钢筋混凝土原理及分析

《钢筋混凝土原理和分析》读书笔记经过一个学期的课程学习，我在《钢筋混凝土原理和分析》教材及本科基础专业知识储备的基础上，外加查阅的其它一些相关钢筋混凝土容的学习资料，包括教材、专著及论文等，基本掌握了书中所讲述的关于钢筋混凝土的基础知识，深化了原有的知识理论，形成较为完整的混凝土知识理论系统。

由于在课程学习过程中，贺东青教授是安排我在课堂上讲解“钢筋的力学性能”与“钢筋与混凝土的粘结”的部分容，因此，本报告后续容也主要围绕“钢筋的力学性能”与“钢筋与混凝土的粘结”这一面作细致展开,其他容知识仅作一概括。

随着建筑科技的快速发展和各类工程建筑的迅速崛起，混凝土结构经历了很长时间的发展，现已经广泛应用于诸多民用和工业用建筑，为社会发展和人类生活水平提高做出了卓越贡献。

在本科阶段学习的《混凝土结构设计原理》课程中，我大致了解了混凝土结构的分类、应用、构件的基本设计原理以及法等。

所涵盖的理论知识、学习法以及思维式都对作为结构工程向的我们以后专业课的学习以及工作起到重要的积极的作用。

一、对《高等混凝土结构》课程的认知在本科学习期间，有关钢筋混凝土结构的课程中，一般先简要的介绍钢筋和混凝土的材性，后以较大篇幅着重说明各种基本构件的性能、计算法、设计和构造要求等，较多地遵循结构设计规的体系和法，以完成结构设计为主要目标。

《钢筋混凝土原理和分析》是以研究和分析钢筋混凝土结构的性能及一般规律，并以解决工程中出现的各种问题为目标，本书中用大量的篇幅系统地介绍主要材料—混凝土在单轴和多轴应力状态下，以及各种特殊条件下的强度和变形的一般规律，以此作为了解和分析构件性能的基础。

在表述钢筋混凝土构件在各种受力条件下的性能时，强调以试验结果为依据，着重介绍其受力变形和破坏的全过程、各种因素的影响、机理分析、重要技术指标的确定、计算原则和法等。

本书是研究和设计钢筋混凝土结构的主要理论基础和试验依据，其容和作用如同匀质线弹性结构的“材料力学”。

但是钢筋混凝土是由非线性的、且拉压强度相差悬殊的混凝土和钢筋组合而成，受力性能复杂多变，因而课程的容更为丰富。

钢筋混凝土结构作为结构工程的一个学科分支，必定服从结构工程学科的一般规律：从工程实践中提出要求或问题，通过调查统计、实验研究、理论分析、计算对比等多种手段予以解决。

总结其一般变化规律，揭示作用机理，建立物理模型和数学表达，确定计算法和构造措施，再回到工程实践中进行验证，并加以改进和补充。

一般需经过实践—研究—实践的多次反复，渐臻完善，最终为工程服务。

钢筋混凝土既然是由性质迥异的两种材料组合而成，必定具有区别于单一材料结构（如钢结构、木结构等）的特殊性。

所以，钢筋混凝土的性能不仅依赖于两种材料本身的性质，还在更大程度上取决于二者的相互关系和配合。

钢筋混凝土的承载力和变形性能的变化幅度很大。

有时甚至可以按照所规定的性能指标设计专门的钢筋混凝土，合理选用材料和配筋构造，以满足具体工程的特定要求。

总所知，混凝土是非匀质的、非线性的人工混合材料，力学性能复杂，且随时间而变化，性能指标的离散性又大；而钢筋和混凝土的配合又呈多样性，更使得钢筋混凝土的性能十分复杂多变。

至今，钢筋混凝土构件在不同受力状态和环境条件下的性能反应已有较多的实验和理论研究结果，建立了相应的计算法和构造措施，可以解决工程问题。

但是，还缺乏一个完善的、统一的理论法来概括和解决普遍的工程问题。

考虑到混凝土材性和钢筋混凝土构件性能的这些特点，应遵循以下原则：立足于试验依据——混凝土材料的力学性能指标和钢筋混凝土构件的性能反应，一般只能在精细的试验中确定。

根据一定数量的试验数据，研究其变化规律，并通过机理和统计分析，总结成理性认识，建立物理和数学模型加以描述，最终还用试验或工程实践加以验证。

这也是研究和解决钢筋混凝土结构问题的一般法。

宏观的力学反应——结构混凝土中的应力、变形和裂缝的微观力学分析，因为混凝土材料的非均匀微构造、局部缺陷和离散性大而极难获得精确的计算结果。

本书讨论的钢筋混凝土材性和构件性能都是指一定尺度围（约≥或3～4倍粗骨料粒径）的平均值，在结构工程中应用有足够的精度。

受力性能的规律和机理分析——混凝土材料和构件在不同受力状态和环境条件下的性能反应，受到多种因素的影响而变化，其变形过程、破坏形态和极限承载力等都有一定的规律性。

而具体的计算法和公式，将因数据的积累或增删而改变形势和参数。

实际的力学性能和指标——书中给出的混凝土材性和构件性能的试验结果，以及计算公式的理论值等，一般都是指试验实测值或平均值，可以直接用于验算结构的实际承载力和变形。

这些数值与结构设计中考虑必要的安全度后的设计值有一系列差别，转用时需作相应的折算。

反应国外最新研究成果——钢筋混凝土材料和结构不断发展，工程中积累了新的经验并提出了新的课题，相关的试验和理论研究日新月异，成果累累。

本书在保留相对稳定的基本概念和分析法的基础上，注意吸收和反应最新研究成果和不同的学术观点、法。

当然，本书侧重于定性分析，为钢筋混凝土结构的研究和分析服务，定量计算比较少，一般不对配筋构造具体细节做出规定和限制，也不涉及规要求的条款要求，这样就是使得我们学习之后，对知识概念很清楚。

二、对《钢筋混凝土原理和分析》容的学习与理解本书共分四篇二十章。

第一篇在阐述混凝土材料的基本特点和受力破坏机理的基础上，比较详细地介绍了混凝土在基本受力状态下的强度和变形规律，给出了高强混凝土、轻质混凝土和纤维混凝土等多种结构混凝土的主要力学性能；并全面地概括了混凝土在多轴状态下强度和变形的一般规律，分类介绍并比较了混凝土的多种破坏准则和本构模型，为用有限元法分析二维和三维混凝土结构提供必要的物理模型和计算依据。

第二篇着重分析和解决钢筋和混凝土二者共同作用的一些重要性能，这是钢筋和混凝土作为组合材料区别于单一结构材料的特殊问题。

第三篇给出钢筋混凝土基本受力构件（即压弯构件）的承载力、裂缝和变形，以及抗剪和抗扭构件等的一般性能规律、机理和分析法等。

第四篇针对结构常遇的几种特殊受力状态，包括抗（地）震、疲劳、抗爆和抗高温等，介绍了钢筋和混凝土的材料和基本构件的特殊性能反应及其分析法。

混凝土是以水泥为主要胶结材料，拌合一定比例的砂、和水，有时还加入少量的各种添加剂，经过搅拌、注模、振捣、养护等工序后，逐渐凝固硬化而成的人工混合材料。

它是钢筋混凝土的主体，容纳和围护各种构造的钢筋，成为合理的组合性结构材料。

因而钢筋混凝土结构（构件）的力学反应，在很大程度上取决于混凝土的材料性能，及其对钢筋的支撑和约束作用。

混凝土的强度和变形性能显著地区别于其它单一结构材料，如工业冶炼而成的钢材、天然生成的木材等。

混凝土的拉压强度（变形）相差悬殊，质脆变形小，性能随时间和环境因素的变异大。

此外，由于混凝土主要材料的地化，配制的质量和性能的稳定性受制于施工单位的技术和管理水平，使混凝土的各项性能指标都有较大的离散度。

在钢筋混凝土结构工程中，混凝土的实际应力状态千变万化，因而有不等的强度和变形值，最简单也是最基本的应力状态是均匀的单轴受压和单轴受拉。

工程中最大量存在的梁、板、柱等简单构件，虽然其中的混凝土并不处于理想的单轴受压或受拉应力状态，但按此计算仍能满足工程精度要求。

混凝土在单轴受压和受拉状态下的强度和变形性质，最清楚地显示了它区别于其他结构材料的力学性能特点。

它们作为混凝土力学性能的最重要指标，既是确定混凝土强度等级的唯一依据，又是决定其他重要性能特征和指标，如弹性模量、峰值应变、破坏特征、延性指数、多轴强度和变形等的最主要因素。

在实际工程中，混凝土结构的自重大，增加了支承结构和基础的负重，缩减了结构的有效空间和净空，在地震区还加大了惯性力和结构地震响应，是混凝土的一大缺点。

随着混凝土结构的应用领域的扩展，规模的增大，使结构工程向更高、跨度更大、荷载更重的向发展，对其性能要求也更高。

因而混凝土材料的弱点更显突出，阻碍了它在工程中的应用。

为了适应发展的要求，经过多年的研究、开发和工程经验的积累，已经成功地研制了高强混凝土（）、轻质混凝土（）和纤维混凝土等多种结构混凝土。

钢筋混凝土是以混凝土为主体，配设不同形式的高抗拉强度的钢筋所构成的组合材料，二者的性能互补，成为迄今结构工程中应用最成功、最广泛的组合材料。

钢材放置在混凝土结构中的主要作用是承受拉力，以弥补混凝土抗拉强度的低下和延性的不足。

有些结构，为了减少截面，减轻结构自重，增强承载力和刚度，便构造和快捷施工等目的，也使用不同形状的型钢。

钢材是混凝土结构中主要承受拉力的材料。

建筑结构中，主要使用的有低碳钢以及低合金钢。

钢材根据使用类型的不同，又可分为钢筋、高强钢丝、型钢和钢丝网水泥等。

钢筋的截面一般为圆形，表面形状可根据结构具体要求进行加工，主要有光面、螺纹、人字纹、月牙纹、竹节形和扭转形。

混凝土结构钢筋种类根据其轧制工艺、表面形状和强度等级进行分类，设计规建议采取的钢种有：HPB300、HRB335、HRB400、RRB400、HRB500。

这些钢筋的应力-应变曲线都有明显的屈服台阶，因此属于“软钢”。

碳素钢丝经过冷拔和热处理可以达到很高的抗拉强度，但是无明显屈服台阶，属于“硬钢”，主要应用于预应力结构。

角钢、槽钢、工字钢和钢板、钢管等钢构件统称为型钢，都可应用于混凝土结构，形成型钢-混凝土组合结构。

钢丝网水泥主要用细钢丝编制成的网片作为配筋，浇筑水泥砂浆后成为薄板状。

钢筋的应力-应变关系，一般采用原钢筋、表面不经切削加工的试件进行拉伸试验加以测定。

根据应力-应变曲线上有无明显屈服台阶，可以将钢材分为软钢和硬钢。

软钢的应力-应变关系可以大致划分为弹性阶段、屈服台阶阶段、强化阶段和颈缩阶段。

硬钢的拉伸曲线没有明显的屈服台阶，在进行结构设计时，要对这类钢材定义一个名义屈服强度作为设计值，这一值通常取残余应变为0.2×10-2时的应力作为屈服点，经过折算得出。

混凝土结构在承受重复荷载或反复荷载的多次作用时，其中所配设的钢筋相应地产生应力的多次加卸过程。

钢筋在屈服点以前卸载和再加载，完全卸载后不会产生残余应变；在进入屈服阶段后，完全卸载时会产生残余应变。

钢材的冷加工强化性能主要有冷拉和冷拔。

钢筋经过冷拉处理后，屈服强度一般可比原材料提高约20%～35%。

对钢筋进行冷拉时，一般采取应力和伸长率的“双控”工艺。

冷拉后钢筋没有明显的屈服台阶，但如果将钢筋放置一段时间或者加热后，屈服台阶会再次出现，但是比原材料缩短，但是屈服强度、极限强度有所增长，极限延伸率有所减小，这一现象称为时效。

将钢筋强力拉过硬质合金拔丝模，使得钢筋在拉力和横向挤压力的共同作用下缩小直径，这一工艺称为冷拔。

钢筋经过冷拔会产生强烈的塑性变形，材料强度得到提高。