
1、混凝土的概念和混凝土结构的概念
由水泥等胶凝材料、石子和砂等粗细骨料及水和其他掺合料及外加剂,按适当比例配制,拌和并硬化而成的具有一定强度和耐久性的人造石材,称为混凝土,也常被称为“砼”。从“砼”字的组成结构上,也可以看到混凝土的特点,即人工制造的石材。
混凝土结构是以混凝土为主要材料,并根据需要配置钢筋、预应力筋或者型钢而组成承力构件的结构,如素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢管或钢骨混凝土结构和纤维混凝土结构。
2、混凝土结构设计的基本思想
钢筋和混凝土都是现代土木工程中重要的建筑材料,钢筋的抗拉和抗压强度都很高,但混凝土的抗压强度较高而抗拉强度却很低。为充分发挥两种材料各自的性能优势,把钢筋和混凝土按照合理的组合方式有机地结合起来,共同工作,使钢筋主要承受拉力,混凝土主要承受压力,以满足工程结构的使用要求,这就是混凝土结构设计的一个基本思想。
3、素混凝土梁与钢筋混凝土梁在受力和破坏特征上的区别
图1-1 混凝土简支梁受力分析
对于图1-1所示的简支混凝土梁,在外力作用下会产生弯曲变形,在弯曲的过程中,梁上部材料受压,下部受拉;当此梁由素混凝土制成时,由于混凝土抗拉强度很低,当荷载作用值还很小时,梁下部受拉区边缘的混凝土就会出现裂缝(图中可以看到),而受拉区混凝土一旦开裂,在荷载持续作用下,裂缝迅速向上发展,梁在瞬间骤然脆裂断开,而梁上部混凝土的抗压能力却还未能充分利用,因此,素混凝土梁的承载力很低,变形发展不充分,属脆性破坏。脆性破坏在实际工程中是不允许出现的。
当在梁受拉区配置适量的钢筋,形成钢筋混凝土梁时,在荷载作用下,梁的受拉区混凝土仍会开裂,但由于钢筋的存在,钢筋就可以代替受拉区混凝土承受拉力,因此裂缝不会迅速发展,受压区的压应力仍由混凝土承受,而梁可以承受继续增大的荷载,直到钢筋的应力达到其屈服强度。随后荷载仍略有增加,致使受压区混凝土被压碎,可见混凝土抗压强度得到了充分利用。此时梁达到极限承载力,挠度变形明显,发展充分,属延性破坏。
比较素混凝土梁和钢筋混凝土梁的受力和破坏特点,可以发现,在受拉区配置钢筋明显地提高了梁在受拉区的抗拉能力,从而使钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁有很大的提高。在钢筋混凝土梁中,混凝土的抗压能力和钢筋的抗拉能力都得到了充分利用,而且在梁破坏前,其裂缝充分发展,变形明显增大,有明显的破坏预兆,结构的受力特性得到显著改善。因此,我们工程中通常采用钢筋混凝土梁。
同样,对于承受压力的构件——柱,通常也配置钢筋,来协助混凝土承受压力,以达到减小柱截面尺寸、改善柱的受力性能、提高柱的承载能力和增加柱的延性的目的。
为了更直观地理解素混凝土梁与钢筋混凝土梁在受力和破坏特征上的区别,请同学们观看视频一、视频二、视频三