第1章 鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能

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1、第一篇鋼筋混凝土結構第1章鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能1.1鋼筋混凝土結構的基本概念鋼筋混凝土結構是由配置受力的普通鋼筋或鋼筋骨架的混凝土制成的結構?；炷潦且环N人造石料，其抗壓能力很高，而抗拉能力很弱。采用素混凝土制成的構件（指無筋或不配置受力鋼筋的混凝土構件），例如素混凝土梁，當它承受豎向荷載作用時[圖1-1a）]，在梁的垂直截面（正截面）上受到彎矩作用，截面中和軸以上受壓，以下受拉。當荷載達到某一數值Fc時，梁截面的受拉邊緣混凝土的拉應變達到極限拉應變，即出現豎向彎曲裂縫，這時，裂縫處截面的受拉區(qū)混凝土退出工作，該截面處受壓高度減小，即使

2、荷載不增加，豎向彎曲裂縫也會急速向上發(fā)展，導致梁驟然斷裂[圖1-1b）]。這種破壞是很突然的。也就是說，當荷載達到Fc的瞬間，梁立即發(fā)生破壞。Fc為素混凝土梁受拉區(qū)出現裂縫的荷載，一般稱為素混凝土梁的抗裂荷載，也是素混凝土梁的破壞荷載。由此可見，素混凝土梁的承載能力是由混凝土的抗拉強度控制的，而受壓混凝土的抗壓強度遠未被充分利用。在制造混凝土梁時，倘若在梁的受拉區(qū)配置適量的縱向受力鋼筋，就構成鋼筋混凝土梁。試驗表明，和素混凝土梁有相同截面尺寸的鋼筋混凝土梁承受豎向荷載作用時，荷載略大于Fc時的受拉區(qū)混凝土仍會出現裂縫。在出現裂縫的截面處，受拉區(qū)混凝土雖退出工作

3、，但配置在受拉區(qū)的鋼筋將可承擔幾乎全部的拉力。這時，鋼筋混凝土梁不會像素混凝土梁那樣立即裂斷，而能繼續(xù)承受荷載作用[圖1-1c）]，直至受拉鋼筋的應力達到屈服強度，繼而截面受壓區(qū)的混凝土也被壓碎，梁才破壞。因此，混凝土的抗壓強度和鋼筋的抗拉強度都能得到充分的利用，鋼筋混凝土梁的承載能力可較素混凝土梁提高很多。圖1－1素混凝土梁和鋼筋混凝土梁a)受豎向力作用的混凝土梁b)素混凝土梁的斷裂c)鋼筋混凝土梁的開裂1-21混凝土的抗壓強度高，常用于受壓構件。若在構件中配置鋼筋來構成鋼筋混凝土受壓構件，試驗表明，和素混凝土受壓構件截面尺寸及長細比相同的鋼筋混凝土受壓構件

4、，不僅承載能力大為提高，而且受力性能得到改善（圖1-2）。在這種情況下，鋼筋的作用主要是協(xié)助混凝土共同承受壓力。圖1-2素混凝土和鋼筋混凝土軸心受壓構件的受力性能比較a)柱的壓力——混凝土應變曲線b)素混凝土柱c)鋼筋混凝土柱綜上所述可見，根據構件受力狀況配置鋼筋構成鋼筋混凝土構件，可以充分利用鋼筋和混凝土各自的材料特點，把它們有機地結合在一起共同工作，從而提高構件的承載能力、改善構件的受力性能。鋼筋的作用是代替混凝土受拉(拉區(qū)混凝土出現裂縫后)或協(xié)助混凝土受壓。鋼筋和混凝土這兩種受力力學性能不同的材料之所以能有效的結合在一起而共同工作，主要是由于：（1）混凝

5、土和鋼筋之間有著良好的粘結力，使兩者能可靠地結合成一個整體，在荷載作用下能夠很好地共同變形，完成其結構功能。（2）鋼筋和混凝土的溫度線膨脹系數也較為接近，鋼筋為（1.2×10-5）/℃，混凝土為（1.0×10-5~1.5×10-5）/℃，因此，當溫度變化時，不致產生較大的溫度應力而破壞兩者之間的粘結。（3）包圍在鋼筋外圍的混凝土，起著保護鋼筋免遭銹蝕的作用，保證了鋼筋與混凝土的共同作用。鋼筋混凝土除了能合理地利用鋼筋和混凝土兩種材料的特性外，還有下述一些優(yōu)點：（1）在鋼筋混凝土結構中，混凝土強度是隨時間而不斷增長的，同時，鋼筋被混凝土所包裹而不致銹蝕，所以，鋼

6、筋混凝土結構的耐久性是較好的。鋼筋混凝土結構的剛度較大，在使用荷載作用下的變形較小，故可有效地用于對變形有要求的建筑物中。（2）鋼筋混凝土結構既可以整體現澆也可以預制裝配，并且可以根據需要澆制成各種構件形狀和截面尺寸。（3）鋼筋混凝土結構所用的原材料中，砂、石所占的比重較大，而砂、石易于就地取材，故可以降低建筑成本。但是鋼筋混凝土結構也存在一些缺點：例如，鋼筋混凝土構件的截面尺寸一般較相應的鋼結構大，因而自重較大，這對于大跨度結構是不利的；抗裂性能較差，在正常使用時往往是帶裂縫工作的；施工受氣候條件影響較大；修補或拆除較困難等等。鋼筋混凝土結構雖有缺點，但畢竟

7、有其獨特的優(yōu)點，所以，它的應用極為廣泛，無論是橋梁工程、隧道工程、房屋建筑、鐵路工程，還是水工結構工程、海洋結構工程等都已廣泛采用。隨著鋼筋混凝土結構的不斷發(fā)展，上述缺點已經或正在逐步加以改善。1-211.2混凝土鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土這兩種力學性能不同的材料所組成。為了正確合理地進行鋼筋混凝土結構設計，必須深入了解鋼筋混凝土結構及其構件的受力性能和特點。而對于混凝土和鋼筋材料的物理力學性能（強度和變形的變化規(guī)律）的了解，則是掌握鋼筋混凝土結構的構件性能、分析和設計的基礎。1.2.1混凝土的強度1）混凝土立方體抗壓強度混凝土的立方體抗壓強度是規(guī)定的標準試件

8、和標準試驗方法得到的混凝土強度基本代表