主讲 王新玲 教授
Ch1.绪论
? 1.1.钢筋混凝土结构,
? 1.钢筋混凝土 （ R.C ）,R.C 是钢筋和砼按一定方式组成的
能共同工作的建筑材料。
? 2.钢筋混凝土结构,是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。
? 砼：抗拉强度大约是抗压强度的 1/10 。
砼结构
素砼结构
钢筋混凝土结构 （ Reinforced concrete structure）
预应力混凝土结构 （ Prestressed concrete structure）
例如：简支梁
碳纤维混凝土
钢纤维混凝土
玻璃纤维混凝土
300
200 ft
F1）素砼梁
F=8KN 截面开裂并破坏
2).R.C 梁, 受拉区配 3 ? 16 钢筋
F
3 ? 16
Fcr=8.3 KN 截面开裂 ; Fu=36KN 截面破坏。
3).效果,梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。
3.钢筋和砼共同工作原因,1)钢筋和砼之间存在粘结力；
2)钢筋和砼线膨胀系数接近；
3)砼保护钢筋
4.特点：
1)材料来源广泛； 2)耐久性和耐火性好；
3)可模性好； 4).现浇砼结构刚度大；
5).砼自重大,重力密度,25kN/m3 6).砼容易开裂。 (先天不足 )
1.2.砼结构发展简史及展望
1824,Portland cement
1.第一阶段,R.C小构件应用，承载力按弹性理论计算。
2.第二阶段,R.C空间结构和预应力砼结构，承载力按破坏阶
段计算。
3.第三阶段：工业化施工方法，承载力按极限状态设计。
材料：高强砼和高强钢筋；结构：高层和大跨结构。
4.第四阶段,建立在概率理论基础上的可靠度分析 ----
-概率极限状态设计法,计算机计算，砼力学
1.3.结构设计思路
课程特点：
1).综合性 2).适用性 3).发展性,TJ10-74,GBJ10-89，
GB50010-2002
研究方法：
规范、强制性条文，表格
规律 适用条件建立模式试验 计算公式
1.初步设计阶段 — 方案设计阶段
1）选择结构体系 2）选择结构材料
3）确定施工方法 4）确定结构控制截面
2.施工图设计阶段
1）结构上荷载的计算 2）内力计算 3）截面设计 4）画施工图
砼结构设计
1).材料的力学性能,
3).受弯构件设计
?偏心受压构件正截面承载力
1).R.C.房屋结构的选型和设计原则
2).结构设计准则
?正截面承载力计算
4).受压构件设计
8).预应力砼构件
砼结构
砼结构基本理论
2).R.C.梁板结构
4).R.C.多高层建筑结构
?轴心受压构件正截面承载力
3).R.C.单层厂房结构
?斜截面承载力计算
5)受拉构件承载力
6)受扭构件承载力 7)R.C构件变形和裂缝验算
参考书
1。滕智明 编 ?钢筋混凝土基本构件 ?。清华大学
出版社
2。蓝宗建 编 ?混凝土结构设计原理 ?。
东南大学出版社
3。 〔 美 〕 艾伦 威廉斯 著 ?钢筋混凝土结构设计 ?。
中国水利水电出版社
4。 GB50010-2002 ?混凝土结构设计规范 ?
5。杂志,?建筑结构学报 ?,?建筑结构 ?
?工业建筑 ?等。
Ch2,R.C材料的力学性能
2.1,钢筋
2.1.1.钢筋的强度及变形－力学性能
1.应力 -应变曲线 (?-?)
1).软钢 (有明显流幅的钢筋 )
?
d
0
a
b
c
e
?
a— 比 例极限,
b,c— 屈 服应力
cd— 强 化阶段
de— 颈 缩
c— 屈 服强度, fy
d— 极 限强度, fsu
2).硬钢
c
d
0
?0.2
?
?
0.2%
条件屈服点 ?0.2 是残余应变
为 0.2%时的应力,
?0.2=0.85 fsu
2.强度和变形指标
? 1).强度,
? 屈服 强度 fy---设计强度
? fsu----极限强度,fy/fsu?0.85
? 2).变形,
? a).伸长率,?=(L2-L1)/L1?100 %
? ?越大,钢筋延性或塑性越好
? b).冷弯性能
? 质量检测指标
? 软钢, fy,fsu,?,冷弯性能
? 硬钢, fsu,?,冷弯性能
3.钢筋的松弛和疲劳
1).钢筋的松弛
钢筋在高应力作用下,应变
增加,应力减小的现象
2).钢筋的疲劳
钢筋的疲劳破坏是指钢筋
在承受重复周期、动荷载
作用下,经过一定次数后,由
塑性破坏变成脆性破坏的
现象。
2.1.2,钢筋的级别和类型?
1).碳素钢,
? 低碳钢 c%<0.22%
? 中碳钢 c%=0.22%~0.6%
? 高碳钢 c%>0.6%
?
强度
low
high
变形
好
差
2).普通低合金钢, 40Si2MnV
(HPB235) (HRB335)(HRB400)(RRB400)
2).冷加工钢筋, 冷拉、冷拔、冷轧扭，螺旋肋
热处理钢筋,40Si2Mn
强度, high
塑性, 差
low
好
3).预应力钢筋
Diameters:
d=6,8,10,12,14,16,
18,20,22,25,28,30m
m~50mm
1).热轧钢筋, I II III
（普通钢筋） ? R
钢绞线
消除应力钢丝：光面、螺旋肋、刻痕
2.1.3 钢筋的冷加工
1.冷拉,?
?
?
?0’
k
k’ d
d’
e
e’
?4
?5 ?6
2.冷拔,
0
2.1.4,钢筋砼结构对钢
筋质量的要求
1.强度
光面钢筋,Isurface
变形钢筋,II, III
2.塑性
3.机械性能
4.与砼的粘结力
2.2.混凝土? 混凝土
? 1).水泥 +水
作用, 扩散砼应力
使砼具有塑性变形能力,
2).水泥胶体 +石子、沙子
水泥胶体 (水泥结晶体和水泥胶块 )
弹性骨架
作用, 抵抗外力
使砼产生弹性变形
骨料和水泥胶体之间产生微裂缝
2.2.1.混凝土强度
1.立方体抗压强度（砼强度等级） f0cu
1).定义,
2).影响因素
a).试件尺寸 150× 150 × 150
? b).龄期和养护条件,
? c)实验方法,
? 3).强度等级,C15,C20,C25-----C80
2.轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）, fc0
抗压强度随试件高度增大而降低,
试件,h/b=3~4
考虑折减系数,0.88
试验 (P13):
3.砼的抗拉强度, ft0
直接张拉, 劈裂试验,
? ? 255.000 348.0 ccut ff ??
4.砼的抗剪强度, fv0
0210 cuccc ff ???
0210 88.0 cuccc ff ???
4.复杂受力状态下砼的强度
1).双轴应力
I.双向受压, 抗压强度提高
II.一向受压，另一向受拉：
抗拉和抗压强度均降低,
III.双向受拉：与单向抗拉强度相同,
IV.剪压状态：
????
c
-0.2
-0.2
????c
1.0
1.0
1.2
1.2
0
IIIII
II
I
0.5 0.70 ???c
???c
??(0.5~0.7)?c,抗剪强度 ?随压应力 ?增大而提高 ; 当
?>0.7?c,?减小,
V.剪拉状态,? 随拉应力 ?而降低,
2）三轴受压：
抗压强度和塑性均大大提高,
5.局部受压强度
局部受压强度提高,
2.2.2,砼的变形
1.砼的应力应变关系－短期单调加载,?c~?c
? 1)上升段 OC:
? OA:(?c?0.3?c0),弹性,?c and ?c 线性,
? AB:(?c=0.3?c0~0.8?c0),砼内部微裂缝发展,
? BC(?c>0.8?c0):塑性变形发展，竖向裂缝出现
? ?c??0=0.0015~0.0025＝ 0.002 ?c??c0
? 2).下降段 CD:
? ?c??cu=0.0033~0.004（极限压应变）
?
c
?c
0
A
B
C
D
fc0
?0 ?cu?
t
?
ft0
?tu=0.0001~
0.00015
受拉,
?I,?c~?c (受压 ):
? 2.重复荷载作用下的变形
? 疲劳强度,
4).砼的弹性模量 Ec
5).剪切模量 Gc
Gc=Ec/2(1+?c)
a).原点弹模 Ec
b).割线模量 Ec’
c).切线模量 Ec’’
?c0
fc
Ec Ec’ Ec’’
00 5.0 cfc ff ?
?c
0
?
05.0 cf??
3,砼在长期作用下的变形 — 徐 变
规范规定,Ec （ P16)
?c— 泊 松比（横向应变与纵向应变之比）
1） 徐 变：砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形
a).水泥凝胶体的粘性
流动
Time(m)
?(×,001)
?cr
5 10 15 20 25
0.5
1.0
1.5
?c
2).产生徐变的原因
b).内部微裂缝的开展
3).对构件影响,
a).使变形增大
4).影响徐变的因素,
a).配合比
b).产生预应力损失
c).引起轴压构件及结构的应力重分布
b).养护条件：温度、湿度
c).应力条件,加荷时的龄期
加荷时的初始应力 ?c
?c ?0.5?c 0---线性徐变 ?c =（ 0.5~0, 8） ?c 0---非线性徐变
?c =0, 8?c 0---长期抗压强度
4.砼的收缩
2).收缩原因,水分蒸发
1).收缩：砼在空气中硬化体积减小的现象
3).对构件影响,
4).影响收缩的因素,
配合比，养护，体表比
I,使砼产生拉应力
II.引起预应力损失
2.3.钢筋与砼的粘结
粘结应力是指钢筋与砼接触面上为抵抗变形差所产生的剪应力。
2.3.1 粘结性质
?
1.粘结应力,
A BC D没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。
dx
x? xx d?? ?dx
?
As
?sx A? ? ? sxx AddxS ??? ????
S
A
dx
d ss?? ?
1).锚固粘结应力 la
ld
2)裂缝之间的粘结应力
?2.粘结应力的试验及粘结应力分布
----拔出试验 ?
?u
la
p
?max
1)?为曲线分布
2)埋入长度越长，所需的力越大
3)粘结强度 ?u =P/?d la
2.3.2 粘结机理
? 1.钢筋和砼之间的胶着力
? 2.砼收缩和钢筋之间的摩阻力
? 3.钢筋表面凸凹不平和砼之间产生的机械咬合力
2.3.3,影响粘结强度的主要因素
? 钢筋的表面形状；砼的强度
? 浇筑位置；
横向压力及横向钢筋
钢筋的净距离； 保护层厚度,
光面受力钢筋端部加弯钩 (P20)
2.4 钢筋混凝土的一般构造规定
1,混凝土保护层 c,(P21)
c
２．钢筋的锚固、连接,(P21)
Ch1.绪论
? 1.1.钢筋混凝土结构,
? 1.钢筋混凝土 （ R.C ）,R.C 是钢筋和砼按一定方式组成的
能共同工作的建筑材料。
? 2.钢筋混凝土结构,是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。
? 砼：抗拉强度大约是抗压强度的 1/10 。
砼结构
素砼结构
钢筋混凝土结构 （ Reinforced concrete structure）
预应力混凝土结构 （ Prestressed concrete structure）
例如：简支梁
碳纤维混凝土
钢纤维混凝土
玻璃纤维混凝土
300
200 ft
F1）素砼梁
F=8KN 截面开裂并破坏
2).R.C 梁, 受拉区配 3 ? 16 钢筋
F
3 ? 16
Fcr=8.3 KN 截面开裂 ; Fu=36KN 截面破坏。
3).效果,梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。
3.钢筋和砼共同工作原因,1)钢筋和砼之间存在粘结力；
2)钢筋和砼线膨胀系数接近；
3)砼保护钢筋
4.特点：
1)材料来源广泛； 2)耐久性和耐火性好；
3)可模性好； 4).现浇砼结构刚度大；
5).砼自重大,重力密度,25kN/m3 6).砼容易开裂。 (先天不足 )
1.2.砼结构发展简史及展望
1824,Portland cement
1.第一阶段,R.C小构件应用，承载力按弹性理论计算。
2.第二阶段,R.C空间结构和预应力砼结构，承载力按破坏阶
段计算。
3.第三阶段：工业化施工方法，承载力按极限状态设计。
材料：高强砼和高强钢筋；结构：高层和大跨结构。
4.第四阶段,建立在概率理论基础上的可靠度分析 ----
-概率极限状态设计法,计算机计算，砼力学
1.3.结构设计思路
课程特点：
1).综合性 2).适用性 3).发展性,TJ10-74,GBJ10-89，
GB50010-2002
研究方法：
规范、强制性条文，表格
规律 适用条件建立模式试验 计算公式
1.初步设计阶段 — 方案设计阶段
1）选择结构体系 2）选择结构材料
3）确定施工方法 4）确定结构控制截面
2.施工图设计阶段
1）结构上荷载的计算 2）内力计算 3）截面设计 4）画施工图
砼结构设计
1).材料的力学性能,
3).受弯构件设计
?偏心受压构件正截面承载力
1).R.C.房屋结构的选型和设计原则
2).结构设计准则
?正截面承载力计算
4).受压构件设计
8).预应力砼构件
砼结构
砼结构基本理论
2).R.C.梁板结构
4).R.C.多高层建筑结构
?轴心受压构件正截面承载力
3).R.C.单层厂房结构
?斜截面承载力计算
5)受拉构件承载力
6)受扭构件承载力 7)R.C构件变形和裂缝验算
参考书
1。滕智明 编 ?钢筋混凝土基本构件 ?。清华大学
出版社
2。蓝宗建 编 ?混凝土结构设计原理 ?。
东南大学出版社
3。 〔 美 〕 艾伦 威廉斯 著 ?钢筋混凝土结构设计 ?。
中国水利水电出版社
4。 GB50010-2002 ?混凝土结构设计规范 ?
5。杂志,?建筑结构学报 ?,?建筑结构 ?
?工业建筑 ?等。
Ch2,R.C材料的力学性能
2.1,钢筋
2.1.1.钢筋的强度及变形－力学性能
1.应力 -应变曲线 (?-?)
1).软钢 (有明显流幅的钢筋 )
?
d
0
a
b
c
e
?
a— 比 例极限,
b,c— 屈 服应力
cd— 强 化阶段
de— 颈 缩
c— 屈 服强度, fy
d— 极 限强度, fsu
2).硬钢
c
d
0
?0.2
?
?
0.2%
条件屈服点 ?0.2 是残余应变
为 0.2%时的应力,
?0.2=0.85 fsu
2.强度和变形指标
? 1).强度,
? 屈服 强度 fy---设计强度
? fsu----极限强度,fy/fsu?0.85
? 2).变形,
? a).伸长率,?=(L2-L1)/L1?100 %
? ?越大,钢筋延性或塑性越好
? b).冷弯性能
? 质量检测指标
? 软钢, fy,fsu,?,冷弯性能
? 硬钢, fsu,?,冷弯性能
3.钢筋的松弛和疲劳
1).钢筋的松弛
钢筋在高应力作用下,应变
增加,应力减小的现象
2).钢筋的疲劳
钢筋的疲劳破坏是指钢筋
在承受重复周期、动荷载
作用下,经过一定次数后,由
塑性破坏变成脆性破坏的
现象。
2.1.2,钢筋的级别和类型?
1).碳素钢,
? 低碳钢 c%<0.22%
? 中碳钢 c%=0.22%~0.6%
? 高碳钢 c%>0.6%
?
强度
low
high
变形
好
差
2).普通低合金钢, 40Si2MnV
(HPB235) (HRB335)(HRB400)(RRB400)
2).冷加工钢筋, 冷拉、冷拔、冷轧扭，螺旋肋
热处理钢筋,40Si2Mn
强度, high
塑性, 差
low
好
3).预应力钢筋
Diameters:
d=6,8,10,12,14,16,
18,20,22,25,28,30m
m~50mm
1).热轧钢筋, I II III
（普通钢筋） ? R
钢绞线
消除应力钢丝：光面、螺旋肋、刻痕
2.1.3 钢筋的冷加工
1.冷拉,?
?
?
?0’
k
k’ d
d’
e
e’
?4
?5 ?6
2.冷拔,
0
2.1.4,钢筋砼结构对钢
筋质量的要求
1.强度
光面钢筋,Isurface
变形钢筋,II, III
2.塑性
3.机械性能
4.与砼的粘结力
2.2.混凝土? 混凝土
? 1).水泥 +水
作用, 扩散砼应力
使砼具有塑性变形能力,
2).水泥胶体 +石子、沙子
水泥胶体 (水泥结晶体和水泥胶块 )
弹性骨架
作用, 抵抗外力
使砼产生弹性变形
骨料和水泥胶体之间产生微裂缝
2.2.1.混凝土强度
1.立方体抗压强度（砼强度等级） f0cu
1).定义,
2).影响因素
a).试件尺寸 150× 150 × 150
? b).龄期和养护条件,
? c)实验方法,
? 3).强度等级,C15,C20,C25-----C80
2.轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）, fc0
抗压强度随试件高度增大而降低,
试件,h/b=3~4
考虑折减系数,0.88
试验 (P13):
3.砼的抗拉强度, ft0
直接张拉, 劈裂试验,
? ? 255.000 348.0 ccut ff ??
4.砼的抗剪强度, fv0
0210 cuccc ff ???
0210 88.0 cuccc ff ???
4.复杂受力状态下砼的强度
1).双轴应力
I.双向受压, 抗压强度提高
II.一向受压，另一向受拉：
抗拉和抗压强度均降低,
III.双向受拉：与单向抗拉强度相同,
IV.剪压状态：
????
c
-0.2
-0.2
????c
1.0
1.0
1.2
1.2
0
IIIII
II
I
0.5 0.70 ???c
???c
??(0.5~0.7)?c,抗剪强度 ?随压应力 ?增大而提高 ; 当
?>0.7?c,?减小,
V.剪拉状态,? 随拉应力 ?而降低,
2）三轴受压：
抗压强度和塑性均大大提高,
5.局部受压强度
局部受压强度提高,
2.2.2,砼的变形
1.砼的应力应变关系－短期单调加载,?c~?c
? 1)上升段 OC:
? OA:(?c?0.3?c0),弹性,?c and ?c 线性,
? AB:(?c=0.3?c0~0.8?c0),砼内部微裂缝发展,
? BC(?c>0.8?c0):塑性变形发展，竖向裂缝出现
? ?c??0=0.0015~0.0025＝ 0.002 ?c??c0
? 2).下降段 CD:
? ?c??cu=0.0033~0.004（极限压应变）
?
c
?c
0
A
B
C
D
fc0
?0 ?cu?
t
?
ft0
?tu=0.0001~
0.00015
受拉,
?I,?c~?c (受压 ):
? 2.重复荷载作用下的变形
? 疲劳强度,
4).砼的弹性模量 Ec
5).剪切模量 Gc
Gc=Ec/2(1+?c)
a).原点弹模 Ec
b).割线模量 Ec’
c).切线模量 Ec’’
?c0
fc
Ec Ec’ Ec’’
00 5.0 cfc ff ?
?c
0
?
05.0 cf??
3,砼在长期作用下的变形 — 徐 变
规范规定,Ec （ P16)
?c— 泊 松比（横向应变与纵向应变之比）
1） 徐 变：砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形
a).水泥凝胶体的粘性
流动
Time(m)
?(×,001)
?cr
5 10 15 20 25
0.5
1.0
1.5
?c
2).产生徐变的原因
b).内部微裂缝的开展
3).对构件影响,
a).使变形增大
4).影响徐变的因素,
a).配合比
b).产生预应力损失
c).引起轴压构件及结构的应力重分布
b).养护条件：温度、湿度
c).应力条件,加荷时的龄期
加荷时的初始应力 ?c
?c ?0.5?c 0---线性徐变 ?c =（ 0.5~0, 8） ?c 0---非线性徐变
?c =0, 8?c 0---长期抗压强度
4.砼的收缩
2).收缩原因,水分蒸发
1).收缩：砼在空气中硬化体积减小的现象
3).对构件影响,
4).影响收缩的因素,
配合比，养护，体表比
I,使砼产生拉应力
II.引起预应力损失
2.3.钢筋与砼的粘结
粘结应力是指钢筋与砼接触面上为抵抗变形差所产生的剪应力。
2.3.1 粘结性质
?
1.粘结应力,
A BC D没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。
dx
x? xx d?? ?dx
?
As
?sx A? ? ? sxx AddxS ??? ????
S
A
dx
d ss?? ?
1).锚固粘结应力 la
ld
2)裂缝之间的粘结应力
?2.粘结应力的试验及粘结应力分布
----拔出试验 ?
?u
la
p
?max
1)?为曲线分布
2)埋入长度越长，所需的力越大
3)粘结强度 ?u =P/?d la
2.3.2 粘结机理
? 1.钢筋和砼之间的胶着力
? 2.砼收缩和钢筋之间的摩阻力
? 3.钢筋表面凸凹不平和砼之间产生的机械咬合力
2.3.3,影响粘结强度的主要因素
? 钢筋的表面形状；砼的强度
? 浇筑位置；
横向压力及横向钢筋
钢筋的净距离； 保护层厚度,
光面受力钢筋端部加弯钩 (P20)
2.4 钢筋混凝土的一般构造规定
1,混凝土保护层 c,(P21)
c
２．钢筋的锚固、连接,(P21)
