第一篇 钢筋混凝土结构
第一章 钢筋混凝土结构的基本概念
及材料的物理力学性能
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 。
§ 第一节 钢筋混凝土结构的基本概念
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。
? 耐久性好
? 耐火性好
? 整体性好
? 可模性好
? 取材容易
? 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
三, 钢筋混凝土优缺点
缺点优点
§ 第二节 混凝土
一：混凝土强度
1.立方体抗压强度 R（混凝土标号）
形状：边长为 150mm的立方体
1） 试件,温度,20℃ ± 3℃
相对湿度,90%以
养护时间,28天,
2）影响因素,
—— 实验方法（套箍作用） (图 1-3)
,—— 试件尺寸 （尺寸越小,摩阻力影响越
大,强度越高）
2 轴心抗压强度 Ra0(棱柱体强度 )
1)试件, 150mm× 150mm× 300mm,制作方法
同立方体试件,
2)影响因素,
试件高度 h与边长 b之比,比值越大,轴心
抗压强度越小,(图 1-4)
3)R0a与 R的近似关系 R0a=0.7R
3,抗拉强度
1)测试方法,采用圆柱体或立方体的劈裂
试件来测定,(如下图 ）
劈裂试验
2)采用劈裂试验测抗拉强度的原因
采用两端预埋钢筋的混凝土棱柱体测试轴心抗拉
强度时（如下图），保持试件轴心受拉是很重要的，
也是不容易完全做到的。混凝土内部结构不均匀，钢
筋的预埋和试件的安装都难以对中，而偏心又对抗拉
强度测试有很大的干扰。
4.复合应力状态下的强度
1)双向应力
两个垂直平面
上作用有法向
应力,第三个
平面上应力为
零,
强度变化特点
3) 三向应力
混凝土三向受压时, 各个方向上的抗压强度都有
很大的提高 （ 下图 ） 。 轴心抗压强度与侧压应力 ?2的
关系有如下线性经验式
.
凝土强度提高的原因是由于侧向约束了混凝土受
压后横向变形，限制了混凝土内部裂缝的产生和发展，
从而提高了混凝土在受压方向上的抗压强度
200 4 ??? ccc ff
混凝土圆柱
体抗压强度
三向受压状态下混凝土强度
二,混凝土的变形
1 单调短期加载作用下
1)混凝土应力应变曲线 （ 如图 ）
（ 1） 上升段
OA 线性段 — 虎克定理
AB 塑性, 裂纹稳定发展阶段
BC 塑性, 裂纹非稳定发展阶段
（ 2） 下降段
（ 3） 收敛段
2)影响混凝土应变曲线的主要因素
1,— 混凝土的强度。
2,上升段影响较小，下降段影响较大。强度越高，延
性越差。延性是材料承受变形的能力）
3,— 应变速率。
4,应变速率小，峰值应力 R0a降低,?0增大。
5,— 测试技术和实验条件
3）混凝土的弹性模量，变形模量 （如图）
原点弹性模量：
0??
? tgE
e
c
h ??
切线模量,?ddaE
h /??
变形模量：
h
e
c
c
e
c
c
h EtgE ???????? ??
?
?
?
?
??
式中：
05.0 ac R?? 时,;9.0~8.0??
09.0 ac R?? 时，
。
8.0~4.0??
根据试验统计分析 Eh的经验公式为,
)(/332.2 10 5 M P aRE h ??
弹性特
征系数
2.混凝土在长期荷载作用下的变形 — 徐变
1 )徐变,混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形。
2 )徐变曲线
3)影响徐变的因素：
（ 1）混凝土长期荷载作用下的应力
应力 ?≤ 0.5R0a时，线性徐变；
0.5R0a≤ ?≤0.8R 0a，时，非线性徐变
?>0.8R0a，非稳定徐变。
（ 2）加载时混凝土的龄期
加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大
（ 3） 混凝土的组成成分和配合比
水泥用量越多, 徐变越大；水灰比越大, 徐变越大；骨料的
弹性模量愈大, 骨料体积在混凝土中所占的比重愈高, 则徐变
愈小 。
（ 4） 养护及使用条件下的温度与湿度
养护时温度高, 湿度大, 则水泥水化作用充分, 徐变减小；受
荷后所处环境的温度越高, 湿度越低, 则徐变越大
（ 5） 构件尺寸, 体表比 （ 图 1-17）
尺寸越大, 体表比越大, 徐变越小
4 )徐变对钢筋混凝土结构的影响：
i,产生应力重分布
ii,结构变形增大。
iii,在高应力状态，导致构件破坏。
3.混凝土的收缩
1)混凝土的收缩：
? 混凝土在空气中结硬时其体积会缩小的现象。
2 )混凝土收缩的特点：
结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩的 25%，
一个月完成 50%，三个月后增长缓慢，两年后趋于稳定。最终
收缩值约为（ 2～ 6） × 10-4（图 1-18）。
3)影响因素：
1,— 水泥的用量,水泥越多, 收缩越大；水灰比越大, 收缩也
越大 。
2,— 骨料性质,骨料的级配好, 密度大, 弹性模量高, 收缩小 。
3,— 养护条件,结硬过程中, 温, 湿度越大, 收缩越小 。
4,— 混凝土制作方法,混凝土越密实, 收缩越小 。
5,— 使用环境,环境温, 湿度大时, 收缩小 。
6,— 构件体表比,体表比大时, 收缩小 。
4） 混凝土收缩对结构的影响,应力裂缝。
§ 第三节 钢筋
一, 钢筋的强度与变形
?-?关系曲线分两大类
1.有明显流幅的 ?-?曲线
（图 1-19）（软钢）
2.无明显流幅的 ?-?曲线 （图 1-20）（硬钢）
二、钢筋的成份、级别、品种
1.成份
? 碳素钢：以铁为主，加少量 C,Mn等。按含 C量又分为低碳钢
（ C≤0.22% ），中碳钢（ C=0.25～ 0.6%），高碳钢（ C>0.6%）,
? 普通低合金钢：在碳素钢成分中加入少量的合金元素，如 Si,Mn
等。
2.等级
,公路桥规, 对热轧钢筋按照强度分为五个等级，即 I,II,III、
IV及 5号钢。
3.品种
按外形特征分为：光圆钢筋和变形钢筋。变形钢筋分为螺旋钢
筋,,人, 字形钢筋和月牙形钢筋 (图 1-21。 )
三 钢筋混凝土结构对钢筋性能要求
强度高。
塑性好。
可焊性好。
与混凝土间粘结力好。
§ 第四节 钢筋与混凝土之间的粘结
一 粘结力
1.粘结力,构件中的钢筋受到拉或压后, 混凝土与钢
筋之间存在水泥胶结力, 摩擦力, 机械咬合力, 这些
力统称为粘结力 。
2.粘结应力,钢筋与混凝土由于受变形差 （ 相对滑移 ）
沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力 。
dx
dd g??
4?
3.平均粘结应力
钢筋被拔出或者混凝土被劈裂时的最大平均粘结
应力。
Fld ??? dlF?? ?
4.钢筋锚固长度
确定锚固长度的原则：使钢筋拉到屈服时，钢筋和
混凝土之间的粘结力未破坏。
s
dld ???? ????
4
2
?
?
4
dl s ??
二 粘结机理分析
1,光圆钢筋与混凝土的粘结
粘结力组成：
① 混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；
② 钢筋与混凝土之间的摩擦力；
③ 钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力 。
光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，破坏面是二者之间
的接触面。
2,变形钢筋与混凝土的粘结
主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械
咬合作用, 如图 1-25。 变形钢筋的肋对混凝土的挤压
如同一个楔, 会产生很大的机械咬合力, 从而提高了
强变形钢筋的粘结力 。
光圆钢筋和变形钢筋的粘结机理的主要区别：
光圆钢筋粘结力主要自来胶结力和摩阻力
变形钢筋的粘结力主要来自机械咬合作用 。
三, 影响粘结强度的因素
1,混凝土强度
粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关系
2,构件中钢筋的位置
混凝土浇筑后有下沉及泌水现象 。 处于水平位置的钢筋, 其下的混
凝土由于水分, 气泡的逸出及混凝土的下沉, 并不与钢筋紧密接触, 削
弱了二者之间的粘结作用, 比竖向位置的钢筋的粘结强度要低 。
3,钢筋的布置
4,混凝土保护层厚度
第一章 钢筋混凝土结构的基本概念
及材料的物理力学性能
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 。
§ 第一节 钢筋混凝土结构的基本概念
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。
? 耐久性好
? 耐火性好
? 整体性好
? 可模性好
? 取材容易
? 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
三, 钢筋混凝土优缺点
缺点优点
§ 第二节 混凝土
一：混凝土强度
1.立方体抗压强度 R（混凝土标号）
形状：边长为 150mm的立方体
1） 试件,温度,20℃ ± 3℃
相对湿度,90%以
养护时间,28天,
2）影响因素,
—— 实验方法（套箍作用） (图 1-3)
,—— 试件尺寸 （尺寸越小,摩阻力影响越
大,强度越高）
2 轴心抗压强度 Ra0(棱柱体强度 )
1)试件, 150mm× 150mm× 300mm,制作方法
同立方体试件,
2)影响因素,
试件高度 h与边长 b之比,比值越大,轴心
抗压强度越小,(图 1-4)
3)R0a与 R的近似关系 R0a=0.7R
3,抗拉强度
1)测试方法,采用圆柱体或立方体的劈裂
试件来测定,(如下图 ）
劈裂试验
2)采用劈裂试验测抗拉强度的原因
采用两端预埋钢筋的混凝土棱柱体测试轴心抗拉
强度时（如下图），保持试件轴心受拉是很重要的，
也是不容易完全做到的。混凝土内部结构不均匀，钢
筋的预埋和试件的安装都难以对中，而偏心又对抗拉
强度测试有很大的干扰。
4.复合应力状态下的强度
1)双向应力
两个垂直平面
上作用有法向
应力,第三个
平面上应力为
零,
强度变化特点
3) 三向应力
混凝土三向受压时, 各个方向上的抗压强度都有
很大的提高 （ 下图 ） 。 轴心抗压强度与侧压应力 ?2的
关系有如下线性经验式
.
凝土强度提高的原因是由于侧向约束了混凝土受
压后横向变形，限制了混凝土内部裂缝的产生和发展，
从而提高了混凝土在受压方向上的抗压强度
200 4 ??? ccc ff
混凝土圆柱
体抗压强度
三向受压状态下混凝土强度
二,混凝土的变形
1 单调短期加载作用下
1)混凝土应力应变曲线 （ 如图 ）
（ 1） 上升段
OA 线性段 — 虎克定理
AB 塑性, 裂纹稳定发展阶段
BC 塑性, 裂纹非稳定发展阶段
（ 2） 下降段
（ 3） 收敛段
2)影响混凝土应变曲线的主要因素
1,— 混凝土的强度。
2,上升段影响较小，下降段影响较大。强度越高，延
性越差。延性是材料承受变形的能力）
3,— 应变速率。
4,应变速率小，峰值应力 R0a降低,?0增大。
5,— 测试技术和实验条件
3）混凝土的弹性模量，变形模量 （如图）
原点弹性模量：
0??
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切线模量,?ddaE
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变形模量：
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根据试验统计分析 Eh的经验公式为,
)(/332.2 10 5 M P aRE h ??
弹性特
征系数
2.混凝土在长期荷载作用下的变形 — 徐变
1 )徐变,混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形。
2 )徐变曲线
3)影响徐变的因素：
（ 1）混凝土长期荷载作用下的应力
应力 ?≤ 0.5R0a时，线性徐变；
0.5R0a≤ ?≤0.8R 0a，时，非线性徐变
?>0.8R0a，非稳定徐变。
（ 2）加载时混凝土的龄期
加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大
（ 3） 混凝土的组成成分和配合比
水泥用量越多, 徐变越大；水灰比越大, 徐变越大；骨料的
弹性模量愈大, 骨料体积在混凝土中所占的比重愈高, 则徐变
愈小 。
（ 4） 养护及使用条件下的温度与湿度
养护时温度高, 湿度大, 则水泥水化作用充分, 徐变减小；受
荷后所处环境的温度越高, 湿度越低, 则徐变越大
（ 5） 构件尺寸, 体表比 （ 图 1-17）
尺寸越大, 体表比越大, 徐变越小
4 )徐变对钢筋混凝土结构的影响：
i,产生应力重分布
ii,结构变形增大。
iii,在高应力状态，导致构件破坏。
3.混凝土的收缩
1)混凝土的收缩：
? 混凝土在空气中结硬时其体积会缩小的现象。
2 )混凝土收缩的特点：
结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩的 25%，
一个月完成 50%，三个月后增长缓慢，两年后趋于稳定。最终
收缩值约为（ 2～ 6） × 10-4（图 1-18）。
3)影响因素：
1,— 水泥的用量,水泥越多, 收缩越大；水灰比越大, 收缩也
越大 。
2,— 骨料性质,骨料的级配好, 密度大, 弹性模量高, 收缩小 。
3,— 养护条件,结硬过程中, 温, 湿度越大, 收缩越小 。
4,— 混凝土制作方法,混凝土越密实, 收缩越小 。
5,— 使用环境,环境温, 湿度大时, 收缩小 。
6,— 构件体表比,体表比大时, 收缩小 。
4） 混凝土收缩对结构的影响,应力裂缝。
§ 第三节 钢筋
一, 钢筋的强度与变形
?-?关系曲线分两大类
1.有明显流幅的 ?-?曲线
（图 1-19）（软钢）
2.无明显流幅的 ?-?曲线 （图 1-20）（硬钢）
二、钢筋的成份、级别、品种
1.成份
? 碳素钢：以铁为主，加少量 C,Mn等。按含 C量又分为低碳钢
（ C≤0.22% ），中碳钢（ C=0.25～ 0.6%），高碳钢（ C>0.6%）,
? 普通低合金钢：在碳素钢成分中加入少量的合金元素，如 Si,Mn
等。
2.等级
,公路桥规, 对热轧钢筋按照强度分为五个等级，即 I,II,III、
IV及 5号钢。
3.品种
按外形特征分为：光圆钢筋和变形钢筋。变形钢筋分为螺旋钢
筋,,人, 字形钢筋和月牙形钢筋 (图 1-21。 )
三 钢筋混凝土结构对钢筋性能要求
强度高。
塑性好。
可焊性好。
与混凝土间粘结力好。
§ 第四节 钢筋与混凝土之间的粘结
一 粘结力
1.粘结力,构件中的钢筋受到拉或压后, 混凝土与钢
筋之间存在水泥胶结力, 摩擦力, 机械咬合力, 这些
力统称为粘结力 。
2.粘结应力,钢筋与混凝土由于受变形差 （ 相对滑移 ）
沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力 。
dx
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4?
3.平均粘结应力
钢筋被拔出或者混凝土被劈裂时的最大平均粘结
应力。
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4.钢筋锚固长度
确定锚固长度的原则：使钢筋拉到屈服时，钢筋和
混凝土之间的粘结力未破坏。
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二 粘结机理分析
1,光圆钢筋与混凝土的粘结
粘结力组成：
① 混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；
② 钢筋与混凝土之间的摩擦力；
③ 钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力 。
光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，破坏面是二者之间
的接触面。
2,变形钢筋与混凝土的粘结
主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械
咬合作用, 如图 1-25。 变形钢筋的肋对混凝土的挤压
如同一个楔, 会产生很大的机械咬合力, 从而提高了
强变形钢筋的粘结力 。
光圆钢筋和变形钢筋的粘结机理的主要区别：
光圆钢筋粘结力主要自来胶结力和摩阻力
变形钢筋的粘结力主要来自机械咬合作用 。
三, 影响粘结强度的因素
1,混凝土强度
粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关系
2,构件中钢筋的位置
混凝土浇筑后有下沉及泌水现象 。 处于水平位置的钢筋, 其下的混
凝土由于水分, 气泡的逸出及混凝土的下沉, 并不与钢筋紧密接触, 削
弱了二者之间的粘结作用, 比竖向位置的钢筋的粘结强度要低 。
3,钢筋的布置
4,混凝土保护层厚度
