混凝土结构原理课件

绪论

以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。它包括素混凝土结构、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。

素混凝土结构是指不配置任何钢材的混凝土结构。

钢筋混凝土结构是指用圆钢筋作为配筋的普通混凝土结构、图0-1为常见钢筋混凝土结构和构件的配筋实例.§0.1混凝土结构的基本概念

图0-1a、b型钢筋混凝土结构又称为钢骨混凝土结构。它是指用型钢或用钢板焊成的钢骨架作为配筋的混凝土结构。图0-2为用型钢作为混凝土梁配筋的截面形式、图0-3为用型钢作为混凝土柱配筋的截面形式。

钢管混凝土结构是指在钢管内浇捣混凝土做成的结构。

预应力混凝土结构是指在结构构件制作时，在其受拉部位上人为地预先施加压应力的混凝土结构。素混凝土结构由于承载力低、性质脆，很少用来作为土木工程的承力结构、

型钢混凝土结构承载能力大、抗震性能好。但耗钢量较多，可在高层、大跨或抗震要求较高的工程中采用。

钢管混凝土结构的构件连接较复杂，维护费用大。本书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.对于预应力混凝土结构，将在本书的第八章中介绍。钢筋混凝土结构的特点和主要优缺点：1.受力特点：（1）素混凝土简支梁的破坏试验：图0-4a为一根未配置钢筋的素混凝土简支梁，跨度4m，截面尺寸b×h=200mm×300mm、混凝土强度等级为C20。梁的跨中作用一个集中荷载F，对其进行破坏性试验。试验结果表明：（1）当荷载较小时，截面上的应变则同弹性材料的梁一样，沿截面高度呈直线分布；（2）当荷载增大使截面受拉区边缘纤维拉应变达到混凝土抗拉极限应变时该处的混凝土被拉裂，裂缝沿截面高度方向迅速开展，试件随即发生断裂破坏。（3）破坏的性质：破坏是突然的，没有明显的预兆，属于脆性破坏。尽管混凝土的抗压强度比其抗拉强度高几倍或十几倍，但得不到充分利用，因为该试件的破坏是由混凝土的抗拉强度控制，破坏荷载值很小，只有8kN左右。

（2）钢筋混凝土梁的破坏试验：在梁的受拉区布置三根直径为16mm的HPB235级钢筋(记作3Φ16)并在受压区在布置两根为10mm的架力钢筋和适量的箍筋。再进行同样的荷载试验(图0-4b)①当加载到一定阶段使截面受拉区边缘纤维拉应力达到混凝土抗拉极限强度时，混凝土虽被拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速开展，试件也不会随即发生断裂破坏。②混凝土开裂后，裂缝截面的混凝土拉应力由纵向受拉钢筋来承受，故荷载还可进一步增加。此时变形将相应发展，裂缝的数量和宽度也将增大。③受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度都被充分利用时，试件才发生破坏。④破坏性质：试件破坏前，变形和裂缝都发展得很充分，呈现出明显的破坏预兆，属于塑性破坏。虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整个截面面积的

1％左右，但破坏荷载却可以提高到36kN左右。

归纳总结一下：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：

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）。

（3）钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料，它们可以相互结合共同工作的主要原因是：

①混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力。粘结力是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础；

②钢筋的线膨胀系数为1.2×10-5℃-1，混凝土的为1.0×10-5℃-1～1.5×10-5℃-1，二者数值相近。因此.当温度变化时，钢筋与混凝土之间不会存在较大的相对变形和温度应力而发生粘结破坏。

（4）钢筋混凝土结构的优点：钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较好的受力性能以外。与其他结构相比还具有下列优点：

①就地取材。钢筋混凝土结构中，砂和石料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小。砂和石料一般可以由建筑工地附近供应。

②节约钢材。钢筋混凝土结构的承载力较高。大多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。

③耐久、耐火。钢筋埋放在混凝土中，受混凝土保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的耐久性。当火灾发生时。钢筋混凝土结构不会象木结构那样被燃烧，也不会象钢结构那样很快软化而破坏。

④可模性好。钢筋混凝土结构可以根据需要浇捣成任何形状。

⑤现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性好，刚度大。

（5）钢筋混凝土结构的缺点：

①自重大。钢筋混凝土的重度约为25kN/m3，比砌体和木材的重度都大。尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸比钢结构的大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构。

②抗裂性差。如前所述，混凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成不安全感。

③施工的周期较长，受天气的影响较大，需要较多的脚手架、模板。

④补强维修较难。

综上所述不难看出：钢筋混凝土结构的优点远多于其缺点。因此，它已经在房屋建筑（教学楼）、地下结构（钢筋混凝土桩基）、桥梁（城市立交桥）、铁路（钢筋混凝土枕木）、隧道（钢筋混凝土砌衬）、水利（三峡大坝）、港口（码头平台）等工程中得到广泛应用。

针对其缺点人们研究出许多的有效措施：①为了克服钢筋混凝土自重大的缺点，已经研究出许多高强轻质的混凝土和强度很高的钢筋；②为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应力等等。③但还有许多工程实际问题等待我们的同学们去探索和研究。§0.2混凝土结构的应用与发展概况

一、混凝土早期的发展

1824年英国约瑟夫·阿斯匹丁发明了波特兰水泥并取得了专利。

1850年，法国蓝波特（L.Lambot）制成了铁丝网水泥砂浆的小船。

1861年法国约瑟夫·莫尼埃（JosephMomier）获得了制造钢筋混凝土板、管道和拱桥等的专利。德国学者1866年发表了计算理论和计算方法，1887年又发表了试验结果，并提出了钢筋应配置在受拉区的概念和板的计算方法。在此之后，钢筋混凝土的推广应用才有了较快的发展。

1891年－1894年，欧洲各国的研究者发表了一些理论和试验研究结果。但是在1850－1900年的整整50年内，由于工程师们将钢筋混凝土的施工和设计方法视为商业机密，因此总的来说公开发表的研究成果不多。

美国学者1850年进行过钢筋混凝土梁的试验，但其研究成果直到年才1877发表并为人所知。19世纪70年代有学者曾使用过某些形式的钢筋混凝土，并且于1884年第一次使用变形（扭转）钢筋并形成专利。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。从20世纪30年代开始，从材料性能的改善，结构形式的多样化，施工方法的革新，计算理论和设计方法的完善等多方面开展了大量的研究工作，工程应用十分普遍，使钢筋混凝土结构进入了现代化阶段。

二、混凝土结构用材料的发展——高强轻质（1)混凝土材料强度大幅提高在20世纪30年代混凝土平均强度约为10MPa，到20世纪50年代初已提高到20MPa，20世纪60年代约为30MPa，20世纪70年代初已提高到40MPa。到20世纪80年代初，在发达国家C60级混凝土已经普遍采用。近年来国内外采用附加减水剂的方法已制成强度为200MPa以上的混凝土。高强混凝土的出现更加扩大了混凝土结构的应用范围，为钢筋混凝土的防护工程、压力容器、海洋工程等领域的应用创造了条件。（2）轻质混凝土的研究与应用从20世纪60年代以来，轻骨料（陶粒、浮石等）混凝土和多孔（主要是加气）混凝土得到迅速发展，其重度为14－18KN/m3。。

三、预应力混凝土结构的发展

1928年法国工程师弗耐西涅成功地将高强钢丝用于预应力混凝土，使预应力混凝土的概念得以在工程实践中成为现实。预应力混凝土的概念在19世纪80年代已提出，但是当时因钢筋强度偏低及对预应力损失缺乏深入研究，使预应力混凝土未能成功地实现。预应力混凝土的广泛应用是在1938年弗耐西涅发明锥形楔式锚具（弗式锚具）和1940年比利时的门格尔发明门格尔体系之后。预应力混凝土结构的抗裂性得到根本的改善，使高强钢筋能够在混凝土结构中和到有效的利用，使混凝土结构能够用于大跨结构、压力贮罐、核电站容器等领域中。

四、在结构形式方面的发展

1.钢筋混凝土在高层建筑中的应用高强混凝土的发展，促进了混凝土结构在超高层建筑中的应用。1976年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达74层，高262米。朝鲜平壤的柳京大厦，105层，高305米，也是混凝土结构。美国、俄罗斯等国在启层建筑中采用的混凝土，强度已达C80~C100。美国西雅图市的TwoUnionSquare大厦（58层）60%的竖向荷载由中央四根直径为10英尺（3.05m）的钢管混凝土柱承受，钢管内填充的混凝土强度等级达C135。

2.钢筋混凝土结构在桥梁，特种结构、水利工程、海洋工程、港口码头工程等各个领域内的发展

1875年法国莫尼埃曾主持修建过一座长达16m的钢筋混凝土桥，1983年巴西建成主跨为440m的预应力混凝土斜拉桥，1997年我国在四川万县建成主跨420m的混凝土拱桥等。在这些方面所取得的瞩目成就这里不再一一不列举了。从1925年德国第一次采用折板结构大型煤仓开始，薄壁空间结构逐渐在屋盖及贮仓水塔、水池等构建物中得到广泛应用。

五、在计算理论与设计方法方面的发展

20世纪30年代以前，将钢筋混凝土视为理想弹性材料，按材料力学的允许应力①法进行设计计算。但从20世纪初即开始了对钢筋混凝土构件考虑材料塑性性能的研究。前苏联在1938年颁布了世界上第一本按破损阶段设计②钢筋混凝土构件的规范，标志着钢筋混凝土构件承载力计算的实用方法进入了一个新的发展阶段。20世纪30年代以后，在钢筋混凝土超静定结构中考虑塑性内力重分布的计算理论也取和了很大进展，从20世纪50年代开始，已在双向板、连续梁及框架的设计中得到了应用。

20世纪60年代以来，随着电子计算机的普及与计算力学的发展，将有限元法用于钢筋混凝土的理论研究与设计计算，大大促进了钢筋混凝土理论及设计方法的发展。在结构的安全度及可靠度设计方法方面，20世纪50年代以前，基本上处于经验性的允许应力法的阶段。20世纪50－60年代，世界各国逐步半经验半概率的极限状态设计法。20世纪70年代以来，以概率论数理论统计学为基础的结构可靠度理论有了很大的发展，使结构可靠度的近似概率法③进入了工程设计中。§0.3混凝土结构设计原理课程的特点的学习方法

一、本课程主要教授的主要内容：（1）钢筋混凝土结构设计原理课程主要是对房屋建筑与公路桥涵工程中混凝土结构构件的受力性能、计算方法和构造要求等问题进行讨论。主要内容：①混凝土结构的材料性能，它是学习以后各章的基础。②受弯构件正截面承载力计算③受弯构件斜截面承载力计算④轴心受力构件承载力计算，⑤偏心受力构件承载力计算⑥混凝土构件的裂缝、变形和耐久性⑦预应力混凝土构件设计。（2）钢筋混凝土结构设计课程主要是对房屋建筑中混凝土结构受力性能、计算方法和构造要求等问题进行讨论。具体内容包括：钢筋混凝土梁板结构设计、钢筋混凝土单层厂房设计。对应的后续两个课程设计。二、课程特点及学习应注意的事项：

(1)混凝土结构通常是由钢筋和混凝土结合而成的一种结构。钢筋混凝土材料与理论力学中的刚性材料以及材料力学、钢结构力学中理想弹性材料或理想弹塑材料有很大的区别。为了对混凝土结构的受力性能与破坏特征有较好的了解，首先要求对钢筋混凝土的力学性能要很好地掌握。

(2)混凝土结构计算公式具有经验性：

①混凝土结构在裂缝出现以前的抗力行为，与理想弹性结构相近。但是在裂缝出现以后，与理想弹性材料有显著不同。

②混凝土结构的受力性能还与结构的受力状态、配筋方式和配筋数量等多种因素有关，暂时还难以用一中简单的数学、力学模型来描述。因此，目前主要以混凝土结构构件的试验与工程实践经验为基础进行分析，许多计算公式都带有经验性质。它们虽然不那样严谨，然而却能够较好地反映结构的真实受力性能。

(3）明白分析公式与设计公式之间区别，了解和掌握我国当前有关混凝土结构设计的技术和经济政策。工程实际情况是非常复杂的，建筑结构上的实际荷载和实际材料指标与规范规定的大小会有一定的出入。它们可能高于规范规定的数值，也可能低于规范规定的数值。此外，不同结构的重要性也不一样，它们对结构的安全、适用和耐久的要求不相同。为了使混凝土结构设计满足讲技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，将混凝土结构各种分析公式用于设计时，要考虑上述各种因素的影响。

(4)构造要求是非常主要的内容

进行混凝土结构设计时离不开计算。但是，现行的计算方法一般只考虑荷载效应。其他影响因素，如：混凝土收缩、温度影响以及地基不均匀沉陷等，难于用计算公式来表达。GB50010-2002《混凝土结构设计规范》(以下简称《规范》)根据长期的工程实践经验，总结出一些构造措施来考虑这些因素的影响。因此，在学习本课程时，除了要对各种计算公式了解和掌握以外，对于各种构造措施也必须给予足够的重视。在设计混凝土结构时，除了进行各种计算之外，还必须检查各项构造要求是否得到满足。

(5)《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002)的掌握、应用与不断探索创新的重要性各国都制订有专门的技术标准的设计规范。在学习混凝土结构时，应该很好地熟悉、掌握和运用它们。但是也要了解，混凝土结构是一门比较年轻和迅速发展的学科，许多计算方法和构造措施还不一定尽善尽美。也正因为如此，各国每隔一段时间都要对其结构设计标准或规范进行修订，使之更加完善合理。因此，在很好地学习的运用规范的过程中，也在关于发现问题，灵活运用，并且要勇于进行探索与创新。钢筋混凝土结构学

第一章混凝土结构的材料性能

混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作而成。为了合理地进行混凝土结构设计，需要深入地了解混凝土和钢筋的受力性能。对混凝土和钢筋力学性能、相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土结构构件性能并对其进行分析与设计的基础。§1.1钢筋

1.1.1钢筋的品种和性能一、分类1.按加工方法分：

热轧钢筋、热处理钢筋、中高强钢丝、钢绞线、冷加工钢筋2.按使用用途分：普通钢筋、预应力钢筋3.按化学成分分：低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋4.按力学性能分：有明显屈服点钢筋（“软钢”）、无明显屈服点钢筋（“硬钢”）5.按钢筋表明形状分：光面钢筋、变形钢筋

(1)热轧钢筋热轧钢筋是钢厂用普通低碳钢(含碳量不大于0.25％)和普通低合金钢(合金元素不大于5％)制成。其常用种类、代表符号和直径范围如表1-1所示。强度等级代号钢种符号d/mmHPB235Q235（低碳钢）6~20HRB33520MnSi（低合金钢）6~50HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi（低合金钢）6~50RRB400K20MnSi（低合金钢）8~40HPB235为热轧光面钢筋，普通钢筋，“软钢”HRB335和HRB400是热轧变形钢筋，普通钢筋，“软钢”RRB400是余热处理钢筋余热处理钢筋是将屈服强度相当于HRB335的钢筋在轧制后穿水冷却，然后利用芯部的余热对钢筋表面的淬水硬壳回火处理而成的变形钢筋。其性能接近于HRB400级钢筋，但不如HRB400级钢筋稳定，焊接时钢筋回火强度有所降低，因此应用范围受到限制。表1-1常用热轧钢筋的种类、代表符号和直径范围

在公路桥涵工程中，热轧光面钢筋用R235表示，余热处理钢筋用KL400表示。

钢筋的直径范围并不表示在此范围内任何直径的钢筋钢厂都生产。钢厂提供的钢筋直径为6mm，6.5mm，8mm，8.2mm，10mm，12mm，14mm，16mm，18mm，20mm，22mm，25mm，28mm，32mm，36mm，40mm和

50mm。其中，d=8.2mm的钢筋仅适用于有纵肋的热处理钢筋。设计时，应在表1-1的直径范围和上述提供的直径内选择钢筋。直径大于40mm的钢筋主要用于大坝一类大体积混凝土结构中。当采用直径大于40mm的钢筋时，应有可靠的工程经验。

钢筋表面形状的选择取决于钢筋的强度。为了使钢筋的强度能够充分地利用，强度越高的钢筋要求与混凝土粘结的强度越大。提高粘结强度的办法是将钢筋表面轧成有规律的凸出花纹，称为变形钢筋。HPB235钢筋的强度低，表面做成光面即可(图1-1a)其余级别的钢筋强度较高，表面均应做成带肋形式。变形钢筋的表面形状，我国以往长期采用螺旋纹和人字纹两种(图1-1b，c)，表面花纹由两条纵助和螺旋形横助或人字形横肋组成。鉴于这种形式的横肋较密，消耗于肋纹的钢材较多，纵肋和横肋相交，容易造成应力集中，对钢筋的动力性能不利，故近几年来我国已将变形钢筋的肋纹改为月牙纹(图1-1d)。月牙纹钢筋的特点是横肋呈月牙形，与纵肋不相交，且横肋的间距比老式变形钢筋大，故可克服老式钢筋的缺点，而粘结强度降低不多。

(2)热轧钢筋的力学性能

①应力——应变曲线的一般特征

热轧钢筋具有明显的屈服点和屈服台阶(图1-2)。根据热轧钢筋应力——应变曲线的基本特征，在建立钢筋混凝土构件截面承载力计算理论时作了如下两点简化：

A.忽略从比例极限到屈服点之间钢筋微小的塑性应变，即假设钢筋应力不大于屈服点时应力-应变关系-直服从胡克定律，处于理想弹性阶段；

B.不利用应力强化阶段，假设钢筋混凝土构件截面达到破坏时，钢筋拉应力保持为屈服点应力，应变则处于流幅以内。通常热轧钢筋也称为“软钢”。经上述简化后，热轧钢筋的应力-应变关系可简化为图1-3所示的曲线(图中fy为钢筋抗拉强度设计值)。

②塑性性能

A.伸长率---试件断裂前的永久变形与原标定长度的百分比.

伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，伸长率越大，塑性越好。伸长率用δ表示，我国以往用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变(用百分率表示)作伸长率，即(1-1)式中l——钢筋拉伸试验试件的应变量测标距；

l′——试件经拉断并重新拼合后量测断口两侧的标距，即产生残留伸长后的标距。

(1-2)

B.冷弯试验。冷弯试验是检验钢筋塑性的另-种方法。伸长率一般不能反映钢材脆化的倾向。

为了使钢筋在弯折加工时不致断裂和在使用过程中不致脆断，应进行冷弯试验，并保证满足规定的指标。冷弯试验的示意图如图1-5。图中D称为弯心直径；α为冷弯角度。冷弯试验的合格标准为在规定的D和α下冷弯后的钢筋应无裂纹、鳞落或断裂现象。

③强度及弹性模量

热轧钢筋的强度以屈服点应力为依据。为什么不采用极限抗拉强度为依据？这是因为钢筋应力超过屈眼点后将产生过大的应变，导致混凝土的裂缝将过宽。但是作为一种安全储备，钢筋的极限抗拉强度仍有重要意义。即通常希望构件的某个(或某些)截面已经破坏时，钢筋仍不致被拉断而造成整个结构倒塌。要求钢筋的屈服应力不低于规定值。而且“屈服应力／极限抗拉强度”值(通常称为“屈强比”)不宜过大。钢筋强度用标准值和设计值表示。

规范取具有95％以上的保证率的屈服强度作为钢筋的强度标准值fyk。钢筋强度的设计值fy等于钢筋强度标准值除以材料分项系数γs，即

(1-3)

由于钢材的均质性较好，质量波动较小，因此，建筑工程规范对各种热轧钢筋统-取γs=1.10。公路桥涵工程的可靠度要求比建筑工程高一些，取γs=1.20。建筑工程的热轧钢筋强度标准值见附表2-1，设计值见附表2-3，弹性模量见附表2-5。公路桥涵工程的热轧钢筋强度标准值见附表10-4，设计值见附表10-6，弹性模量见附表10-8。

钢筋的强度标准值用于正常使用极限状态的验算，设计值用于承载能力极限状态的计算。

2.中、高强钢丝和钢绞线中、高强钢丝直径为4～10mm，捻制成钢绞线后也不超过15.2mm。钢丝外形有光面、刻痕、月牙肋及螺旋肋几种，而钢绞线则为绳状，由2股、3股或7股钢丝捻制而成，均可盘成卷状。刻痕钢丝、螺旋肋钢丝和绳状钢绞线的形状如图1-6所示。

中、高强钢丝和钢绞线均无明显的屈眼点和屈服台阶，也称为“硬钢”，其抗拉强度很高：中强钢丝的抗拉强度为800～1370MPa，高强钢丝、钢绞线的抗拉强度为1470～1860MPa。伸长率则很小，δ100=3.5％～4％。中、高强钢丝和钢绞线的应力-应变特征如图1-7所示。图中δ0.2为对应于残余应变为0.2％的应力，称之为无明显屈服点钢筋的条件屈服点。

中、高强钢丝和钢绞线用作预应力混凝土结构的钢筋。在预应力混凝土结构中，除了采用中、高强钢丝外，还采用热处理钢筋。热处理钢筋是将强度很高的热轧钢筋经过加热、淬火和口火等调质工艺处理的热轧钢筋。其抗拉强度为1470MPa，伸长率δ10＝6％，无明显的屈服点和屈服台阶。中、高强钢丝和钢绞线的强度标准值取具有95％以上保证率的抗拉强度值。设计值取条件屈服点除以分项系数γs。条件屈服点不小于抗拉强度的85％，建筑工程中取材料分项系数γs=1.20，公路桥涵工程中取γs=1.25。建筑工程规范中，中高强钢丝、钢绞线和热处理钢筋的代表符号、直径范围、强度标准位见附表2-2，设计值见附表2-4，弹性模量见附表2-5。公路桥涵规范中，中高强钢丝、钢绞线和精制螺纹钢筋的强度标准值见附表10-5，设计值见附表10-7，弹性模量见附表10-8。

3.冷加工钢筋冷加工钢筋是指在常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行加工得到的钢筋。常用的加工工艺有冷拉、冷拔、冷轧和冷轧扭四种。其目的都是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。但是，经冷加工后的钢筋在强度提高的同时，延伸率显著降低，除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋均无明显屈服点和屈服台阶。

(1)冷拉钢筋

(2)冷拔钢筋冷拔是将钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拨丝模(图1-9)。这时钢筋受到纵向拉力和横向压力的作用，内部结构发生变化，截面变小而长度增加。经过几次冷拔，钢筋强度比原来的有很大提高，但塑性则显著降低。且没有明显的屈服点(图1-10)。冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。

冷拔低碳钢丝为光圆钢丝，直径为3mm，4mm，5mm，强度为550MPa，650MPa和750MPa三种。其中，550MPa冷拔低碳钢丝用作非预应力钢筋，其余用作预应力钢筋。

(3)冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是以低碳钢筋或低合金钢筋为原材料，在常温下进行轧制而成的表面带有纵肋和月牙纹横肋的钢筋(图1-11)。它的极限强度与冷拔低碳钢丝相近，但伸长率比冷拔低碳钢丝有明显提高。用这种钢筋逐步取代普通低碳钢筋和冷拔低碳钢丝，可以改善构件在正常使

用阶段的受力性能和节省钢材。冷轧带肋钢筋的直径从4～12mm，按0.5mm变化；其抗拉强度分别为550MPa，650MPa，800MPa，970MPa和

1170MPa几种。其中，550MPa的冷轧带肋钢筋用作非预应力钢筋，其余的用作预应力钢筋。

(4)冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋是以热轧光面钢筋HPB235为原材料，按规定的工艺参数，经钢筋冷轧扭机一次加工轧扁扭曲呈连续螺旋状的冷强化钢筋(图1-12)。其规格按原材料直径中Φ6.5，Φ8，Φ10和Φ12分别有Φr6.5，Φr8，Φr10和Φr12，抗拉强度标准值为600N／mm2。

冷拔低碳钢丝、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋都有专门的设计与施工规程，供设计与施工时查用。1.1.2混凝土结构对钢筋性能的要求

1.强度高采用较高强度的钢筋可以节省钢材，获得较好的经济效益。

2.塑性好要求钢筋在断裂前有足够的变形，能给人以破坏的预兆。因此，应保证钢筋的伸长率和冷弯性能合格。

3.可焊性好在很多情况下，钢筋的接长和钢筋之间的连接需通过焊接。钢筋焊接后不产生裂纹及过大的变形，保证焊接后的接头性能良好。

4.与混凝土的粘结锚固性能好为了使钢筋的强度能够充分被利用和保证钢筋与混凝土共同工作，二者之间应有足够的粘结力。

在寒冷地区，对钢筋的低温性能也有一定的要求。

1.1.3钢筋的选用原则

1.钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋宜优先采用HRB400级和HRB335级钢筋，以节省钢筋用量，改善我国建筑结构的质量。除此之外，也可以采用HPB235级和RRB400级热轧钢筋以及强度级别较低的冷拔、冷轧和冷轧扭钢筋。

2.预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、中高强钢丝，也可以采用热处理钢筋。除此之外，还可以采用冷拉钢筋和强度级别较高的冷拔低碳钢丝和冷轧扭钢筋。公路桥涵工程中还可以选用精制螺纹钢筋。在我国经济困难、物资短缺的年代，冷加工钢筋为我国的基本建设事业做出过极大的贡献。但是，冷加工钢筋在强度提高的同时，塑性大幅度地降低，导致结构构件的塑性减小，脆性加大。当前，我国的钢产量已位于世界之首，质优、价廉的钢材不断出现，为了提高结构构件的质量，应尽量选用强度较高、塑性较好、价格较低的钢材。

§1.2混凝土

混凝土——水泥和粗细骨料加水搅拌经养护而形成的人造石。混凝土构造复杂、具有各向异性、抗拉强度低（易开裂），是一种弹塑性材料。1.2.1混凝土的强度混凝土强度

混凝土的强度与水泥强度、水灰比、骨料品种、混凝土配合比、硬化条件和龄期等有很大关系。此外，试件的尺寸及形状、试验方法和加载时间的不同，所测得的强度也不同。

1.混凝土的抗压强度

(1)立方体抗压强度fcu,k－混凝土强度的基本代表值混凝土主要用于抗压，其抗压性能比较稳定。《规范》规定以边长为150mm的立方体在

20±3℃的温度和相对湿度在

90％以上的潮湿空气中养护28d，照依标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度(以N／mm2计)作为混凝土的强度等级，并用符号fcu,k表示。fcu,k与平均值μf和标准差δf的关系为(1-4)

混凝土强度等级一般可划分为：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C代表混凝土地后的数字即为混凝土立方体抗压强度的标准值，其单位为N／mm2，例如C60表示混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k=60N／mm2（C15~C50为普通混凝土，C50以上为高强混凝土）。

试验方法对混凝土的fcu,k值有较大影响。试件承压接触面上可不涂润滑剂和涂润滑剂。标准试验方法不加润滑剂。

试件尺寸对混凝土fcu,k也有影响。实验结果证明，立方体尺寸愈小则试验测出的抗压强度愈高，这个现象称为尺寸效应。混凝士抗压试验时加载速度对立方体抗压强度也有影响，加载速度越快，测得的强度越高。随着试验时混凝土的龄期增长，混凝土的极限抗压强度逐渐增大，开始时强度增长速度较快，然后逐渐减缓，这个强度增长的过程往往要延续几年，在潮湿环境中延续的增长时间更长。

(2)轴心抗压强度fck由于实际结构和构件往往不是立方体，而是棱柱体，所以用棱柱体试件比立方体试件能更好地反映混凝土的实际抗压能力。试验证明，轴心抗压钢筋混凝土短柱中的混凝土抗压强度基本上和棱柱体抗压强度相同。可以用棱柱体测得的抗压强度作为轴心抗压强度，又称为棱柱体抗压强度，用fck表示。

棱柱体试件是在与立方体试件相同的条件下制作的，试件承压面不涂润滑剂且高度比立方体试件高，因而受压时试件中部横向变形不受端部摩擦力的约束，代表了混凝土处于单向全截面均匀受压的应力状态。试验量测到fck值比fcu,k值小，并且棱柱体试件高宽比(即h/b)越大，它的强度越小。我国采用150mm×150mm×300mm棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件。

轴心抗压强度(棱柱体强度)标准值fcu,k与立方体抗压强度标准值fcu,k之间存在以下折算关系(1-5)式中

α1——棱柱体强度与立方体强度的比值，当混凝土的强度等级不大于C50时，α1=0.76；当混凝土的强度等级为C80时，α1=0.82；当混凝土的强度等级为中间值时，在0.76和0.82之间插人；α2——混凝土的脆性系数，当混凝土的强度等级不大于

C40时，α2=1.0；当混凝土的强度等级为C80时，α2=0.87；当混凝土的强度等级为中间值时，在1.0和0.87之间插入；0.88——考虑结构中的混凝土强度与试块混凝上强度之间的差异等因素的修正系数。

混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所致.如果对混凝土的横向变形加以约束

限制裂缝的开展，可以提高混凝土的纵向抗压强度。

2.混凝土的抗拉强度ftk

混凝土的抗拉强ftk比抗压强度低得多。一般只有抗压强度的5％～10％，fcu,k越大ftk/fcu,k值越小，混凝土的抗拉强度取决于水泥石的强度和水泥石与骨料的粘接强度。采用表面粗糙的骨料及较好的养护条件可提高ftk值。轴心抗拉强度是混凝土的基本力学性能，也可间接地衡量混凝土的其他力学性能，如混凝土的抗冲切强度。

轴心抗拉强度可采用如图1-17a的试验方法，试件尺寸为100mm×100mm×500mm的柱体两端埋有伸出长度为150mm的变形钢筋(d＝16mm)，钢筋位于试件轴线上。试验机夹紧两端伸出的钢筋，对试件施加拉力，破坏时裂缝产生在试件的中部，此时的平均破坏应力为轴心抗拉强度ftk。

在测定混凝土抗拉强度时，上述试验方法存在对中的困难。故国内外多采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度，如图1-17b所示。在立方体或圆柱体上的垫条施加一条压力线荷载，这样试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。根据弹性理论，劈裂抗拉强度δt,s可按下式计算

δt,s

＝2F/πld

（1-6）式中F——破坏荷载；

d——圆柱直径或立方体边长；

l——圆柱体长度或立方体边长。

抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的折算关系为

(1-7)

式中，系数0.88和α2的意义同式(1-5)。为轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算关系，而(1-1.645δ)0.45则反映了试验离散程度对标准值保证率的影响。

混凝土抗压强度设计值fc和抗拉强度设计值ft与其对应的标准值的关系为

(1-8)(1-9)

式中γc——混凝土的材料分项系数，建筑工程取γc=1.40，公路桥涵工程取γc=1.45。

建筑工程规范的混凝土强度标准值见附表1-1，设计值见附表1-2。公路桥涵工程规范的混凝土强度标准值见附表10-1，设计值见附表10-2。

3.混凝土在复合应力作用下的强度混凝土结构和构件通常受到轴力、弯矩、剪力和扭矩的不同组合作用，混凝土很少处于理想的单向受力状态，而更多的是处于双向或三向受力状态，因此，分析混凝土在复合应力作用下的强度就很有必要。

由于混凝土的特点，在复合应力作用下的强度至今尚未建立起完善的强度理论，目前仍只有借助有限的试验资料，推荐一些近似方法作为计算的依据。

(1)混凝土的双向受力强度（图1-18为混凝土双向受力试验结果）

①双向受拉，图1-18中第一象限，σ1与σ3的相互影响不大，双向受拉强度均接近于单向受拉强度。

②一向受拉，另一向受压，图1-18第二、四象限，混凝土强度均低于单向拉伸或压缩的强度，即双向异号应力使强度降低。

③双向受压，图1-18第三象限，最大受压强度发生在σ2/σ3等于0.2～1.0时，混凝土双向受压强度比单向受压强度最多可提高20％。

(2)混凝土在法向应力和切应力作用下的复合强度

从图中可以看出：①抗剪强度随拉应力的增大而减小；②随着压应力的增大，抗的强度增大，但大约在σ/fc＞0.6时，由于内裂缝明显发展，抗剪强度反而随压应力的增大而减小，从抗压强度的角度来分析，由于切应力的存在，混凝土的抗压强度要低于单向抗压强度。

(3)混凝土的三向受压强度混凝土在三向受压的情况下其最大主压应力方向的抗压强度取决于侧向压应力的约束程度。图1-20所示为圆柱体三轴受压(侧向压应力均为σ1的试验随着侧向压应力的增加、微裂缝的发展受到了极大的限制，大大地提高了混凝土纵向抗压强度，此时混凝土的变形性能接近理想的弹塑性体。我国《规范》规定在三轴受压应力状态下，混凝土的抗压强度(f3)可根据应力比σ2/σ3，按图1-21插值确定，其最高强度值不宜超过单轴抗压强度的5倍。

对于纵向受压的混凝土，如果约束混凝土的侧向变形，也可使混凝土的抗压强度有较大提高。如采用钢管混凝土柱、螺旋钢箍柱等

能有效约束混凝土的侧向变形使混凝土的抗压强度、延性(承受变形的能力)有相应的提高、如图1-22所示。

1.2.2混凝土的变形

混凝土的变形分为：受力变形、非受力变形

1.混凝土的受力变形

(1)受压混凝土一次短期加荷的σ-ε曲线

图1-23是天津大学实测的典型混凝土棱柱体的σ-ε曲线，有上升段和下降段上升段的特点：

①0~A:第I阶段(弹性阶段）(σ=0.3～0.4fck)，由于试件应力较小，混凝土的变形主要是骨料和水泥结晶体的弹性变形，应力应变的公关系接近直线，A点称为比例极限点。

②A～B:第II阶段(稳定裂缝扩展阶段），临界点B相对应的应力可作为长期受压受强度的依据(一般取0.8fCk)③B~C：第III阶段（裂缝快速发展阶段），应力达到的最高点为fck。

fck相对应的应变称为峰值应变ε0。一般ε0=0.0015～0.0025，平均取ε0=0.002。在fck以后

，裂缝迅速发展，结构内部的整体性受到愈来愈严重的破坏，

试件的平均应力强度下降，当曲线下降到拐点D后，曲线σ-ε由凸向水平方向发展，在拐点D之后，σ-ε曲线中曲率最大点E称为

“收敛点”、E点以后主裂缝已很宽.结构

内聚力几乎耗尽对于无侧向约束的混凝土已失去结构的意义。

不同强度混凝土的σ-ε曲线见图1-24所示。

(2)混凝土的弹性模量、变形模量

在计算混凝土构件的截面应力、变形、预应力混凝土构件的预压应力，以及由于温度变化、支座沉降产生的内力时，需要利用混凝土的弹性模量。由于一般情况下受压混凝土的曲线σ-ε是非线性的，应力和应变的关系并不是常数，这就产生了“模量”的取值问题。

①初始弹模：通过原点受压混凝土σ-ε曲线切线的斜率为混凝土的初始弹性模量E0。但是它的稳定数值不易从试验中测得。

②割线弹模：在σ-ε曲线的弹性阶段取某点，做其与原点0的割线，其斜率为割线弹模，不精确。

③实用弹模Ec：目前我国《规范》弹性模量Ec值是用下列方法确定的：采用棱柱体试件，取应力上限为0.5fc重复加载5～10次。由于混凝土的塑性性质每次卸为零时，存在有残余变形。但随荷载多次重复，残余变形逐渐减小，重复加荷5～10次后，变形趋于稳定，混凝土的σ-ε曲线接近于直线(图1-25)，自原点至σ-ε曲线上σ=0.5fc对应的点的连线的斜率为混凝土的弹性模量。根据混凝土不同强度等级的弹性模量实验值的统计分析，Ec与fcu的经验关系为

(1-10)

建筑工程与公路桥涵工程的混凝上弹性模量取值相同，见附表1-3和附表10-3。混凝土的泊松比(横向应变与纵向应变之比)γc=0.2。混凝土的切变模量Ｇc=0.4Ec。

(3)受拉混凝土的变形受拉混凝土的曲线的测试比受压时要难得多。图1-26为大津大学测出的轴心受拉混凝土的σ-△曲线，曲线形状与受压时相似也有上升段和下降段。受拉σ-△曲线的原点切线的斜率外与受压时基本一致，

因此混凝土受拉和受压均可采用相同的弹性模EC。

峰值应力ft时的相对应变ε0=0.75×10-6～115×10-6。变形模量EC′=(76％～86％)EC。考虑到应力达到ft时的受拉极限应变与混凝土强度、配合比、养护条件有着密切的关系，

变化范围大，

取相应于抗拉强度ft时的变形模量Et=0.5Ec。即应力达到ft时的弹性系数ν=05。

(4)混凝土的徐变

荷载保持不变，随时间而增长的变形称为徐变.

徐变对于结构的变形和强度，预应力混凝土中的钢筋应力都将产生重要的影响。

①徐变的特点：徐变与时间的关系(图1-27)加以说明，当加荷应力达到0.5fc时，其加荷瞬间产生的应变为瞬时应变εela。若荷载保持不变随着加荷时间的增长，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐变应变εcr。

徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定。

徐变应变值约为瞬时弹性应变的1～4倍。两年后卸载，试件瞬时恢复的应变ε′ela已略小于瞬时应变εela。却载后经过一段时间量测，发现混凝土并不处于静止状态，而是经历着逐渐地恢复过程，这种恢复变形称为弹性后效ε″ela。弹性后效的恢复时间为20d左右，其值约为徐变变形的1/12，最后剩下的大部分不可恢复变形为ε′cr。②产生徐变的原因：a.水泥石由结晶体荷凝胶体组成，在外力长期持续作用下，凝胶体具有粘性流动的特性，产生持续变形；b.混凝土内部的微裂缝在外力的作用下不断扩展，导致应变的增加。③影响徐变的因素：a.混凝土应力条件是影响徐变的非常重要因素b.加荷时混凝土的龄期c.混凝土的组成和配合比d.骨料e.构件形状及尺寸f.养护及使用条件下的温湿度

混凝土的组成和配合比是影响徐变的内在因素、水泥用量越多和水灰比越大，徐变也越大。骨料越坚硬、弹性模量越高徐变就越小。骨料的相对体积越大，徐变越小。另外，构件形状及尺寸，混凝土内钢筋的面积和钢筋应力性质，对徐变也有不同的影响。养护及使用条件下的温湿度是影响徐变的环境因素。养护时温度队湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小，采用蒸汽养护可使徐变减小约20％～35％。受荷后构件所处环境的温度越高、湿度越低，则徐变越大、如环境温度为70℃的试件受荷-年后的徐变，要比温度为20℃的进件大1倍以上，因此，高温干燥环境将使徐变显著增大。

混凝土应力条件是影响徐变的非常重要因素。加荷时混凝土的龄期越长，徐变越小。混凝土应力越大，徐变越大、随着混凝土应力的增加徐变将发生不同用情况，图1-28为不同应力水平下的徐变变形增长曲线。由图可见，当应力较小时(σ≤fc)，曲线接近等距离分布，说明徐变与初应力成正比，这种情况称为线性徐变，一般的解释认为是水泥胶体的粘性流动所致。当施加于混凝土的应力。σ=(0.5～0.8)fc时，徐变与应力不成正比徐变比应力增长较快，这种情况为非线形徐变，一般认为发生这种现象的原因，是水泥胶体的粘性流动的增长速度已比较稳定，而应力集中引起的微裂缝开展则随应力的增大而发展。

当应力σ＞0.8fc时，徐变的发展是非收敛的，最终将导致混凝土的破坏。实际σ=0.8fc即为混凝土的长期抗压强度。图1-29为不同加荷时间的应变增长曲线与徐变极限和强度破坏时的应变极限关系。

④徐变对混凝土结构的影响：a.使钢筋与混凝土产生应力重分布，引起超静定结构产生应力松弛（因为超静定结构的变形受到约束，混凝土的应力随时间的增长而降低，即产生应力松弛）——可缓解应力集中、调节温度应力、调节由支座不均匀沉降产生的附加应力。b.造成结构应力变大——对结构不利c.引起预应力混凝土结构中预应力损失——对于预应力结构建立有效预应力不利⑤减小徐变的措施：加强养护、减小水泥用量及水灰比、增加混凝土的密实度等

2.混凝土的非受力变形

(1)混凝土的收缩与膨胀

收缩——混凝土在空气中结硬时，体积减小的现象，易造成混凝土表面开裂。膨胀——混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结硬时体积增大的现象。一般情况下混凝土的收缩值比膨胀值大很多，所以分析研究收缩和膨胀的现象以收缩为主。

收缩的特点：由收缩试验结果如图1-30可以看出：①混凝土的收缩是随时间而增长的变形，结硬初期收缩较快1个月大约可完成1/2的收缩，3个月后增长缓慢，一般2年后趋于稳定，②最终收缩应变大约为(2～5)×10-4，一般取收缩应变值为：3×10-4。

引起收缩的主要原因：干燥失水是引起收缩的重要因素。使用环境的温度越高、湿度超低，收缩越大.蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值，这是因为高温高温可加快水化作用减少混凝士的自由水分加速了凝结与硬化的时间。通过试验还表明，水泥用量越多、水灰比越大，收缩越大；骨料的级配好、弹性模量大，收缩越小；构件的体积与表面积比值大时，收缩小。

对于养护不好的混凝土构件，表面在受荷前可能产生收缩裂缝。需要说明，混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件只会引起构件的缩短而不开裂。对于周边有约束而不能自由变形的构件，收缩会引起构件内混凝土产生拉应力，甚至会有裂缝产生。在不受约束的混凝土结构中，钢筋和混凝土由于粘接力的作用，相互之间变形是协调的。混凝土具有收缩的性质。而钢筋并没有这种性质，钢筋的存在限制了混凝土的自由收缩

使混凝土受拉、钢筋受压，如果截面的配筋率较高时会导致混凝土开裂。

(2)混凝土的温度变形当温度变化时，混凝土的体积同样也有热胀冷缩的性质。

当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件内产生温度应力。在大体积混凝土中

，由于混凝土表面较内部的收缩量大，再加上水泥水化热使混凝土的内部温度比表面温度高，如果把内部混凝土视为相对不变形体，它将对试图缩小体积的表面混凝土形成约束，在表面混凝士形成拉应力，

如果内外变形差较大，将会造成表层混凝土开裂。

1.2.3混凝土的选用原则

建筑工程中：

钢筋混凝土构件的混凝士强度等级：一般情况下不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土的强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重量荷载的构件，混凝土的强度等级不得低于C40。

预应力混凝土结构的混凝土强度等级：一般情况下不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时混凝土强度等级不宜低于C40。

公路桥涵工程中：

钢筋混凝土构件的混凝土强度等级：一般情况下不应低于C20；当采用HRB400和KL400级钢筋时，混凝土的强度等级不应低于C25。

预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C40。位于以下区域的桥涵构件，混凝土的强度等级不低于C30；严寒区、海水区或使用除冰盐且受其影响的桥涵构件；有气态、液态或固态侵蚀物质的环境时不抵干C30。§1.3钢筋与混凝土的粘结

钢筋和混凝土之间的粘结，是保证钢筋和混凝土这两种力学性能截然不同的材料在结构中共同工作的基本前提。1.3.1粘结力的定义及组成1.定义：当钢筋于混凝土之间产生相对变形（滑移），在钢筋和混凝土的交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，此作用力称为粘结力。2.组成：①化学胶结力——钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（一般很小，一旦产生相对滑移即消失）。

②摩擦力——混凝土收缩后将钢筋紧握产生的摩擦力，钢筋表面越粗糙，摩擦力越大。（钢筋表面微锈摩擦力增加）。

③机械咬合力——钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用（是变形钢筋粘结力的主要组成部分）。

④钢筋端部的锚固作用——钢筋端部的弯钩、弯折，在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等措施（布置不当，会产生较大的钢筋与混凝土的相对滑移、混凝土内部裂缝和局部混凝土破碎）。(1-11)或

上式表明，粘结应力τ使钢筋应力σs发生变化，或者说没有τ就不会有此dσs

反之，没有钢筋应力的变化就不存在τ。因此在构件中间距离端部超过lt的各个截面上τ=0，σs和σc均不再改变。图1-32所示的钢筋混凝土梁荷载作用使混凝士的下部受拉，粘结应力τ将混凝土承受的部分拉力传给钢筋.使钢筋受拉.钢筋中的拉应力取决于沿钢筋长度方向粘结应力的积累，在粱中取微段dx来分析，同样可得式(1-11)。梁开裂后，混凝土开裂前承受的拉力通过粘结应力τ传递给钢筋、从而使裂缝处钢筋应力增大、这种粘结应力称为局部粘结应力，其作用是使裂缝之间的混凝土参与受拉。钢筋在支座处的锚固粘结应力是构件承载力至关重要的因素。图1-33所示的梁、柱和屋架的支座.受拉钢筋在支座处必须要有足够的锚固长度才能通过在锚固长度上粘结应力的积累，受钢筋中建立能发挥钢筋强度的应力。如锚固粘结长度不够，将会造成锚固粘结应力的丧失使构件提前破坏。

1.3.2钢筋的粘结性能

1.光面钢筋的粘结性能

直段光面钢筋的粘结力主要来自于化学胶结力和摩擦力。粘结强度通常采用图1-34所示标准拔出试件来测定，设拔出力为F，钢筋中的总拉力F=σsAs，则钢筋与混凝土界面上的平均粘结应力F为

τ＝F/(πdl)（1-12）

试验中可同时量测加荷端滑移和自由端滑移，由于埋人长度l较短。可认为达到最大荷载时粘结应人沿埋长近乎相等，可用粘结破坏时的最大平均粘结应力代表钢筋与混凝士的粘结强度已。

图1-35（见上页）为典型的光面钢筋拔出试验曲线(τ-sl曲线)。光而钢筋的粘结强度较低，τu=(0.4～1.4)ft，到达最大粘结应力后，加荷端滑移sl急剧增大。曲线出现下降段、试件的破坏是钢筋徐徐被拔出的剪切破坏

，滑移可达数毫米。τｕ很大程度上取决了钢筋的表面状况，表面越凹凸不平，则τu越高。光面钢筋的主要问题是强度低

滑移大。

3.变形钢筋的粘结性能变形钢筋的粘结效果比光面钢筋的好得多，

化学胶合力和摩擦力仍然存在，机械咬合力是变形钢筋粘结力的重要组成部分。

图1-36为变形钢筋拔出的τ-sl试验曲线。①加荷初期期(τ＜τA)，钢筋肋对混凝土斜向挤压形成了滑动阻力，滑动的产生使肋根部混凝土出现局部挤对变形，粘结刚度较大。曲线近似为直线关系。②随荷载的增大，斜向挤压力沿钢筋纵同分力产生如图1-37的内部斜裂缝，径向分力使混凝土环向受拉，从而产生内部径向裂缝，当径向内裂缝到达试件表面时，相应的应力称劈裂粘结应力τσ=(0.8～0.85)τu，③τ-s曲线到达峰值τu时，相应的滑移s随混凝士的强度的不同约在0.35～0.45㎜之间波动、对于无横向配筋的一段保护层试件，到达τｕ后，在s增长不大的情况厂出现脆性劈裂破坏。

4.影响粘结强度的因素（1）混凝土的强度等级：钢筋的粘结强度均随混凝土的强度提高而提高

（2）混凝上保护层c和钢筋之间净距离越大，劈裂抗力越大，因而粘结强度越高，但当l/d＞5时，τu与ft,s不再增长，也就是说粘结强度不由壁裂破坏来决定，而是沿钢筋外径圆柱面上发生剪切破坏。（3）横向钢筋限制了纵向裂缝的发展，可使粘结强度提高，因而在钢筋锚固区和搭接长度范围内，加强横向钢筋(则箍筋加密等)可提高混凝土的粘结强度。（4)钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施（如焊钢筋和焊钢板等）可以提高的锚固粘接能力。

(5)侧向压力约束粘接强度也有提高作用。1.3.3保证可靠粘结的措施1.混凝土的保护层不宜过小2.钢筋之间的净距不宜过小3.一般情况下，宜优先选用小直径的变形钢筋（增加局部粘结作用，减小裂缝宽度）4.光面钢筋应在末端采用弯钩。5.在钢筋的搭接区和锚固区设置附加的横向箍筋6.钢筋在支座处的锚固：锚固长度la见《规范》9.3.1条或教材P323的附录8：α－钢筋的外形系数当锚固长度不能满足时，则需采用机械锚固，如弯折、焊短钢筋、焊短角钢等。7.搭接长度：因钢筋的供货的条件的限制，钢筋常需要连接，钢筋的连接可分为两类：绑扎搭接和焊接或机械连接。搭接要有一定的长度才能传递粘结力，搭接长度的要求见附表8。

钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算§2.1概述

纵向拉力作用线与构件截面形心线重合的

构件(图2-1)，称为轴心受拉构件。在实际工程中，由于荷载不可避免的偏心和构件制作过程中的不均匀性，轴心受拉构件几乎是不存在的。但是，轴心受拉构件设计简单，因此，拱和桁架结构中的拉杆，以及圆形水池的池壁等结构构件，可近似的按轴心受拉构件设计计算。同理，纵向压力作用线与构件截面形心轴重合的构件，称为轴心受压构件。实际工程中理想的轴心受压构件也是不存在的。但是，在在设计以恒载为主的多层多跨房屋的内柱和屋架的受压腹杆等构件时，可近似的简化轴心受压构件的计算，轴心受压构件中配有纵向钢筋和箍筋，纵向钢筋的作用是承受压力，箍筋的主要作用是固定纵向钢筋，使其在构件制作过程中不发生变形和错位。§2.2钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算

2.2.1受力过程及破坏特征

轴心受拉构件从开始加载到破坏，其受力过程可分为三个不同的阶段：

1.第I阶段从开始加载到混凝上开裂前，属于第I阶段，此时

纵问钢筋和混凝土共同承受拉力

应力与应变大致成正比，拉力N与截面平均拉应变ε之间基本上是线性关系

如图2-2a中的OA段。

2.第II阶段混凝土开裂后至纵向钢筋屈服前属于第II阶段，首先在截面最薄弱处产生第一条裂缝随着荷载的增加，先后在一些截面上出现裂缝、逐渐形成图2-2b中(N)所示的裂缝分布形式。此时，在裂缝处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由纵向钢筋来承担。拉力增加时，纵向钢筋的应变显著增大反映在图2-2a中的AB段斜率比第二阶段的OA段的斜率要小。

3.第III阶段纵向钢筋屈服后，拉力N保持不变的措况下，构件的变形继续增大，裂缝不断加宽，直至构件破坏。此为构件受力的第III阶段

如图2-2A中的BC段。

N≤fyAs

(2-4)式中N——轴向拉力组合设计值；

fy——钢筋抗拉强度设计值，按附表2-3取用，不大于300N/mm2；

As——纵向钢筋的全部截面面积。2.2.2建筑工程中轴心受拉构件正截面承载力计算正截面是指与构件轴线垂直的截面。对于轴心受拉构件正截面承载力的计算而言，以构件第III阶段的受力情况为基础，但是要考虑可靠度的要求。此时，裂缝截面上混凝土因开裂不能承受拉力，全部拉力由纵向钢筋承受。由内力与截面抗力的平衡条件可得2.2.4构造要求

1.纵向受力钢筋

(1)轴心受拉构件的受力钢筋不得采用绑扎的搭接接头；

(2)为避免配筋过少引起的脆性破坏，轴心受拉构件的受拉钢筋不小于0.2%和45ft/fy中的较大值；

(3)受力钢筋沿截面周边均匀对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋。

2.钢筋箍筋直径不小于6mm，间距一般不宜大于200mm（屋架的腹杆不宜超过150mm）。§2.3钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算

轴心受压构件内配有纵向钢筋和箍筋。根据箍筋的配置方式不同，轴心受压构件可分为配置普通钢筋和配置间距较密的的螺旋箍筋(或环式焊接钢筋)两大类(图2-4)，后者又称为螺旋式或焊接环式间接钢筋。轴心受压构件的纵向钢筋除了与混凝土共同承担轴向用由外，还能承担由于初始偏心或其他偶然因素引起的附加弯矩在构件中产生的拉力、在配置普通箍筋的轴心受压的件中，箍筋可以固定纵向受力钢筋的位置，防止纵向钢筋在混凝土破碎之前压屈，保证纵筋与混凝土共同受压直到构件破坏；螺旋形箍筋对混凝上有较强的环向约束用而能够提高构件的承载力和延性。2.3.1配有普通箍筋的轴心受压构件

1.受力分析及破坏特征根据构件的长细比(构件的计算长度l0与构件的截面回转半径i之比)的不同，轴心受压构件可分为短构件(对一般截面l0/i≤28；对矩形截面l0/i≤8，b为截面宽度)和中长构件。习惯上将前者称为短柱后者称为长柱。

钢筋混凝土轴心受压短柱的试验表明，在整个加载过程中可能的初始偏心对构件承载力无明显影响；由于钢筋和混凝土之间存在着粘结力、两者的压应变相等。当达到极限荷载时，钢筋混凝上短柱的极限压应变大致与混凝土棱柱体受压破坏时的压应变相同混凝土的应力达到棱柱体抗压强度fck。若钢筋的屈服压应变小于混凝土破坏时的压应变则钢筋将首先达到抗压屈服强度f′yk，钢筋承担的压力维持不变，而继续增加的荷载全部由混凝土承担，直至混凝土被压碎，在这类构件中钢筋和混凝土的抗压强度都得到充分利用。

对于高强度钢筋在构件破坏时可能达不到屈服，当混凝土的强度等级不大于C50，向钢筋应力为σ′s=0.002Es=0.002×2×10N/㎜2=400N/㎜2，钢材的强度不能被充分利用。总之，在轴心受压短柱中，不论受压钢筋在构件破坏时是否屈服，构件的最终承载力都是由混凝土压碎来控制。在临近破坏时，短柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵向钢筋发生压曲外鼓，呈灯笼状(图2-5)，以混凝土压碎而告破坏。对于钢筋混凝土轴心受压长柱：试验表明，加荷时由于种种因素形成的初始偏心距对试验结果影响较大，它将使构件产生附加弯矩和增加变形如图2-6所示.对长细比很大的构件来说，则有可能在材料强度尚未达到以前，即由于构件丧失稳定而引起破坏(图2-7)。试验结果表明长往的承载力低于相同条件短柱的承载力，目前采用引入稳定系数Ψ的方法来考虑长柱纵向挠曲的不利影响，Ψ值小于1.0，且随着长细比的增大表2-1

钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数Ψ

2.建筑工程中配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法在轴向设计值N作用下，轴心受压构件的计算简图如图2-8所示。由静力平衡条件并考虑长细比等因素的影响后，承载力可按下式计算(2-6)式中Ψ——钢筋混凝土构件的稳定系数按表2-1取用；

N——轴向力设计值；

f′y——钢筋抗压强度设计值，见附表2-3；

fc——混凝土轴心抗压强度设计值，见附表1-2；

A′s——全部纵向受压钢筋截面面积；

A——构件截面面积,当纵向钢筋配筋率大于0.03时，A改用Ac=A-A′s；

0.9——为了保持与偏心受压构件正截面承载力计算具有相近的可靠度而引人的系数。

当现浇钢筋混凝土轴心受压构件截面长边或直径小于300㎜时，式(2-6)中混凝土强度设计值应乘以系数0.8构件质量确有保障时不受此限)。

4.构造要求

(1)材料混凝土强度对受压构件的承载力影响较大，故宜采用强度等级较高的混凝土，如C25，C30，C40等。在高层建筑和重要结构中，尚应选择强度等级更高的混凝土。钢筋与混凝土共同受压时，若钢筋强度过高(如高于0.002Es)，则不能充分发挥其作用，故不宜用高强度钢筋作为受压钢筋。同时，也不得用冷拉钢筋作为受压钢筋。

(2)截面形式轴心受压构件以方形为主，根据需要也可采用矩形截面、圆形截面或正多边形截面；截面最小边长不宜小于250mm，构件长细比l0/b一般为15左右，不宜大于30。

(3)纵向钢筋

①纵向受力钢筋直径d不宜小于12mm，为便于施工宜选用较大直径钢筋，以减少纵向弯曲，并防止在临近破坏时钢筋过早压曲。圆柱中纵向钢筋的根数不宜少于8根，且不应少于6根。

②全部纵向钢筋的配筋率ρ’不宜超过5%。

③纵向钢筋应沿截面周边均匀布置，钢筋净距不应小于50mm，钢筋中距亦不应大于350mm，混凝土保护层最小厚度一般为25mm。

④当钢筋直径d≤32mm时，可采用绑扎搭接接头，但接头位置应设在受力较小处。

(4)箍筋

①应当采用封闭式箍筋，以保证钢筋骨架的整体刚度并保证构作在破坏阶段箍筋对混凝土和纵向钢筋的侧向约束作用。

②箍筋的间距s不应大于横截面短边尺寸，且不大于400mm。同时不应大于15d(d为纵向钢筋的最小直径)。

③箍筋采用热轧钢筋时，其直径不应小于6mm，且不应小于d/4；采