1、以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。它主要指结构。它主要指素混凝土结构、钢筋混凝土结构、素混凝土结构、钢筋混凝土结构、和预应力混凝土结构和预应力混凝土结构。还有型钢混凝土结构、钢还有型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。管混凝土结构等。素混凝土结构是指不配置任何钢材的混凝土素混凝土结构是指不配置任何钢材的混凝土结构。结构。钢筋混凝土结构是指用圆钢筋作为配筋的普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。通混凝土结构。型钢筋混凝土结构又称为钢骨混凝土结构。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它是指用型钢或
2、用钢板焊成的钢骨架作为配筋的混凝土结构。的混凝土结构。钢管混凝土结构是指在钢管内浇捣混凝土钢管混凝土结构是指在钢管内浇捣混凝土做成的结构。做成的结构。本课程本课程重点讲述重点讲述钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构的设计的设计原理，包括材料性能、设计原则、各种受力构原理，包括材料性能、设计原则、各种受力构件的计算方法和结构设计构造措施件的计算方法和结构设计构造措施.素混凝土结构（素混凝土结构（Plain Concrete)素混凝土基础素混凝土基础素混凝土素混凝土钢筋混凝土梁钢筋混凝土结构（钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete)预应力混凝土结构（Prestressed Concrete
3、)预应力混凝土结构是指在结构构件制作时，在其受预应力混凝土结构是指在结构构件制作时，在其受拉部位人为地预先对混凝土施加压应力的混凝土结构。拉部位人为地预先对混凝土施加压应力的混凝土结构。一、钢筋混凝土结构的受力特点一、钢筋混凝土结构的受力特点 根据素混凝土简支梁和钢筋混凝土简支梁根据素混凝土简支梁和钢筋混凝土简支梁的破坏试验的破坏试验 （1 1）素混凝土简支梁的破坏试验：）素混凝土简支梁的破坏试验：图图0-4a0-4a为一根未配置钢筋的素混凝土简为一根未配置钢筋的素混凝土简支梁，跨度支梁，跨度4m4m，截面尺，截面尺b bh h=200mm=200mm300mm300mm、混凝土强度等级为混凝
4、土强度等级为C20C20。梁的跨中作用一个集。梁的跨中作用一个集中荷载中荷载F F，对其进行破坏性试验。，对其进行破坏性试验。素混凝土梁的试验结果表明：素混凝土梁的试验结果表明：（1）当荷载较小时，截面上的）当荷载较小时，截面上的应变应变则同弹则同弹性材料的梁一样，性材料的梁一样，沿截面高度呈直线分布；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）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应变达到混凝土抗拉极限应变时该处的混凝土混凝土被拉裂被拉裂，裂缝沿截面高度方向迅速开展，试件，裂缝沿截面高度方向迅速开展，试件随即发生断裂破坏。随即发生断裂破坏。（3）
5、破坏的性质：破坏是突然的，没有明）破坏的性质：破坏是突然的，没有明显的预兆，属于显的预兆，属于脆性破坏脆性破坏。钢筋混凝土梁的破坏试验：钢筋混凝土梁的破坏试验：在梁的受拉区布置三根直径为在梁的受拉区布置三根直径为16 mm16 mm的的HPB235HPB235级钢筋级钢筋(记作记作316)316)并在受压区在布置两并在受压区在布置两根为根为10 mm10 mm的架力钢筋和适量的箍筋。的架力钢筋和适量的箍筋。再进行同样的荷载试验再进行同样的荷载试验(图图 0-4b)0-4b)当加载到一定阶段使截面受拉区边缘纤维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，拉应力达到混凝土抗
6、拉极限强度时，混凝土虽被混凝土虽被拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速开展，试件拉裂，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。也不会随即发生断裂破坏。混凝土开裂后，裂缝截面的混凝土拉应力混凝土开裂后，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，裂缝的数量和宽度加。此时变形将相应发展，裂缝的数量和宽度也将增大。也将增大。受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度强度都都被充分利用时被充分利用时，试件才发生破坏。，试件才发生破坏。破坏性质：试件破坏前，变形和裂缝都破坏性质
7、：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，属于发展得很充分，呈现出明显的破坏预兆，属于塑性破坏塑性破坏。虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整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个截面面积的 1 1左右，但破坏荷载却可以大大左右，但破坏荷载却可以大大提高。提高。归纳总结一下：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，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：可以收到下列的效果：结构的承载能力有很大的提高；结构的承载能力有很大的提高；结构的受力性能得到显著的改善结构的受力性能得到显著的改善 钢筋混凝土破坏前带有明显的预兆即：变形钢筋
8、混凝土破坏前带有明显的预兆即：变形和裂缝都较明显。和裂缝都较明显。钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料，它们可以相互结合同的材料，它们可以相互结合共同工作的主要共同工作的主要原因原因是：是：混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力。一起，相互传递内力。粘结力粘结力是这两种性质不是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础；同的材料能够共同工作的基础；钢筋的钢筋的线膨胀系数线膨胀系数为为1.21.21010-5-5-1-1，混，混凝土的为凝土的为1.01.01010-5-5-1-11.51.51010-5-
9、5-1-1，二者，二者数值数值相近相近。因此。因此.当温度变化时，钢筋与混凝土当温度变化时，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。生粘结破坏。钢筋混凝土结构的优点：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：结构相比还具有下列优点：就地取材就地取材。钢筋混凝土结构中，砂和石。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。料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小。
10、砂和石料一般可以由建筑工地附近供应。砂和石料一般可以由建筑工地附近供应。节约钢材节约钢材。钢筋混凝土结构的承载力较。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，因而节高。大多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。约钢材。耐久、耐火耐久、耐火。钢筋埋放在混凝土中，受混。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构那样被燃烧，也不会象钢结构那样很快软化而破坏。破坏。可模性好可模性好。钢筋混凝土
11、结构可以根据需要。钢筋混凝土结构可以根据需要浇捣成任何形状。浇捣成任何形状。现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整整体性好，刚度大体性好，刚度大。钢筋混凝土结构的缺点：钢筋混凝土结构的缺点：自重大。自重大。钢筋混凝土的重度约为钢筋混凝土的重度约为25kN/m25kN/m3 3，比砌体和木材的重度都大。比砌体和木材的重度都大。抗裂性差。抗裂性差。混凝土的抗拉强度非常低，因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，但是裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它
12、影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和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。开展较宽时，还将给人造成不安全感。施工的周期较长。施工的周期较长。受天气的影响较大，需受天气的影响较大，需要较多的脚手架、模板。要较多的脚手架、模板。补强维修较难。补强维修较难。钢筋混凝土结构的钢筋混凝土结构的优点远远多于其缺点。优点远远多于其缺点。因因此，它已经在此，它已经在房屋建筑房屋建筑、水池等构筑物、地下结水池等构筑物、地下结构构（钢筋混凝土桩基）（钢筋混凝土桩基）、桥梁桥梁（城市立交桥）（城市立交桥）、铁路铁路（钢筋混凝土枕木）（钢筋混凝土枕木）、隧道隧道（钢筋混凝土砌
13、（钢筋混凝土砌衬）衬）、水利水利（三峡大坝）（三峡大坝）、港口港口（码头平台）（码头平台）等等工程中得到广泛应用。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：针对其缺点人们研究出许多的有效措施：为了克服自重大的缺点，已经研究出许多高强轻为了克服自重大的缺点，已经研究出许多高强轻质的混凝土和强度很高的钢筋；为了克服普通质的混凝土和强度很高的钢筋；为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应力等等。但还有许多工程实际问题等待我们的力等等。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。同学们去探索和研究。二、钢筋混凝土材料的发展二
14、、钢筋混凝土材料的发展高强轻质高强轻质 （1)混凝土材料强度大幅提高混凝土材料强度大幅提高 到到20世纪世纪80年代初，在发达国家年代初，在发达国家C60级混凝土已级混凝土已经普遍采用。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近年来国内外采用附加减水剂的方法已制成强度为为200 MPa以上的混凝土。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高强混凝土的出现更加扩大了混凝土结构的应用范围，为高层建筑、地下工程、压力容器、海洋工程等围，为高层建筑、地下工程、压力容器、海洋工程等领域的应用创造了条件。领域的应用创造了条件。（2）轻质混凝土的研究与应用）轻质混凝土的研究与
15、应用 从从20世纪世纪60年代以来，轻骨料（陶粒、浮石等）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，混凝土和多孔（主要是加气）混凝土得到迅速发展，其重度为其重度为1418KN/m3。三、在结构形式方面的发展三、在结构形式方面的发展 1.1.钢筋混凝土在高层建筑中的应用钢筋混凝土在高层建筑中的应用 1976 1976年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达7474层，高层，高262262米。朝鲜平壤的柳京大厦，米。朝鲜平壤的柳京大厦，105105层，高层，高305305米，也是混凝土结构。美国、俄罗斯等国在米，也是混凝土结构。美国、俄罗
16、斯等国在建筑工程中采用的混凝土，强度已达建筑工程中采用的混凝土，强度已达C80C80C100C100。美国西雅图市的。美国西雅图市的Two Union SquareTwo Union Square大厦大厦（5858层）层）60%60%的竖向荷载由中央四根直径为的竖向荷载由中央四根直径为1010英英尺（尺（3.05m3.05m）的钢管混凝土柱承受，钢管内填充）的钢管混凝土柱承受，钢管内填充的混凝土强度等级达的混凝土强度等级达C135C135。2.2.钢筋混凝土结构广泛用在桥梁，特种结钢筋混凝土结构广泛用在桥梁，特种结构、水利工程、海洋工程、港口码头工程等。构、水利工程、海洋工程、港口码头工程等。
17、从从19251925年德国第一次采用折板结构大型年德国第一次采用折板结构大型煤仓开始，钢筋混凝土薄壁空间结构逐渐在煤仓开始，钢筋混凝土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屋盖及贮仓水塔、水池等构建物中得到广泛应用。应用。四、混凝土结构的施工方式四、混凝土结构的施工方式 现浇混凝土结构现浇混凝土结构 (cast-in-Situ concrete(cast-in-Situ concrete structure)structure)在现场支模并整体浇筑而成的混凝在现场支模并整体浇筑而成的混凝土结构。也叫现浇整体式混凝土结构。土结构。也叫现浇整体式混凝土结构。装配式混凝土结构装配式
18、混凝土结构 (prefabricated(prefabricated concrete structure)concrete structure)由预制混凝土构件或部由预制混凝土构件或部件通过焊接、螺栓连接等方式装配而成的混凝土件通过焊接、螺栓连接等方式装配而成的混凝土结构。结构。装配整体式混凝土结构装配整体式混凝土结构 (assembled(assembled monolithic concrete structure)monolithic concrete structure)由预制混凝由预制混凝上构件或部件通过钢筋、连接件或施加预应力加上构件或部件通过钢筋、连接件或施加预应力加以连接并现
19、场浇筑混凝土而形成整体的结构。以连接并现场浇筑混凝土而形成整体的结构。1 1、混凝土结构通常是由钢筋和混凝土结、混凝土结构通常是由钢筋和混凝土结合而成的一种结构合而成的一种结构 钢筋混凝土材料与理论力学中的刚性材料钢筋混凝土材料与理论力学中的刚性材料以及材料力学中理想弹性材料有很大的区别。以及材料力学中理想弹性材料有很大的区别。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。性能要很好地掌握。2 2、混凝土结构计算公式具有经验性、混凝土结构计算公式具有经验性 混凝土结构在裂
20、缝出现以前的抗力行为，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。理想弹性材料有显著不同。混凝土结构的受力性能还与结构的受力状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，难以态、配筋方式和配筋数量等多种因素有关，难以用一中简单的数学、力学模型来描述。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。带有经验性质
21、。3 3、要了解和掌握国家标准关于混凝土结构、要了解和掌握国家标准关于混凝土结构设计的技术原则和经济政策设计的技术原则和经济政策 工程实际情况是非常复杂的，建筑结构上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。不同结构的重要性也不一样，会有一定的出入。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。它们对结构的安全、适用和耐久的要求不相同。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB50010-2002)GB50010-2002)、给水排水构筑物结构设计规范给水排水构筑物结构设计规范（GB
22、50069-GB50069-20022002）的掌握、应用与不断探索创新的重要性。的掌握、应用与不断探索创新的重要性。4 4、构造要求非常重要、构造要求非常重要 进行混凝土结构设计时离不开计算。但是，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现行的计算方法一般只考虑荷载效应。其他影。其他影响因素，如：混凝土收缩、温度影响以及地基响因素，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。因此，不均匀沉陷等，难于用计算公式来表达。因此，在学习本课程时，除了要对各种计算公式了解在学习本课程时，除了要对各种计算公式了解和掌握以外，对于和掌握以外，对于各种构
23、造措施也必须给予足各种构造措施也必须给予足够的重视够的重视。在设计混凝土结构时，除了进行各。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种计算之外，还必须检查各项构造要求是否得到满足。到满足。上海金茂上海金茂大厦，大厦，8888层，层，382m382m 竣工通车于竣工通车于19911991年年1212月月1 1日的南浦大桥，总长日的南浦大桥，总长83468346米，通航净米，通航净高高4646米，米，5.55.5万吨巨轮可以从桥下从容而过。它是目前世界上第四大万吨巨轮可以从桥下从容而过。它是目前世界上第四大双塔双索面斜拉桥，呈双塔双索面斜拉桥，呈“H”H”形的主桥塔高
24、形的主桥塔高150150米，上有邓小平同志米，上有邓小平同志亲笔书写的亲笔书写的“南浦大桥南浦大桥”四个大字。四个大字。杨浦大桥是黄浦江上的第二座大桥，是世界最大跨径双塔双索面斜杨浦大桥是黄浦江上的第二座大桥，是世界最大跨径双塔双索面斜拉桥，大桥以其线条流畅、动感强烈的设计造型横跨浦江，成为上海的拉桥，大桥以其线条流畅、动感强烈的设计造型横跨浦江，成为上海的一个门户特征。杨浦大桥于一个门户特征。杨浦大桥于19931993年年1010月竣工通车，她与南浦大桥遥相月竣工通车，她与南浦大桥遥相呼应，是内环线高架连接浦东与浦西的过江枢纽，总长为呼应，是内环线高架连接浦东与浦西的过江枢纽，总长为7654
25、7654米，跨米，跨径为径为602602米，主桥长米，主桥长11721172米，犹如一道横跨浦江的彩虹，在世界同类米，犹如一道横跨浦江的彩虹，在世界同类型斜拉桥中雄居第一。型斜拉桥中雄居第一。第一章第一章 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 的材料性能的材料性能本章主要论述钢筋的力学性能和混凝本章主要论述钢筋的力学性能和混凝土的力学性能（混凝土的立方体抗压强度、土的力学性能（混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度；混凝土的轴心抗压强度、轴心抗拉强度；混凝土的变形和混凝土的选用）。重点讨论材料的变形和混凝土的选用）。重点讨论材料的强度、混凝土的变形、钢筋与混凝土之间强度、混凝土的变形、钢筋
26、与混凝土之间的相互作用的相互作用粘结力等。它们是学习钢粘结力等。它们是学习钢筋混凝土结构设计原理的基础。筋混凝土结构设计原理的基础。1.1 1.1 钢筋钢筋有屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉伸有屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉伸试验得出的典型应力应变曲线试验得出的典型应力应变曲线如图如图1.11.1所示所示。其中颈缩现象其中颈缩现象如图如图1.21.2。对于有明显屈服点的钢筋取其屈服强度作对于有明显屈服点的钢筋取其屈服强度作为钢筋强度的限值为钢筋强度的限值强度指标强度指标。1.1.1 钢筋的力学性能钢筋的力学性能一、有屈服点的钢筋一、有屈服点的钢筋121100%lll反映钢筋塑性性能的基本指标
27、是反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率伸长率和和冷冷弯性能。弯性能。伸长率伸长率是钢筋试件拉断后的伸长值与原长的是钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比率。应按下式计算：比率。应按下式计算：钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋aabcdefua为比例极限oa为弹性阶段de为强化阶段b为屈服上限c为屈服下限，即屈服强度 fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度 fu fyfef为颈缩阶段图图1.11.1钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线图图1.21.2钢筋的颈缩钢筋的颈缩 无明显屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉无明显屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉伸试验得出的典型应力应变曲
28、线伸试验得出的典型应力应变曲线如图如图1.31.3所示所示。实际设计中通常取相应于残余应变实际设计中通常取相应于残余应变=0.2%=0.2%时时的应力的应力0.20.2作为作为名义屈服点名义屈服点，即，即条件屈服强度条件屈服强度。对于无明显屈服点的钢筋，由于其条件屈服对于无明显屈服点的钢筋，由于其条件屈服点不容易测定，因此，这类钢筋的质量检验以其点不容易测定，因此，这类钢筋的质量检验以其极限强度作为主要指标。极限强度作为主要指标。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定，条件屈服强度规定，条件屈服强度0.20.2取极限强度取极限强度b b的的0.80.8倍，倍，即：即：0.20.2=0.8=0
29、.8b b 二、无屈服点的钢筋二、无屈服点的钢筋图图1.3无明显屈服点钢筋无明显屈服点钢筋 1.1.钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB 500102002GB 500102002）规定，材料强度的标准值应具有不少于规定，材料强度的标准值应具有不少于95%95%保证保证率。率。热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定，热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定，用用f fykyk表示。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的表示。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值根据极限抗拉强度确定，用强度标准值根据极限抗拉强度确定，用f fptkptk表示。表示。普通钢筋、预应力
30、钢筋的强度标准值见教科普通钢筋、预应力钢筋的强度标准值见教科书。书。三、钢筋的强度指标三、钢筋的强度指标2.2.钢筋的强度设计值钢筋的强度设计值在进行钢筋混凝土结构构件承载力设计计在进行钢筋混凝土结构构件承载力设计计算时，钢筋应采用强度设计值。算时，钢筋应采用强度设计值。钢筋强度设计值等于钢筋强度标准值除以钢筋强度设计值等于钢筋强度标准值除以钢筋材料分项系数钢筋材料分项系数ss，按不同钢筋种类，分，按不同钢筋种类，分别取别取s s=1.10=1.101.201.20。钢筋强度的标准值和设计值见教材。钢筋强度的标准值和设计值见教材。一、现行规范规定的普通钢筋一、现行规范规定的普通钢筋普通钢筋强度
31、标准值普通钢筋强度标准值（N/mm2)N/mm2)1.2 1.2 混凝土混凝土混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）、细骨料砂等材料按一定配合比，经混合搅石）、细骨料砂等材料按一定配合比，经混合搅拌，入模浇捣并养护硬化后形成的人工石材。拌，入模浇捣并养护硬化后形成的人工石材。影响混凝土的强度和变形的主要因素有：影响混凝土的强度和变形的主要因素有：原原材料的性能；各组成成分的比例，尤其是水灰比材料的性能；各组成成分的比例，尤其是水灰比的大小；施工方法（搅拌程度、浇捣的密实性、的大小；施工方法（搅拌程度、浇捣的密实性、对混凝土的养护方法）等。对混凝土的养护方法
32、）等。混凝土的基本强度指标有混凝土的基本强度指标有立方体抗压强度立方体抗压强度、轴心抗压强度轴心抗压强度和和轴心抗拉强度轴心抗拉强度三种。三种。1.2.1 混凝土的强度混凝土的强度强度是指结构材料所能承受的某种极限应强度是指结构材料所能承受的某种极限应力。力。混凝土的强度是靠水泥的水化、硬化获得混凝土的强度是靠水泥的水化、硬化获得的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝土强度的增长也是早期快、后期慢，但到土强度的增长也是早期快、后期慢，但到28d28d龄期时强度的增长就不明显而趋于稳定。因此，龄期时强度的增长就不明显而趋于稳定。因此，规范以规范以28d2
33、8d龄期时混凝土的强度为基准。龄期时混凝土的强度为基准。1.1.混凝土强度等级混凝土强度等级立方体抗压强度立方体抗压强度f fcucu混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。我国混凝土强度等级的确定方法是：值确定。我国混凝土强度等级的确定方法是：用边长为用边长为150mm150mm的立方体的立方体标准试件，在标准试验标准试件，在标准试验条件下养护条件下养护28d28d，并用标准试验方法（，并用标准试验方法（C30C30以下以下的加载速度控制在的加载速度控制在0.30.30.5MPa/s0.5MPa/s范围；范围；C30C30以上以上的加载速度控制在的加载
34、速度控制在0.50.50.8MPa/s0.8MPa/s范围。两端不范围。两端不涂润滑剂）测得的具有涂润滑剂）测得的具有95%95%保证率的立方体抗压保证率的立方体抗压强度，用符号强度，用符号f fcukcuk表示。表示。一、一、混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度 2.2.轴心抗压强度轴心抗压强度f fc c立方体抗压强度不能代表混凝土在实际构件立方体抗压强度不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是作为在同一标准条件下比较中的受力状态，只是作为在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准。混凝土强度水平和品质的标准。试验表明：用试验表明：用高宽比为高宽比为2 23 3的棱柱体的棱柱体（150m
35、m150mm150mm150mm300mm300mm的标准试件测定棱柱体）的标准试件测定棱柱体）测得的抗压强度与以受压为主的混凝土构件中的测得的抗压强度与以受压为主的混凝土构件中的混凝土抗压强度基本一致。混凝土抗压强度基本一致。因此，棱柱体的抗压强度可以作为以受压为因此，棱柱体的抗压强度可以作为以受压为主的混凝土抗压强度，称为轴心抗压强度，用符主的混凝土抗压强度，称为轴心抗压强度，用符号号f fc c表示。表示。混凝土的抗拉性能很差。混凝土的抗拉混凝土的抗拉性能很差。混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的强度一般只有抗压强度的1/201/81/201/8，且不，且不与抗压强度成正比。混凝土轴心抗拉
36、强度取与抗压强度成正比。混凝土轴心抗拉强度取棱柱体（棱柱体（100mm100mm100mm100mm500mm500mm，两端埋有钢，两端埋有钢筋）的抗拉极限强度为轴心抗拉强度。筋）的抗拉极限强度为轴心抗拉强度。因该因该法实测数据离散性大，目前多用圆柱体或立法实测数据离散性大，目前多用圆柱体或立方体试件的劈裂试验来代替。方体试件的劈裂试验来代替。混凝土构件的混凝土构件的开裂、变形以及受剪、受扭、受冲切等承载开裂、变形以及受剪、受扭、受冲切等承载力均与抗拉强度有关。力均与抗拉强度有关。二、混凝土的轴心抗拉强度二、混凝土的轴心抗拉强度 1.1.混凝土的强度标准值混凝土的强度标准值通过立方体抗压强度
37、试验，经统计分析，并通过立方体抗压强度试验，经统计分析，并考虑结构中混凝土强度与试件强度之间的差异，考虑结构中混凝土强度与试件强度之间的差异，混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范给出了混凝土强度标准给出了混凝土强度标准值，详见教科书。值，详见教科书。2.2.混凝土的强度设计值混凝土的强度设计值混凝土强度设计值为混凝土强度标准值除以混凝土强度设计值为混凝土强度标准值除以混凝土的材料分项系数混凝土的材料分项系数c c，规范规定，规范规定c c=1.4=1.4，即即f fc c=f fckck/c c，f ft t=f ftktk/c c。f ft t、f fc c见教科书。见教科书。三、混凝土的强
38、度指标三、混凝土的强度指标1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形混凝土变形混凝土变形有两类：有两类：一类是一类是荷载作用下的受力变形，包括荷载作用下的受力变形，包括一一次短期加荷时的变形、次短期加荷时的变形、多次重复加荷时的变多次重复加荷时的变形、形、长期荷载作用下的变形；长期荷载作用下的变形；另一类是另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形。度变形。1.1.混凝土在一次短期加荷时的应力应变关混凝土在一次短期加荷时的应力应变关系系混凝土在一次短期加荷时的应力应变关混凝土在一次短期加荷时的应力应变关系可通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测系可通过对混凝土棱柱体的受压或
39、受拉试验测定。定。混凝土受压时典型的应力应变曲线如图混凝土受压时典型的应力应变曲线如图所示。请见教科书。所示。请见教科书。混凝土受拉时的应力应变曲线的形状与混凝土受拉时的应力应变曲线的形状与受压时相似。对应于抗拉强度受压时相似。对应于抗拉强度f ft t的应变的应变ctct很小，很小，计算时可取计算时可取ctct=0.0015=0.0015。一、混凝土的弹性模量一、混凝土的弹性模量2.2.混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量混凝土的应力混凝土的应力与其弹性应变与其弹性应变cece之比值之比值称为称为混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量，用符号，用符号EcEc表示。根据表示。根据大量试验结果，混凝土规范
40、采用以下公式计算大量试验结果，混凝土规范采用以下公式计算混凝土的弹性模量：混凝土的弹性模量：混凝土的剪变模量是指剪应力混凝土的剪变模量是指剪应力和剪应变和剪应变的比值，即：的比值，即：5210(/)2.234.7/ccuEN mmfcG混凝土的弹性模量与变形模量混凝土的弹性模量与变形模量混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持其外力不变的条件下（即荷载长期不变），应变其外力不变的条件下（即荷载长期不变），应变随时间继续增长的现象，叫做混凝土的徐变。随时间继续增长的现象，叫做混凝土的徐变。混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力
41、性能有重要的影响：有重要的影响：它将使结构构件的变形增加；轴它将使结构构件的变形增加；轴心受压构件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力心受压构件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力减小的应力重分布现象产生；在预应力混凝土结减小的应力重分布现象产生；在预应力混凝土结构构件中引起预应力损失等。构构件中引起预应力损失等。二、混凝土的徐变二、混凝土的徐变影响混凝土徐变的主要因素有：影响混凝土徐变的主要因素有：（1 1）构件中截面上的应力愈大，徐变就愈构件中截面上的应力愈大，徐变就愈大；构件承载前，混凝土的强度越高，徐变就越大；构件承载前，混凝土的强度越高，徐变就越小。小。（2 2）配合比、水灰比越大，徐变越大
42、；骨配合比、水灰比越大，徐变越大；骨料的级配愈好，含量愈高，徐变愈小。料的级配愈好，含量愈高，徐变愈小。（3 3）构件浇捣愈密实，养护条件愈好，徐构件浇捣愈密实，养护条件愈好，徐变愈小；反之，徐变愈大。变愈小；反之，徐变愈大。图图1.9混凝土的徐变曲线混凝土的徐变曲线 混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象称为称为收缩变形收缩变形。其规律。其规律见图见图1.101.10所示所示。收缩变形是一种非受力变形；而徐变变形只有收缩变形是一种非受力变形；而徐变变形只有在受力达到一定数值并且持续作用下才产生。在受力达到一定数值并且持续作用下才产生。影响混凝土收缩的
43、主要因素有：影响混凝土收缩的主要因素有：（1 1）水泥用量愈多，水灰比愈大，收缩愈大。水泥用量愈多，水灰比愈大，收缩愈大。（2 2）高标号水泥制成的混凝土构件收缩大。高标号水泥制成的混凝土构件收缩大。三、三、混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形 （3 3）骨料级配好，含量高，骨料的弹性模骨料级配好，含量高，骨料的弹性模量大，收缩小。量大，收缩小。（4 4）养护条件好，使用环境湿度大，收缩养护条件好，使用环境湿度大，收缩小。小。（5 5）混凝土密实度好，收缩小。混凝土密实度好，收缩小。图图1.10混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形 和其它许多材料一样，当温度发生变化时混和其它许多材料一样，当温度发生变
44、化时混凝土的体积也具有热胀冷缩的性质。凝土的体积也具有热胀冷缩的性质。混凝土结混凝土结构设计规范构设计规范规定，当温度在规定，当温度在00到到100100范围范围内时，混凝土线膨胀系数内时，混凝土线膨胀系数cc可采用可采用1 11010-5-5/。温度变形能使混凝土开裂，在某些场合应认温度变形能使混凝土开裂，在某些场合应认真对待。尤其对水池结构，大多数应通过计算考真对待。尤其对水池结构，大多数应通过计算考虑温度应力的影响。虑温度应力的影响。四、四、温度变形温度变形1.2.3 混凝土的选用混凝土的选用给水排水工程构筑物结构设计规范给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002GB500
45、69-2002）规定：贮水或水处理构筑物、）规定：贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土强度等级不应低于地下构筑物的混凝土强度等级不应低于C25C25。高。高于一般房屋建筑结构的最低要求，可以理解为水于一般房屋建筑结构的最低要求，可以理解为水池等构筑物所处的环境类别至少是二池等构筑物所处的环境类别至少是二a a类。类。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于于C30C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40C40。1.3 1.3 钢筋与混凝土的相互作用
46、粘结力钢筋与混凝土的相互作用粘结力 粘结力粘结力是存在于钢筋与混凝土界面上的作用是存在于钢筋与混凝土界面上的作用力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵向的抗剪能力。向的抗剪能力。如图如图3.113.11所示所示。产生粘结力的主要因素是：产生粘结力的主要因素是：（1 1）混凝土收混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；（2 2）混凝混凝土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力；土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力；（3 3）由由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。合力。1.3.
47、1 粘结力的概念和作用粘结力的概念和作用图图1.11钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结 1.3.2 粘结力的测定粘结力的测定粘结力的测定一般采用拔出试验方法，粘结力的测定一般采用拔出试验方法，如图如图3.123.12所示所示。粘结强度粘结强度f f可由下式计算可由下式计算根据拔出试验可知：根据拔出试验可知：（1 1）粘结应力按曲线分布，最大粘结应力粘结应力按曲线分布，最大粘结应力在离开端部的某一位置出现，且随拔出力的大小在离开端部的某一位置出现，且随拔出力的大小而变；而变；Pfdl（2 2）钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但埋入过长则尾部的粘结力很小，甚
48、至为零；埋入过长则尾部的粘结力很小，甚至为零；（3 3）粘结强度随混凝土强度等级的提高而粘结强度随混凝土强度等级的提高而增大；增大；（4 4）变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大；变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大；但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。图图3.123.12钢筋拔出试验中粘结应力分布图钢筋拔出试验中粘结应力分布图 规范根据拔出试验给出受拉钢筋的基本锚固规范根据拔出试验给出受拉钢筋的基本锚固长度为长度为其中，锚固钢筋的外形系数按其中，锚固钢筋的外形系数按表表1.11.1取值。取值。构件中钢筋的实际锚固长度，应根据钢筋的构件中钢筋的实际锚
49、固长度，应根据钢筋的受力情况、保护层厚度、钢筋形式等对粘结强度受力情况、保护层厚度、钢筋形式等对粘结强度的影响，采用基本锚固长度乘以一定修正系数。的影响，采用基本锚固长度乘以一定修正系数。1.3.3 保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施 一、纵向受拉钢筋的基本锚固长度一、纵向受拉钢筋的基本锚固长度yatfldf表表1.1锚固钢筋的外形系数锚固钢筋的外形系数 钢筋类型钢筋类型光面钢光面钢筋筋带肋钢带肋钢筋筋三面刻三面刻痕钢丝痕钢丝螺旋肋螺旋肋钢丝钢丝三股钢三股钢绞线绞线七股钢七股钢绞线绞线 钢筋外形钢筋外形系数系数 0.160.140.190.130.160.17钢筋
50、的连接可分为两类：钢筋的连接可分为两类：绑扎搭接、机械连接绑扎搭接、机械连接或焊接或焊接。规范规定，位于同一连接区段内的受拉钢筋搭规范规定，位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头百分率不宜大于接接头百分率不宜大于25%25%，当工程中确有必要增大，当工程中确有必要增大时，对于梁内构件也不应大于时，对于梁内构件也不应大于50%50%，对板类、墙类及，对板类、墙类及柱类构体，可根据实际情况放宽。纵向受拉钢筋绑柱类构体，可根据实际情况放宽。纵向受拉钢筋绑扎搭接的搭接长度按下式计算（但不小于扎搭接的搭接长度按下式计算（但不小于300mm300mm）：）：l l1 1=lla a 纵向受拉钢筋搭接长度修正
