以混凝土为主要材料的结构称为混凝土结构,包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构以及配置各种纤维筋的混凝土结构。素混凝土是不配置钢筋的混凝土,常用于路面、垫层和一些非承重结构;在混凝土构件的适当部位配置钢筋即是钢筋混凝土结构;预应力混凝土结构是在结构或者构件中配置了预应力钢筋并施加预应力的结构。
图1 常见的混凝土结构构件形式
混凝土材料的抗压强度较高而抗拉强度很低。因此,素混凝土结构的应用受到很大限制。而相比之下,钢筋的抗拉、压强度均很高。如将混凝土和钢筋这两种材料结合在一起,使混凝土主要承受压力,而钢筋主要承受拉力,这就成为了钢筋混凝土结构。
图2 素混凝土梁和钢筋混凝土梁的受力性能
根据构件受力状态配置受力钢筋形成钢筋混凝土构件,可以充分利用钢筋和混凝土各自的材料特点,把二者有机地结合在一起共同工作,从而提高构件的承载能力并改善其受力性能。在钢筋混凝土构件中,钢筋的作用是代替混凝土受拉(受拉区出现裂缝后)或协助混凝土受压。
钢筋与混凝土两种材料能够有效地结合在一起而共同工作,主要基于下述三个条件:
(1)钢筋与混凝土之间存在着粘结力,使二者能结合在一起。
(2)钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数很接近。
(3)钢筋埋置于混凝土中,混凝土对钢筋起到了保护和固定作用,使钢筋不容易发生锈蚀,且使其受压时不易失稳,在遭受火灾时不致因钢筋很快软化而导致结构整体破坏。
因此,在混凝土结构中,钢筋表面必须有一定厚度的混凝土作保护层,这是保证二者共同工作的必要措施。
混凝土结构的优点是强度高、耐久性好、耐火性好、可模性好、整体性好、易于就地取材、节约钢材等。缺点是自重大、抗裂性较差、需用模板、一旦损坏修复较困难。
此外,混凝土结构施工工序复杂,周期较长,且受季节气候影响;对于现役混凝土结构,如遇损伤则修复困难;隔热、隔声性能也比较差。
随着科学技术的不断发展,混凝土结构的缺点正在被逐渐克服或有所改进。如采用轻质、高强混凝土及预应力混凝土,可减小结构自重并提高其抗裂性;采用可重复的钢模板降低工程造价;采用预制装配式结构,可改善混凝土结构的制作条件 少受或不受气候条件的影响,并能提高工程质量及加快施工进度等。
混凝土结构最早于19世纪中期在欧洲开始应用,距今已有170多年的历史。目前,混凝土结构已成为现代最主要的、应用最普遍的结构形式之一,广泛应用于厂房、住宅、写字楼等多层和高层建筑中,在桥梁工程、特种结构、水利及其他工程也有大量应用。
混凝土材料主要的发展方向是高强、轻质、耐久、提高抗裂性和易于成型,例如混凝土外加剂的应用对改善混凝土的性能起了很大的作用。钢筋的发展方向是高强、较好的延性和良好的黏结锚固性能,我国大力提倡使用400MPa和500MPa的钢筋。
随着技术的发展,混凝土结构在其所用材料和配筋方式上有了许多新进展,形成了一些新型混凝土及结构形式,如高性能混凝土、纤维增强混凝土及钢与混凝土组合结构等。
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知识点:混凝土结构的一般概述
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