huì)立即脆性斷裂，反而還可以繼續(xù)承擔(dān)增加的荷載。因?yàn)殇摻羁梢岳^續(xù)承擔(dān)受拉區(qū)的拉力。當(dāng)荷載增加到鋼筋受拉屈服時(shí)，這時(shí)雖然荷載不能繼續(xù)增加，但梁可以繼續(xù)變形，只要鋼筋屈服后有足夠的變形能力。隨著變形的繼續(xù)增加，受壓區(qū)的混凝土的應(yīng)力和變形繼續(xù)增大，當(dāng)梁截面受壓邊緣的混凝土被壓碎時(shí)，此時(shí)，受壓區(qū)混凝土壓力和受拉區(qū)鋼筋拉力組成的內(nèi)力矩?zé)o法與外彎矩平衡而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。與素混凝土梁相比，鋼筋混凝土梁破壞的荷載大大增加，而且破壞前構(gòu)件有明顯的裂縫和變形，有顯著的預(yù)兆，其破壞形式屬于延性破壞。實(shí)際工程中，不僅要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件有比較高的承載能力，而且要求構(gòu)件在破壞前能有明顯的預(yù)兆，以最大限度地減少財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要同時(shí)考慮承載能力和變形能力兩方面的問(wèn)題。

        除在受彎構(gòu)件的受拉區(qū)配置鋼筋外。凡是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中可能出現(xiàn)拉應(yīng)力的位置都應(yīng)配置鋼筋，以防構(gòu)件開(kāi)裂。提高構(gòu)件的承載能力、適用性和耐久性。如在受彎構(gòu)件的彎剪段，由于存在剪應(yīng)力。截面上的主拉應(yīng)力容易使構(gòu)件產(chǎn)生斜裂縫而破壞。此時(shí)可以通過(guò)配置箍筋來(lái)提高構(gòu)件的抗剪承載能力。箍筋不僅有提高抗剪承載能力的作用，還有約束混凝土，提高混凝土變形性能的作用。在由于溫度變形或收縮變形引起構(gòu)件開(kāi)裂的情況下，可以配置鋼筋網(wǎng)來(lái)防止出現(xiàn)溫度裂縫或收縮裂縫。鋼筋不僅可以布里在受拉區(qū)。也可以布置在受壓區(qū)，提高構(gòu)件的承載能力和延性。對(duì)于承受比較大荷載的構(gòu)件，混凝土中還可以放置型鋼，形成鋼骨混凝土。