钢筋混凝土结构的基本概念
结构设计原理知识点
第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度cu f 。
影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。
尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100）cu f （150）=1.05cu f （200）2.混凝土弹性模量和变形模量。
①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。
表示为：E '=σ/ε=tan α0②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。
E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。
③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。
影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。
徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预应力损失。
4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。
钢—混凝土组合结构概况
一钢—混凝土组合结构概况（一）钢—混凝土组合结构的一般概念组合结构定义：组合结构的种类繁多，从广义上讲，组合结构是指两种或多种不同材料组成一个结构或构件而共同工作的结构（Composite Structure）。
钢—混凝土组合结构是继木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构之后发展兴起的第五大类结构。
从广义概念上看，钢筋混凝土结构就是具有代表性的组合结构的一种。
组合结构分类：组合结构通常是指钢—混凝土组合结构，其中钢又分为钢筋和型钢，混凝土可以是素混凝土也可以是钢筋混凝土。
国内外常用的钢—混凝土组合结构主要包括以下五大类：（1）压型钢板混凝土组合板；（2）钢—混凝土组合梁；（3）钢骨混凝土结构（也称为型钢混凝土结构或劲性混凝土结构）；（4）钢管混凝土结构；（5）外包钢混凝土结构。
（二）钢—混凝土组合结构的发展概况钢—混凝土组合结构这门学科起源于本世纪初期。
于本世纪二十年代进行了一些基础性的研究。
到了五十年代已基本形成独立的学科体系。
至今组合结构在基础理论，应用技术等方面都有很大的发展。
目前钢—混凝土组合结构在高层建筑、桥梁工程等许多土木工程中得到广泛的应用，并取得了较好的经济效益。
在国外，钢—混凝土组合结构最初大量应用于土木工程旨在二次世界大战结束后，当时的欧洲急需恢复战争破坏的房屋和桥梁，工程师们采用了大量的钢—混凝土组合结构，加快了重建的速度，完成了大量的道路桥梁和房屋的重建工程。
1968年日本十胜冲地震以后，发现采用钢—混凝土组合结构修建的房屋，其抗震性能良好，于是钢—混凝土组合结构在日本的高层与超高层中得到迅速发展。
60年代以后世界上许多国家（包括英、美、日、苏、法、德）根据本国的试验研究成果及施工技术条件制定了相应的设计与施工技术规范。
1971年成立了由欧洲国际混凝土委员会（CES）、欧洲钢结构协会（ECCS）、国际预应力联合会（FIP）和国际桥梁及结构工程协会（IABSE）组成的组合结构委员会，多次组织了国际性的组合结构学术讨论会，并于1981年正式颁布了《组合结构》规范。
第1章 钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能
第一篇钢筋混凝土结构第1章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1.1 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。
混凝土（砼）是一种人造石料，其抗压能力很高，而抗拉能力很弱。
采用素混凝土制成的构件（指无筋或不配置受力钢筋的混凝土构件），例如素混凝土梁，当它承受竖向荷载作用时[图1-1a）]，在梁的垂直截面（正截面）上受到弯矩作用，截面中和轴以上受压，以下受拉。
当荷载达到某一数值F c时，梁截面的受拉边缘混凝土的拉应变达到极限拉应变，即出现竖向弯曲裂缝，这时，裂缝处截面的受拉区混凝土退出工作，该截面处受压高度减小，即使荷载不增加，竖向弯曲裂缝也会急速向上发展，导致梁骤然断裂[图1-1b）]。
这种破坏是很突然的。
也就是说，当荷载达到F c的瞬间，梁立即发生破坏。
F c为素混凝土梁受拉区出现裂缝的荷载，一般称为素混凝土梁的抗裂荷载，也是素混凝土梁的破坏荷载。
由此可见，素混凝土梁的承载能力是由混凝土的抗拉强度控制的，而受压混凝土的抗压强度远未被充分利用。
在制造混凝土梁时，倘若在梁的受拉区配置适量的纵向受力钢筋，就构成钢筋混凝土梁。
试验表明，和素混凝土梁有相同截面尺寸的钢筋混凝土梁承受竖向荷载作用时，荷载略大于F c时的受拉区混凝土仍会出现裂缝。
在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将可承担几乎全部的拉力。
这时，钢筋混凝土梁不会像素混凝土梁那样立即裂断，而能继续承受荷载作用[图1-1c）]，直至受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。
因此，混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度都能得到充分的利用，钢筋混凝土梁的承载能力可较素混凝土梁提高很多。
图1－1 素混凝土梁和钢筋混凝土梁a)受竖向力作用的混凝土梁b)素混凝土梁的断裂c)钢筋混凝土梁的开裂混凝土的抗压强度高，常用于受压构件。
若在构件中配置钢筋来构成钢筋混凝土受压构件，试验表明，和素混凝土受压构件截面尺寸及长细比相同的钢筋混凝土受压构件，不仅承载能力大为提高，而且受力性能得到改善（图1-2）。
钢筋混凝土结构的基本概念
钢筋混凝土结构的基本概念在现代建筑领域中，钢筋混凝土结构是一种被广泛应用且至关重要的结构形式。
它承载着建筑物的重量，为我们提供了安全、稳定和舒适的居住与工作空间。
那么，什么是钢筋混凝土结构呢？钢筋混凝土结构，简单来说，就是由钢筋和混凝土两种材料共同组成的结构。
混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低；而钢筋则具有良好的抗拉强度。
将这两种材料巧妙地结合在一起，就能够充分发挥它们各自的优势，形成一种性能优越的结构体系。
混凝土是一种由水泥、骨料（如砂、石子）、水以及可能添加的外加剂等按照一定比例混合而成的人造材料。
水泥在与水混合后会发生化学反应，逐渐硬化形成具有一定强度的固体。
混凝土在受压时表现出色，但在受拉时容易开裂。
钢筋则通常采用高强度的钢材制成，其抗拉性能出色。
当混凝土受到拉力作用时，内部容易产生裂缝，此时钢筋就能够承担拉力，阻止裂缝的进一步扩展，从而保证结构的整体稳定性和安全性。
在钢筋混凝土结构中，钢筋的布置方式和数量是经过精心设计的。
根据结构所承受的荷载和受力情况，工程师会确定钢筋的位置、直径和间距等参数。
例如，在梁中，钢筋通常布置在受拉区域，以承受拉力；在柱子中，钢筋则沿周边均匀布置，以增强柱子的抗压和抗弯能力。
钢筋与混凝土之间能够协同工作，主要依赖于它们之间良好的粘结力。
这种粘结力使得钢筋和混凝土在受力时能够共同变形，协同承受外力。
为了增强这种粘结力，钢筋表面通常会设计成具有一定的纹路或采用特殊的锚固措施。
钢筋混凝土结构具有许多优点。
首先，它的耐久性较好。
混凝土能够有效地保护钢筋不被腐蚀，从而延长结构的使用寿命。
其次，它的耐火性能优越。
在火灾发生时，混凝土能够在一定时间内保持结构的稳定性，为人员疏散和灭火争取时间。
再者，它的施工相对较为方便，可以在现场浇筑成型，适应各种复杂的形状和尺寸要求。
而且，钢筋混凝土结构的成本相对较低，具有较高的性价比。
然而，钢筋混凝土结构也并非完美无缺。
它的自重大，对于大跨度结构来说可能不太适用。
《水工钢筋混凝土结构》习题答案全解配合教材版
《水工钢筋混凝土结构》习题答案全解配合教材版基本概念：一、钢筋混凝土结构的特点1．混凝土结构的定义：混凝土结构是以混凝土为主要材料制成的结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。
素混凝土结构是指由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构；钢筋混凝土结构是指由配置受力钢筋的混凝土制成的结构；预应力混凝土结构是指由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构。
其中，钢筋混凝土结构在工程中应用最为广泛。
2．钢筋混凝土结构的特点：钢筋混凝土结构是以混凝土承受压力、钢筋承受拉力，能比较充分合理地利用混凝土（高抗压性能）和钢筋（高抗拉性能）这两种材料的力学特性。
与素混凝土结构相比，钢筋混凝土结构承载力大大提高，破坏也呈延性特征，有明显的裂缝和变形发展过程。
对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。
技术经济效益显著。
钢筋有时也可以用来协助混凝土受压，改善混凝土的受压破坏脆性性能和减少截面尺寸。
3．钢筋和混凝土能够共同工作的主要原因：（1）钢筋与混凝土之间存在有良好的粘结力，能牢固地形成整体，保证在荷载作用下，钢筋和外围混凝土能够协调变形，相互传力，共同受力。
（2）钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数接近（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），当温度变化时，两者间不会产生很大的相对变形而破坏它们之间的结合，而能够共同工作。
二、钢筋混凝土结构的优点（1）合理用材。
能充分合理的利用钢筋（高抗拉性能）和混凝土（高抗压性能）两种材料的受力性能。
（2）耐久性好。
在一般环境下，钢筋受到混凝土保护而不易生锈，而混凝土的强度随着时间的增长还有所提高，所以其耐久性较好。
（3）耐火性好。
混凝土是不良导热体，遭火灾时，钢筋因有混凝土包裹而不致于很快升温到失去承载力的程度。
（4）可模性好。
混凝土可根据设计需要支模浇筑成各种形状和尺寸的结构。
（5）整体性好。
钢筋混凝土结构的基本 知识
f t，s
2P dl
（2）---间接测试法,采用圆 柱体或立方体的劈裂试件 来测定.(如下图）
2P
f t，s dl
劈裂试验
P—破坏荷载； d—圆柱直径或立方体边长； l —试件的长度。 实验结果表明，混凝土的劈裂强度除与试件尺寸等因素有关 外，还与垫条的宽度和材料特性有关。加大垫条宽度可使实测劈裂 强度提高，一般认为垫条宽度应不小于立方试件边长或圆柱体试件 直径的1/10。
1)混凝土应力应变曲线 （如图）
曲线特点
上升段 :
A、当0.3fc ～ 0.4fc时，σ－ε关系接近一根直线。
B、随着应力的增大，当σ=0.3fc～0.8fc时曲线
明显的呈弯曲状上升，ε增量大于σ增量，材料出 现明显的塑性。
C、当时BC(σ=0.8fc～1.0fc) ，εo随混凝土强度的
不同可在（1.5～2.5）×10-3间波动，构件破坏， σmax称砼的棱柱体抗压强度fcd，下降段末端的 相应应变即为混凝土的极限应变值εmax
HRB335级钢筋，低合金钢。表面轧制成外形为等高肋 （螺纹），现在生产的外形均为月牙肋，厂家生产的公 称直径的范围为6—50mm，推荐采用直径一般不超过 32mm
HRB400级钢筋，低合金钢。外形为月牙肋，有足够的 塑性和良好的焊接性能，公称直径的范围为6-50mm， 主要用于大中型钢筋混凝土结构和高强混凝土结构构件 的受力钢筋KL400为经热轧后，余热处理的钢筋，即钢 筋经过热轧后立即穿水，进行表面冷却，然后利用心部 余热自身完成回火处理，厂家的公称直径范围为8— 40mm。这种钢筋强度较高，有足够塑性和韧性，这种 钢筋一般经冷拉后作预应力钢筋。
钢筋混 凝土梁
2、钢筋混凝土梁：在受拉区内配置适量的钢 筋后，梁的破坏为： P逐渐增大→达到受拉区混凝土的抗拉极限,受拉 区混凝土退出工作→受拉钢筋应力达到屈服强度 →受压区混凝土被压坏→梁破坏。
混凝土第一章
5
or
10
l
l0 l0
%
弹性模量Es：为常数，为应力-应变上升直线的斜率。
1.3 钢筋
b.无明显流幅的s-曲线(硬钢) sb
0.2
1.3 钢筋
2.钢筋拉伸的塑性指标 伸冷长弯率试：验δ。5，δ10
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、起皮或断裂现象。 冷弯试验不但可以检验钢筋塑性，同时可以检验 钢筋内部是否有缺陷，是对质量较严格的检验。
3.混凝土的收缩——体积变形 ★定义：
混凝土在空气中结硬时其体积会缩小的现象。
★收缩的原因
凝缩和干缩。 干缩指干燥失水导致的收缩为收缩主要原因。
★混凝土收缩变形与时间曲线见图
1.2.2.混凝土的变形
★混凝土收缩的特点 ➢ 结硬初期收缩变形发展很快，一个月完成50%， 三个月后增长缓慢。最终收缩值约为(2～6)×10-4。 ➢ 蒸汽养护比常温养护的收缩变形小。
1.2 混凝土
一、混凝土的组成
水泥、水、粗骨料、 细骨料、 外加剂；掺合料（硅 粉、矿渣、粉煤灰等）
二、内部构造
1)固体颗粒： 为粗骨料和未水化的水泥团； 2)硬化的水泥砂浆； 3)气孔和微裂缝。
1.2 混凝土
三、混凝土力学性能
强度
变形
单轴受力 强度
立棱抗 方柱拉 体体强 抗抗度 压压 强强 度度
相对湿度95%以上;养护28
天
➢标准试验方法
接触面不涂润滑油；
加载速度0.3-0.5MPa/s。
单轴强度测试时不涂润滑油。 加载速度越快，强度越高。
2.轴心抗压强度 fc(棱柱体抗压强度)—强度设计指标
钢筋混凝土结构各章重点(0-4章)
钢筋混凝土结构各章重点绪论1、混凝土结构概念：以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。
◇2、混凝土结构分类：包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等三类。
◇3、钢筋和混凝土共同工作的主要原因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。
③钢筋包裹在混凝土中，混凝土保护层可以保护钢筋，避免或延缓钢筋锈蚀。
◇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。
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钢筋混凝土是由两种力学性能不同的材料— 钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用 的一种建筑材料
一：素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力 和破坏形态比较：
1.梁：
素混凝 土梁
钢筋混 凝土梁
Pc即为梁的破坏荷载。P< Pc时，中性轴以上受压， 以下受拉；P=Pc时，出现竖向裂缝并迅速发展，梁突 然断裂。发生脆性破坏。
在受拉区内配置适量的钢筋后，梁的破坏为：受拉钢 筋应力达到屈服强度→受压区混凝土被压坏→梁破坏。
以上分析说明：与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁的 承载能力和变形能力都有很大提高，并且钢筋与混凝 土两种材料强度都能得到较充分的利用。
2.柱：试验表明，钢筋混凝土柱与素混凝土柱相比，不
仅承载力大为提高，而且受力性能也得到改善（下图）
素混凝土和钢筋混凝土轴心受压构件的受力性能比较
二、钢筋与混凝土能共同工作的原因
1. 混凝土与钢筋之间有良好的粘结力。 2. 钢筋和混凝土的温度线膨胀系数较为
接近（钢筋为1.2×10-5，混凝土为 1.0×10-5～1.5×10-5）。 3. 钢筋被混凝土包裹，免遭锈蚀。
三、钢筋混凝土优缺点
优点
• 耐久性好 • 耐火性好 • 整体性好 • 可模性好 • 取材容易
缺点
• 自重大 • 抗裂性较差 • 施工受季节环境影响
较大 • 现浇结构模板耗用木
材较多
Hale Waihona Puke