1、緒 論一、鋼筋混凝土結構的特點1混凝土結構的定義：混凝土結構是以混凝土為主要材料制成的結構，包括素混凝土結構、鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構等。素混凝土結構是指由無筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結構；鋼筋混凝土結構是指由配置受力鋼筋的混凝土制成的結構；預應力混凝土結構是指由配置受力的預應力鋼筋通過張拉或其他方法建立預加應力的混凝土制成的結構。其中，鋼筋混凝土結構在工程中應用最為廣泛。2鋼筋混凝土結構的特點：鋼筋混凝土結構是以混凝土承受壓力、鋼筋承受拉力，能比較充分合理地利用混凝土（高抗壓性能）和鋼筋（高抗拉性能）這兩種材料的力學特性。與素混凝土結構相比，鋼筋混凝土結構承載力大大提高，破壞也

2、呈延性特征，有明顯的裂縫和變形發展過程。對于一般工程結構，經濟指標優于鋼結構。技術經濟效益顯著。鋼筋有時也可以用來協助混凝土受壓，改善混凝土的受壓破壞脆性性能和減少截面尺寸。3鋼筋和混凝土能夠共同工作的主要原因：（1）鋼筋與混凝土之間存在有良好的粘結力，能牢固地形成整體，保證在荷載作用下，鋼筋和外圍混凝土能夠協調變形，相互傳力，共同受力。（2）鋼筋和混凝土兩種材料的溫度線膨脹系數接近（鋼材為1.2×10-5，混凝土為（1.01.5）×10-5），當溫度變化時，兩者間不會產生很大的相對變形而破壞它們之間的結合，而能夠共同工作。二、鋼筋混凝土結構的優點（1）合理用材。能充分合理

3、的利用鋼筋（高抗拉性能）和混凝土（高抗壓性能）兩種材料的受力性能。（2）耐久性好。在一般環境下，鋼筋受到混凝土保護而不易生銹，而混凝土的強度隨著時間的增長還有所提高，所以其耐久性較好。（3）耐火性好。混凝土是不良導熱體，遭火災時，鋼筋因有混凝土包裹而不致于很快升溫到失去承載力的程度。（4）可模性好。混凝土可根據設計需要支模澆筑成各種形狀和尺寸的結構。（5）整體性好。整體澆筑的鋼筋混凝土結構整體性好，再通過合適的配筋，可獲得較好的延性，有利于抗震、防爆和防輻射，適用于防護結構。（6）易于就地取材。混凝土所用的原材料中占很大比例的石子和砂子，產地普遍，便于就地取材。三、鋼筋混凝土結構的缺點（1）自

4、重偏大。相對于鋼結構來說，混凝土結構自重偏大，這對于建造大跨度結構和高層建筑是不利的。（2）抗裂性差。由于混凝土的抗拉強度較低，在正常使用時，鋼筋混凝土結構往往帶裂縫工作，裂縫存在會影響結構物的正常使用性和耐久性。（3）施工比較復雜，工序多。施工受季節、天氣的影響也較大。（4）新老混凝土不易形成整體。混凝土結構一旦破壞，修補和加固比較困難。四、混凝土結構的發展方向（1）在計算理論方面。在工程結構設計規范中已采用的基于概率論和數理統計分析的可靠度理論，概率極限狀態計算體系要不斷完善；混凝土的微觀斷裂機理、混凝土的多軸強度理論及非線性變形的計算理論等方面也需要更大的突破，并應用于工程結構設計中（2

5、）在材料研究方面。混凝土主要是向高強、輕質、耐久、易成型及具備某種特殊性能的高性能混凝土方向發展。鋼筋的發展方向是高強、防腐、較好的延性和良好的粘結錨固性能。（3）在結構型式方面。預應力混凝土結構由于抗裂性能好，可充分利用高強度材料，各種應用發展迅速。一些高性能新型組合結構具有充分利用材料強度、較好的適應變形能力（延性）、施工較簡單等特點，也得到廣泛應用（4）在施工技術方面。大型水利工程的工地建有拌和樓（站）集中攪拌混凝土，城市應用的商品混凝土，都現澆混凝土施工，整體性好。大體積混凝土結構采用的滑模和碾壓混凝土施工技術，施工機械化程度高。標準化（設計標準化、制造工業化、安裝機械化）的裝配式或裝

6、配整體式結構，施工上也具有一定的優越性。在模板使用方面，除了目前使用的木模板、鋼模板、竹模板、硬塑料模板外，今后將向多功能發展。發展薄片、美觀、廉價又能與混凝土牢固結合的永久性模板，將使模板可以作為結構的一部分參與受力，還可省去裝修工序。透水模板的使用，可以濾去混凝土中多余的水分，大大提高混凝土的密實性和耐久性。（5）在鋼筋的連接成型方面，正在大力發展各種鋼筋成型機械及綁扎機具，以減少大量的手工操作。除了現有的綁扎搭接、焊接、螺栓及擠壓連接方式外，隨著化工膠結材料的發展，還出現了膠接的連接方式。第1章 鋼筋混凝土結構的材料基本概念一、鋼筋的品種在我國，混凝土結構中所采用的鋼筋有熱軋鋼筋、鋼絲、

7、鋼絞絲、螺紋鋼筋及鋼棒等。1按化學成分劃分（1）碳素鋼：碳素鋼按碳的含量多少分為低碳鋼、和高碳鋼。含碳量增加，能使鋼材強度提高，性質變硬，但也使鋼材的塑性和韌性降低，焊接性能也會變差。（2）普通低合金鋼：普通低合金鋼是在煉鋼時對碳素鋼加入少量合金元素而形成的。低合金鋼鋼筋具有強度高、塑性及可焊性好的特點，因而應用較為廣泛。3熱軋鋼筋按外形狀劃分（1）熱軋光面鋼筋：表面是光滑的，與混凝土的粘結性較差。（2）熱軋帶肋鋼筋：表面有縱向凸緣（縱肋）和許多等距離的斜向凸緣（橫肋）。二、鋼筋的力學性能1軟鋼的力學性能軟鋼（熱軋鋼筋）有明顯的屈服點，破壞前有明顯的預兆（較大的變形，即伸長率），屬塑性破壞。2

8、硬鋼的力學性能硬鋼（熱處理鋼筋及高強鋼絲）強度高，但塑性差，脆性大。從加載到突然拉斷，基本上不存在屈服階段（流幅）。屬脆性破壞。3鋼筋的疲勞強度三、混凝土結構對鋼筋的要求（1）建筑用鋼筋要求具有一定的強度（屈服強度和抗拉強度），應適當采用較高強度的鋼筋，以獲得較好的經濟效益。（2）要求鋼筋有足夠的塑性（伸長率和冷彎性能），以使結構獲取較好的破壞性質。（3）應有良好的焊接性能，保證鋼筋焊接后不產生裂紋及過大的變形。（4）鋼筋和混凝土之間應有足夠的粘結力，保證兩者共同工作。四、混凝土的強度1混凝土的單軸強度（1）立方體抗壓強度fcu：不是結構計算的實用指標，它是衡量混凝土強度高低的基本指標，并以其

9、標準值定義混凝土的強度等級。（2）軸心抗壓強度fc：比立方體抗壓強度能更好地反映受壓構件中混凝土的實際抗壓強度，為一實用抗壓強度指標。（3）軸心抗拉強度ft：反映混凝土的抗拉能力。2、混凝土的多軸強度（1）雙向受壓的強度：雙向受壓的混凝土的強度比單向受壓的強度為高。也就是說，一向強度隨另一向壓應力的增加而增加。（2）雙向受拉的強度：雙向受拉的的混凝土強度與單向受拉強度基本一樣。也就是說，混凝土一向抗拉強度基本上與另一向拉應力的大小無關。（3）一向受拉一向受壓的強度：一向受拉一向受壓的混凝土抗壓強度隨另一向的拉應力的增加而降低。或者說，混凝土的抗拉強度隨另一向的壓應力的增加而降低。（4）正應力及

10、剪應力下的強度：在單軸正應力及剪應力共同作用下，當為壓應力時，混凝土的抗剪強度有所提高，但當壓應力過大時，混凝土的抗剪強度反有所降低。為拉應力時降低抗剪強度。三向受力下的混凝土強度規律與雙向受力時基本相同。五、混凝土的變形（一）混凝土的受力變形1混凝土的應力應變曲線隨著混凝土強度的提高，峰值應力、應變有所增大。但下降段的坡度變陡，即應力下降相同幅度時變形越小，極限應變減小，塑性變差，破壞時脆性顯著。加載速度較快時，強度提高，但極限應變將減小。2混凝土的徐變及對混凝土結構的影響徐變是混凝土在荷載長期持續作用下，應力不變，隨著時間而增長的變形。產生徐變的原因有：（1）混凝土受力后，在應力不大的情況

11、下，徐變緣于水泥石中的凝膠體產生的粘性流動（顆粒間的相對滑動）要延續一個很長的時間。（2）在應力較大的情況下，骨料和水泥石結合面裂縫的持續發展，導致徐變加大。徐變對混凝土結構的不利影響：（1）徐變作用會使結構的變形增大。（2）在預應力混凝土結構中，它還會造成較大的預應力損失。（3）徐變還會使構件中混凝土和鋼筋之間發生應力重分布，導致混凝土應力減小，鋼筋應力增大，使得理論計算產生誤差。一定要注意避免高應力下的非線性徐變。3、混凝土的收縮及對混凝土結構的影響混凝土在空氣中結硬時，由于溫度、濕度及本身化學變化的影響，體積隨時間增長而減小的現象稱為收縮。收縮對混凝土結構的不利影響：（1）收縮受到約束時

12、會使混凝土產生拉應力，甚至使混凝土開裂。（2）混凝土收縮還會使預應力混凝土構件產生預應力損失。混凝土的收縮會帶來危害，而膨脹變形一般是有利的，不予討論。六、鋼筋與混凝土的粘結1鋼筋與混凝土之間的粘結力粘結力是在鋼筋和混凝土接觸面上阻止兩者相對滑移的剪應力。粘結力主要由三部分組成：（1）水泥凝膠體與鋼筋表面之間的化學膠著力（膠結力）；（2）混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產生的摩擦力（摩阻力）；（3）鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合力。2影響粘結強度的主要因素（1）混凝土強度。粘結強度都隨混凝土強度等級的提高而提高，粘結強度基本上與混凝土的抗拉強度成正比例的關系。（2）鋼筋的表面狀況。鋼筋

13、表面形狀對粘結強度有影響，變形鋼筋的粘結強度大于光圓鋼筋。（3）混凝土保護層厚度和鋼筋的凈間距。增大保護層厚度（相對保護層厚度c/d），保持一定的鋼筋間距（鋼筋凈距s與鋼筋直徑d的比值s/d），可以提高外圍混凝土的抗劈裂能力，有利于粘結強度的充分發揮。也能使粘結強度得到相應的提高。七、鋼筋的錨固與連接1鋼筋的錨固根據鋼筋受拉應力達到屈服強度時，鋼筋才被拔出的條件確定出基本錨固（埋入）長度la。為了保證鋼筋在混凝土中錨固可靠，避免粘結遭到破壞，而使鋼筋被拔出發生錨固破壞，設計時應該使鋼筋在混凝土中有足夠的錨固（埋入）長度la。分析表明，鋼筋強度越高，直徑越粗，混凝土強度越低，則要求錨固長度越長。

14、2鋼筋的連接鋼筋連接方法主要有：（1）綁扎連接；（2）機械連接；（3）焊接。3保證鋼筋的錨固與連接的構造措施（1）對不同等級的混凝土和鋼筋，要保證最小搭接長度ll和錨固長度la；（2）必須滿足鋼筋最小間距和混凝土保護層最小厚度的要求；（3）在鋼筋的搭接接頭范圍內應加密箍筋；（4）在鋼筋端部采用設置彎鉤等機械錨固措施。對光面鋼筋一定要加彎鉤。第2章 鋼筋混凝土結構設計計算原則一、結構的功能要求結構設計的目的是在現有的技術基礎上，用最經濟的手段，使得所設計的結構能夠滿足如下三個方面的功能要求：安全性、適用性和耐久性。上述功能要求概括起來稱為結構的可靠性，結構的可靠性是指結構在規定的時間（設計基準期

15、）內，在規定的條件（正常設計、正常施工、正常使用和正常維護）下，完成預定功能的能力。二、結構功能的極限狀態結構的極限狀態是指整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求，此特定狀態稱為該功能的極限狀態。極限狀態分為以下兩大類。1承載能力極限狀態這種極限狀態對應于結構或構件達到最大承載能力或不適于繼續承載的變形。承載能力極限狀態是關于安全性功能要求的，所以滿足承載能力極限狀態的要求，是結構設計的首要任務，因為這關系到結構能否安全的問題，一旦失效，后果嚴重，所以應具有較高的可靠度水平。2正常使用極限狀態 這種極限狀態對應于結構或構件達到影響正常使用或耐久性能的某項規定限值

16、。正常使用極限狀態是關于適用性和耐久性功能要求的，當結構或構件達到正常使用極限狀態時，雖然會影響結構的使用性、耐久性或使人們的心理感覺無法承受，但般不會造成生命財產的重大損失。所以正常使用極限狀態設計的可靠度水平允許比承載能力極限狀態的可靠度適當降低。三、結構抗力結構抗力是指整個結構或構件承受內力和變形的能力（如構件的承載力、抗裂度和剛度等），用“R”來表示。在實際工程中，由于施工水平造成了材料強度的離散性、構件幾何特征（尺寸偏差、局部缺陷等）的不定性，抗力計算模式也存在著不定性（如并非絕對軸心受壓柱而作為軸心受壓柱來計算等），因此，由這些因素決定的結構抗力亦是一個隨機變量。四、作用及作用效應

17、1結構的作用所謂“作用”，就是使結構產生內力和變形（應力和應變）的所有原因。（1）當以力的形式作用于結構上時，稱為直接作用，習慣上稱為結構的荷載。例如，結構自重、樓面上的人群及物品重、風壓力、雪壓力、土壓力等等。 （2）當以變形形式作用于結構上時，稱為間接作用，習慣上稱為結構的外加變形或約束變形，例如，地震、基礎沉降、混凝土收縮、溫度變形、焊接變形等。作用按其隨時間的變異性和出現的可能性不同，可分為三類：（1）永久作用G：作用在結構上，其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計者，例如結構自重、土重等荷載。（2）可變作用Q：作用在結構上，其值隨時間變化，而且其變化與平均值相比不可忽略不

18、計者，如吊車荷載、樓面堆放荷載及人群荷載、靜水壓力、風荷載等可變荷載。（3）偶然作用A：在設計基準期內不一定出現，但它一旦出現，其量值很大且持續時間較短，如地震、爆炸、撞擊等偶然荷載。2作用效應作用效應是指在各種作用因素的作用下，于結構構件內所產生的內力和變形（如軸力、彎矩、扭矩、撓度、裂縫等），用“S”來表示。 由于結構的作用是隨著時間、地點和各種條件的改變而變化的，是一個不確定變量，所以由作用所決定的作用效應S一般說來也是一個隨機變量。由于它的的統計規律與荷載的統計規律是一致的，因此，一般只須研究荷載的變異情況。 結構的可靠性就是取決于結構抗力R和荷載效應S之間的相互關系。五、概率極限狀態

19、設計法1極限狀態方程一般可簡單的把影響結構可靠性的因素歸納為荷載效應S和結構抗力R兩個相互獨立的隨機變量，以荷載效應S和結構抗力R兩個基本隨機變量來描述結構的極限狀態，則極限狀態函數（或稱功能函數）為：因R、S是隨機變量，所以功能函數Z也是隨機變量。顯然，當Z0時，結構可靠；Z0時，結構失效；Z=0時，結構處于極限狀態。則極限狀態方程為：2可靠概率ps結構能夠完成預定功能（RS）的概率即為“可靠概率”ps，它用來反映結構的可靠程度，即可靠度。結構的可靠度就是指結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率，其是結構可靠性的概率度量。3失效概率pf 結構不能完成預定功能（RS）的概率為“

20、失效概率”pf，很顯然pf +ps1，失效概率與可靠概率互補。pf小，ps就大，所以pf能夠反映結構的可靠程度。4可靠指標與pf之間存在著相應的關系，大則pf小，小則pf大。即越大，結構可靠性越高，因此，和pf一樣，可作為衡量結構可靠性的一個指標，且稱之為結構的“可靠指標”。5. 概率極限狀態設計法的基本方法設計要求： T目標可靠指標T的大小直接影響到結構的可靠與經濟問題。其取值主要應考慮：（1）結構的安全級別。結構安全級別愈高，表明結構愈重要，一旦結構失效，對生命財產的危害程度以及對社會的影響就愈大，因此，可靠指標就應愈大。（2）結構的破壞性質，延性破壞的構件在破壞前有明顯的預兆，構件破壞性

21、質較好。而脆性破壞的構件在破壞前無明顯的預兆，一旦破壞，其承載力急劇降低甚至斷裂。所以，延性破壞的構件的可靠指標可稍低于脆性破壞構件的可靠指標。（3）結構設計的極限狀態，承載能力極限狀態是關系到結構構件是否安全的根本問題，而正常使用極限狀態的驗算則是在滿足承載能力極限狀態的前提下進行的，只影響到結構構件的正常適用性和耐久性。所以，承載能力極限狀態下的可靠指標應高于正常使用極限狀態下的可靠指標。六、荷載的代表值荷載的取值大小影響結構的可靠性與經濟性，所以荷載應根據不同極限狀態的設計要求，規定不同的量值，即荷載代表值。水工建筑物的荷載則按水工建筑物荷載設計規范(DL5077-1997)取用。1荷載

22、標準值Gk，Qk荷載標準值是指結構構件在使用期間正常情況下可能出現的最大荷載值。一般取具有95的保證率荷載值作為荷載標準值，即實際荷載超過設計時取用的荷載標準值的可能性只有5。2可變荷載準永久值Qq所謂準永久值是指可變荷載在結構設計基準期內經常作用的那一部分荷載，它對結構的影響類似于永久荷載。可變荷載的準永久值Qq可由可變荷載標準值Qk乘以相應的長期組合系數(1)得出，即：Qq =Qk。不同的可變荷載隨機變化特征不同，其值就不同。3可變荷載組合值Qc考慮到各種可變荷載不可能同時以其最大值（標準值）出現，而在荷載組合時，取由標準值上乘以小于1.0的組合系數得到的荷載組合值。七、材料強度的代表值材

23、料強度也是隨機變量，取值直接影響到結構的可靠與經濟。材料強度的代表值主要是指材料強度標準值，材料強度標準值是指使用期間正常情況下可能出現的最小值。材料強度的標準值由材料強度概率按具有95的保證率來確定，即材料的實際強度小于設計時取用的強度標準值的可能性只有5。設計時，材料強度盡可能取低些，荷載盡可能取大些，才能保證所設計的結構的可靠性。其中，材料強度可以查表，但荷載需按規范要求自己計算。八、極限狀態計算的實用設計表達式1承載能力極限狀態設計表達式基本組合是持久狀況或短暫狀況下永久荷載與可變荷載的效應組合。對于基本組合，承載能力極限狀態設計表達式為式中 0結構重要性系數，對結構安全級別為、級的結

24、構構件，分別取為1.1、1.0及0.9；設計狀況系數，對應于持久狀況、短暫狀況、偶然狀況，分別取為1.0、0.95及0.85；G、Q分別為永久荷載和可變荷載的荷載分項系數。荷載標準值乘以相應的荷載分項系數后即為荷載設計值。永久荷載和可變荷載的設計值可分別記為GGk及QQk。一般是G = 1.05，Q = 1.2；c、s分別為混凝土和鋼筋的材料性能分項系數；材料強度標準值fck、fyk除以相應的大于1的材料性能（強度）分項系數后，即為材料強度設計值fc = fck/c 、fy = fyk/s；d結構系數。在水工結構設計中，結構系數直接與結構構件的可靠度水平有關。2正常使用極限狀態設計表達式由于荷

25、載的作用時間長短對抗裂驗算的要求、裂縫寬度和變形的大小有影響，因此在正常使用極限狀態驗算時，應按荷載效應的短期組合及長期組合分別進行。第3章 鋼筋混凝土受彎構件正截面承載力計算一、受彎構件的正截面受力破壞特征試驗表明，對于截面尺寸和混凝土強度等級一定的受彎構件，其正截面的破壞特征主要與鋼筋數量有關，可分三種情況：1適筋破壞情況配筋量適中的梁，在開始破壞時，某一裂縫截面的受拉鋼筋的應力首先達到屈服強度，發生很大的塑性變形，有一根或幾根裂縫迅速開展并向上延伸，受壓區面積迅速減小，迫使混凝土邊緣應變達到極限壓應變，混凝土被壓碎，構件即告破壞。適筋受彎構件正截面工作有明顯的三個階段特點（課本圖3-11

26、）：從開始加載直到受拉邊緣混凝土達到極限拉應變tu（拉區下部一定范圍的應力達到混凝土的抗拉強度ft）處于即將開裂的瞬間、即第I階段末尾Ia 狀態，為第I階段。第I階段末尾Ia狀態是計算受彎構件抗裂彎矩Mcr時所采用的應力階段。從受拉邊緣混凝土開裂直到受拉鋼筋達到屈服強度fy（應變s = y = fy/Es）、即第II階段末尾IIa狀態，為第II階段。第II階段是計算受彎構件正常使用階段變形和裂縫寬度時所依據的應力階段。 從受拉鋼筋屈服直到受壓邊緣混凝土的壓應變達到極限壓應變cu（此時受拉鋼筋的應變sy=fy/Es，應力s= fy）、即第階段末尾a狀態，為第階段。第階段末尾a狀態是按極限狀態方法

27、計算受彎構件正截面承載力Mu時所依據的應力階段。2超筋破壞情況當梁的配筋量較多，在受拉區混凝土出現裂縫之前截面的應力情況，基本上與適筋梁相同。開裂后，由于鋼筋配置較多，粘結約束力強，使得裂縫細而密，裂縫向上延伸的也較慢，因而破壞時鋼筋應力達不到屈服強度，構件的破壞主要是受壓區混凝土應變達到彎曲極限壓應變，混凝土被壓碎而引起突然破壞。超筋受彎構件的破壞源于受壓區混凝土首先壓碎，因此，提高混凝土強度等級或加大截面尺寸對增大其正截面受彎承載力的作用顯著，即可避免超筋破壞。3少筋破壞情況當梁的配筋量較少時，一旦受拉區混凝土出現裂縫，鋼筋的拉應力很快達到屈服強度，甚至超過屈服強度而進入鋼筋的強化階段，如

28、果鋼筋數量極少，鋼筋也有可能被拉斷。少筋受彎構件的破壞源于配筋太少，因此，加大配筋率對增大其正截面受彎承載力的作用顯著，即可避免少筋破壞。二、正截面受彎承載力計算方法的基本假定鋼筋混凝土構件正截面受彎承載力的計算方法，有以下四項基本假定：（1）平截面假定。構件正截面在彎曲變形以后仍保持一平面。（2）截面受拉區混凝土不參與工作。（3）受壓區混凝土的應力應變關系采用理想化的應力應變曲線。（4）有明顯屈服點的鋼筋（熱軋鋼筋），其應力應變關系可以簡化為理想的彈塑性曲線。三、適筋和超筋破壞的界限條件1界限破壞在適筋梁和超筋梁破壞之間存在著一種界限狀態，這種狀態的特征是由于受拉鋼筋較多，使得其應力增長緩慢

29、，在受拉鋼筋的應力達到屈服強度的同時，受壓區混凝土邊緣的壓應變恰好同時達到極限壓應變而破壞，即為界限破壞。此時，s= fy，c = cu= 0.0033，s= y= fy/Es。界限破壞狀態時截面相對受壓區高度稱為相對界限受壓區高度b，可利用平截面假定所提供的變形協調條件求得。2超、適筋判斷方法隨配筋率的增加，破壞時的受壓區高度x增大，也即相對受壓區高度隨配筋率的增加而增大。因此，可知若b，進入為超筋范圍，即為超筋破壞；x/h0b，則為最小配筋率要求。第4章 鋼筋混凝土受彎構件斜截面承載力計算一、有腹筋梁的斜截面受剪承載力研究（一）斜截面抗力組成分析荷載在斜截面AB上引起的彎矩為MA，剪力為V

30、A，而在斜截面AB上的抵抗力有以下幾部分：縱向鋼筋承擔的拉力T；斜裂縫上端余留截面混凝土承擔的壓力C；余留截面混凝土承擔的剪力VC；縱向鋼筋承擔的剪力Vd，斜裂縫出現后，縱向鋼筋猶如銷栓一樣將裂縫兩側的混凝土聯系起來，稱“銷栓作用”；斜裂縫兩側混凝土發生相對錯動產生的骨料咬合力Va；箍筋的拉力Vsv；斜筋的拉力Tsb。由力的平衡條件可得平衡VA的抗剪力。（二）受彎構件的受剪破壞形態 根據試驗研究，受彎構件的斜截面受剪破壞，有以下三種主要破壞形式。 1斜拉破壞無腹筋梁剪跨比 > 3，或有腹筋梁腹筋數量配置很少時，常為斜拉破壞。這種破壞現象是斜裂縫一出現就很快形成一條主要斜裂縫，腹筋的應力也

31、很快達到屈服，腹筋不能起到限制斜裂縫開展的作用，導致斜裂縫迅速向受壓邊緣發展，直至將整個截面裂通，使構件劈裂為兩部分而破壞，如教材圖4-8(a)所示。其特點是整個破壞過程急速而突然，破壞荷載比斜裂縫形成時的荷載增加不多。斜拉破壞的原因是由于余留截面上混凝土剪應力的增長，使余留截面上的主拉應力超過了混凝土的抗拉強度。相當少筋破壞。 2剪壓破壞當無腹筋梁剪跨比適中，1 < 3，或有腹筋梁腹筋數量配置適當時，常為剪壓破壞。這種破壞現象是當荷載增加到一定程度時，多條斜裂縫中的一條形成主要斜裂縫，該主要斜裂縫向斜上方伸展，但由于腹筋的存在，限制了斜裂縫的開展，使受壓區高度逐漸減小，荷載仍能有較大的

32、增長，直到腹筋屈服不再能控制斜裂縫開展，斜裂縫快速發展，導致斜裂縫頂端的混凝土被壓碎而破壞，如教材圖4-8(b)所示。它的特點是破壞過程比斜拉破壞緩慢些，破壞時的荷載明顯高于斜裂縫出現時的荷載。剪壓破壞的原因是由于余留截面上混凝土的主壓應力超過了混凝土在壓力和剪力共同作用下的抗壓強度。相當適筋破壞。 3斜壓破壞當無腹筋梁剪跨比較小， 1，或有腹筋梁腹筋數量配置很多時，常為斜壓破壞。斜裂縫出現后，沿支座向集中荷載處發展，支座反力與荷載間的混凝土形成一斜向受壓短柱，隨著荷載的增加，當主壓應力超過了混凝土的抗壓強度時，短柱被壓碎而破壞，而腹筋應力達不到屈服，腹筋強度得不到充分利用。如教材圖4-8(c

33、)所示。它的特點是斜裂縫細而密，破壞時的荷載也明顯高于斜裂縫出現時的荷載。斜壓破壞的原因是由于主壓應力超過了斜向受壓短柱混凝土的抗壓強度。相當超筋破壞。上述三種主要破壞形態，就它們的受剪承載力而言，斜拉破壞最低，剪壓破壞較高，斜壓破壞最高。但就其破壞性質而言，與正截面破壞相比，由于它們達到破壞荷載時的跨中撓度都不大，因而均屬脆性破壞。（三）影響斜截面受剪承載力的主要因素 上述三種斜截面破壞形態和構件斜截面承載力有密切的關系。因此，凡影響破壞形態的因素也就影響梁的受剪承載力，其主要影響因素有：1剪跨比隨著剪跨比的減少，斜截面受剪承載力有增高的趨勢。2混凝土強度試驗表明，受剪承載力隨混凝土抗拉強度

34、ft的提高而提高，兩者基本呈線性關系。3縱筋配筋率增加縱筋配筋率可抑制斜裂縫向受壓區的伸展，從而提高骨料咬合力，并加大了剪壓區高度，使混凝土的抗剪能力提高，同時也提高了縱筋的銷栓作用。總之，隨著的增大，梁的受剪承載力有所提高，但增幅不大。4腹筋用量及強度配置腹筋是提高梁受剪承載力的有效措施。梁在斜裂縫發生之前，因混凝土變形協調影響，腹筋的應力很低，對阻止斜裂縫的出現幾乎沒有什么作用。但是當斜裂縫出現之后，和斜裂縫相交的腹筋，就能通過以下幾個方面充分發揮其抗剪作用：（1）與斜裂縫相交的腹筋本身能承擔很大一部分剪力。（2）腹筋能阻止斜裂縫開展過寬，延緩斜裂縫向上伸展，保留了更大的剪壓區高度，從而提

35、高了混凝土的受剪承載力Vc。（3）腹筋能有效地減少斜裂縫的開展寬度，提高斜截面上的骨料咬合力Va。 （4）箍筋可限制縱向鋼筋的豎向位移，有效地阻止混凝土沿縱筋的撕裂，從而提高縱筋的“銷栓作用”Vd。5彎起鋼筋6其他因素 二、梁的斜截面受剪承載力Vu的基本計算公式在配箍筋的梁斜截面承載力計算中，如果KVVcs，說明已配箍筋構件的抗剪力不夠，這時（1）將箍筋加密或加粗；（2）增大構件截面尺寸；（3）提高混凝土強度等級。（4）將縱向鋼筋彎起成為斜筋或加焊斜筋。三、斜截面受剪承載力計算公式的適用條件1防止斜壓破壞的條件只要截面尺寸不過小或混凝土強度等級不太低，就不會因混凝土承載力不夠而發生斜壓破壞。為

36、此需要滿足：（1）當hw /b4.0時，；（2）當hw /b6.0時，；（3）當4.0 < hw /b < 6.0時，直線內插法。不滿足時，就應加大截面尺寸或提高混凝土強度等級。2防止斜拉破壞的條件如腹筋布置得過少過稀，即使計算上滿足要求，仍可能出現斜截面受剪承載力不足而發生斜拉破壞。為此要求：（1）腹筋間距要求（2）配箍率要求對I級鋼筋，配筋率應滿足 對II級鋼筋，配筋率應滿足 式中，sv,min箍筋的最小配筋率。四、斜截面抗剪承載力計算步驟鋼筋混凝土梁一般先進行正截面承載力設計，初步確定截面尺寸和縱向鋼筋后，再進行斜截面受剪承載力設計計算。（1）作梁的剪力圖。計算剪力設計值時的

37、計算跨度取構件的凈跨度，即l0 = ln。（2）確定斜截面承載力計算的截面位置。支座邊緣；彎起鋼筋起點；箍筋數量或間距改變處；四/腹板寬度改變處。（3）截面尺寸復核。教材式(4-17)或式(4-18)。（4）確定是否需要進行斜截面承載力計算。若滿足則不需進行斜截面抗剪配筋計算，僅按構造要求，并滿足最小配箍率設置腹筋。（5）腹筋計算。說明需要按承載力計算配置腹筋。這時有兩種方式。1）只配箍筋。計算出Asv/s值后，根據Asv= nAsv1可選定箍筋肢數n，單肢箍筋截面積Asv1，然后求出箍筋的間距s。注意，選用箍筋的肢數、直徑和間距應分別滿足構造及最小配箍率要求。2）既配箍筋又配彎起鋼筋。當需要

38、配置彎起鋼筋、箍筋和混凝土共同承擔剪力時，一般先選配一定數量的箍筋(n、Asv1、s)，然后計算出Vcs，再按教材式(4-8)計算彎起鋼筋截面面積彎起鋼筋的計算一直要進行到最后一排彎起鋼筋進入Vcs /K的控制區段為止。第5章 鋼筋混凝土受壓構件承載力計算一、軸心受壓構件正截面承載力（一）受力特點軸心受壓構件根據長細比l0/b區分為短柱（l0/b8）、長柱（8l0/b30）和細長柱（l0/b30）。短柱和長柱都因材料強度不夠而破壞，并引入穩定系數來考慮由于縱向彎曲對長柱承載力降低的影響。細長柱則發生失穩破壞，應專門討論。（二）軸心受壓構件正截面承載力計算公式二、偏心受壓構件的受力研究（一）大偏

39、心受壓破壞特征當軸向力的偏心距較大，且遠離軸向力一側的縱向受力鋼筋適量時發生。破壞時，首先受拉鋼筋屈服。然后，受壓區邊緣混凝土達到極限壓應變而被壓碎，構件發生破壞。這種破壞形態在破壞前有明顯的預兆，屬于延性破壞。破壞的本質是受拉鋼筋首先達到屈服強度，所以稱受拉破壞。此種破壞形態類似于受彎構件正截面適筋破壞。（二）小偏心受壓破壞特征當軸向力偏心距較小，或雖較大，但遠離軸向力一側的縱向鋼筋過多時發生。構件的破壞是由混凝土的壓碎引起的，破壞時，壓應力較大側的受壓鋼筋達到屈服強度，而另一側的鋼筋不論受拉還是受壓，一般都達不到屈服強度。這種破壞沒有明顯的預兆，屬脆性破壞。配筋過多引起的小偏心受壓破壞要避

40、免。受壓區邊緣混凝土首先達到其極限壓應變而被壓碎，所以稱受壓破壞。此種破壞形態類似于受彎構件的正截面超筋破壞。由于小偏心受壓構件破壞時，遠離軸向力一側的縱向鋼筋As不論受拉還是受壓，其應力一般都達不到屈服強度。為節約鋼材，一般可按最小配筋率及構造要求配置As。（三）大、小偏心受壓破壞的本質區別本質區別在于截面受拉部分和受壓部分誰先發生破壞，前者是受拉鋼筋先屈服，而后壓區混凝土被壓碎；后者是受壓區混凝土先被壓碎。大偏心受壓與小偏心受壓破壞形態的相同之處是截面的最終破壞都是受壓區邊緣混凝土達到其極限壓應變而被壓碎。與受彎構件的適筋、超筋判斷條件一樣，偏心受壓破壞形態與小偏心受壓破壞形態之間存在著一

41、種界限破壞狀態，界限條件即以界限破壞特征來建立。以大小偏心受壓破壞本質可知：在偏心受壓構件承載力計算或復核時，若e0 > 0.3h0與用判斷相矛盾時，以方法為準，而用e0只是一種近似判斷方法。（四）縱向彎曲的考慮偏心受壓構件同樣要考慮長細比（用l0/h判斷）對長柱承載力降低的影響。計算中是在初始偏心距e0乘以偏心距增大系數（1.0）來考慮縱向彎曲產生的附加撓度的影響。同樣是限制長細比以避免細長柱的失穩破壞。在l0/h 8時，取 = 1.0。（五）偏壓構件的最不利荷載組合大偏心受壓時的最不利荷載組合：M值相同，則N愈大愈安全，N愈小愈危險。小偏心受壓時的最不利荷載組合：M值相同，N愈大愈危

42、險，N愈小愈安全。（六）對稱配筋的特點在實際工程中，偏心受壓構件在各種不同荷載（風荷載、地震作用、豎向荷載）作用下，在同一截面內可能分別承受正負號的彎矩，即截面在一種荷載組合下為受拉的部位，在另一種荷載組合下變為受壓。當正負彎矩值數值相差不大或即使相反方向的彎矩值相差較大，但縱向鋼筋用量相差不多時，均宜采用對稱配筋。對稱配筋的主要優點是計算和施工方便，主要缺點是鋼筋用量較多，不夠經濟。第6章 鋼筋混凝土受拉承載力計算偏心受拉構件根據縱向拉力N的作用位置不同，其受力破壞特點可分為大、小偏心受拉構件，也就是縱向拉力N的作用線在鋼筋As和A's之外或鋼筋As和A's之間，是判定大小偏

43、心受拉的界限。第7章 鋼筋混凝土受扭構件承載力計算一、純扭構件的破壞形態純扭構件的破壞面是一三面受拉開裂，一面受壓的沿45°方向發展的空間扭曲裂面。屬于空間破壞面，破壞形態復雜。由于所配抗扭鋼筋數量的不同，而發生三種不同性質的破壞形態。二、彎剪扭構件承載力研究實際工程中，結構大多數情況下都是處于彎矩、剪力和扭矩共同作用下的復合受力狀態。彎剪扭構件受力破壞影響因素較多，使得破壞形態更復雜。計算中主要要考慮剪扭的相關作用，即剪扭相關性。而受彎獨立進行。1、剪扭相關性對于剪力和扭矩的共同作用下的構件，由于剪力的存在會降低構件的抗扭承載力；同樣，由于扭矩的存在，也會引起構件抗剪承載力的降低。

44、這就是剪扭相關性。2、剪扭相關性的處理方法抗剪和抗扭承載力由混凝土和鋼筋兩部分組成：第一項為混凝土的承載力，考慮剪扭的相關作用，并以線性關系代替1/4圓曲線的相關關系規律（見教材圖7-10），以簡化計算。經分析，引入剪扭構件混凝土受扭承載力降低系數來具體反映剪扭相關性對剪扭構件承載力的影響。第二項為鋼筋的承載力，不考慮剪扭的相關作用。3帶翼緣截面構件剪扭承載力計算原則帶翼緣截面關鍵是能正確的分塊，截面分塊劃分的原則是首先滿足腹板截面的完整性，即按寬為b沿總高h劃分一矩形面積，然后再劃分受壓翼緣和受拉翼緣的面積（如圖示）。分塊進行承載力計算時，要合理進行內力分配。近似認為扭矩由整個截面分擔，各矩

45、形小塊承擔的扭矩按各小塊受扭塑性抵抗矩比值的大小加以確定。剪力只由腹板承擔，即腹板按剪扭截面計算，而翼緣按純扭截面計算。第8章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算一、抗裂驗算抗裂就是不容許出現裂縫。對于一旦開裂就會嚴重影響使用性或耐久性的結構，應進行抗裂驗算，采取措施保證其在正常使用階段不開裂。1、軸心受拉構件的抗裂驗算根據軸心受拉構件的抗裂極限狀態：混凝土的拉應力c=ft（教材圖8-1），拉應變c =tu；鋼筋拉應力可根據鋼筋和混凝土應變相等的關系求得s=sEs=cEs =EtuEc=Eft。對換算截面面積A0= Ac+EAs（這樣才好利用力學中的勻質彈性體分析方法），由力的平衡條件可求得即

46、將發生裂縫時的抗裂軸向拉力：Ncr= Acft+s As= Acft+Eft As= ft（Ac +E As）= ft A0 在正常使用極限狀態驗算時，考慮目標可靠指標的要求，引進一個拉應力限制系數ct，形成有限拉應力狀態，并且混凝土抗拉強度取用標準值，荷載也取用標準值。所以，對于軸心受拉構件，在荷載效應的短期組合及長期組合下，應按下列公式分別進行抗裂驗算：Nsct ftk A0Nlct ftk A02、受彎構件的抗裂驗算根據受彎構件的抗裂極限狀態，即第3章討論的受彎構件在第階段末尾將開裂的a狀態計算構件抗裂彎矩Mcr（見下圖a） 由于混凝土受拉區的塑性發展，拉應力圖形為曲線形（見下圖a），可

47、近似假定混凝土受拉區應力分布為見下圖b所示的梯形，最終為分析方便，且能利用力學中的勻質彈性體計算方法，保持抗裂彎矩不變，轉換為彈性應力分布（見下圖c）。混凝土受拉區的塑性發展后，抗裂彎矩要大于彈性階段（邊緣混凝土的拉應力也是ft，但沒有發展塑性）的值。因此，若轉換為彈性應力分布，而要保持計算的抗裂彎矩不變，就必須改變應力圖形的參數大小。這里在考慮塑性性質后，把彈性極限應力提高為mft。經過這樣的換算，就可把構件視作截面面積為A0= Ac+E As+E A's的勻質彈性體，引用材料力學的公式，可得出受彎構件正截面抗裂彎矩Mcr的計算公式Mcr=mftkW0同樣，引進一個拉應力限制系數ct

48、，在荷載效應的短期組合及長期組合下，按下列公式分別進行抗裂驗算：MsctftkmW0MlctftkmW0如果驗算公式兩邊同除以截面特征值（軸拉為A0、受彎為W0），實際相當于在荷載效應的短期組合和長期組合兩種情況下，構件驗算點拉應力不能超過由混凝土拉應力限制系數ct控制的應力值ctftk。偏心受力構件同樣道理分析。Ms( Ml)Mcr即滿足抗裂要求。規范偏于安全出發用 ct對ftk進行了折減，也可宏觀認為是對Mcr的折減。拉應力限制系數 ct的采用，實際上就是對混凝土抗拉強度標準值進行折減以控制截面應力不超過一更保守的限定值。短期組合和長期組合的概念見第2章。3、偏心受力構件的抗裂驗算偏心受力

49、構件可采用與受彎構件相同的方法分析計算抗裂性能，但關鍵是混凝土塑性影響系數的確定。研究表明，偏心受拉構件受拉區塑化效應與受彎構件的塑化效應相比，有所減弱，這是因為它的受拉區應變梯度（受拉區邊緣應變tu與截面受拉區高度的比值。）比受彎構件的應變梯度要小。但它的塑化效應又比軸心受拉構件的大，因為軸心受拉構件的應變梯度為零（見教材圖8-5）。因此，偏心受拉構件的塑性影響系數偏拉應處于m（受彎構件的塑性影響系數）與1（軸心受拉構件的塑性影響系數）之間，可近似地認為偏拉是隨截面的平均拉應力=Ns/ A0（=Nl/ A0）的大小，按線性規律在1與m之間變化。偏心受壓構件由于受拉區應變梯度比較大，塑化效應比

50、較充分，因而其塑性影響系數偏壓比受彎構件的m大。但在實際應用中，為簡化計算并考慮偏于安全，取與受彎構件相同的數值，即取偏壓m。經變換后，就可得出偏心受力構件在荷載效應的短期組合和長期組合下的抗裂驗算教材公式（8-19、8-19、8-22、8-23）。反映了截面塑性發展對構件抗裂性能的影響程度。4、提高構件抗裂能力的方法分析表明，開裂之前鋼筋應力是很低的（混凝土的拉應變很低，鋼筋與混凝土在開裂之前保持應變協調限制了鋼筋應力的發展），即對于鋼筋混凝土的抗裂能力而言，鋼筋所起的作用不大，對抗裂貢獻是很有限的。所以用增加鋼筋配筋率的辦法來提高構件的抗裂能力是極不經濟的，鋼筋是在開裂后才有效發揮其限制裂

51、縫作用。加大構件截面尺寸、特別是截面高度與提高混凝土的強度等級可有效提高構件抗裂能力。在混凝土中摻入纖維也可提高構件抗裂能力，最根本的方法是采用預應力混凝土結構，但這實際已超出普通鋼筋混凝土結構的范圍。二、裂縫寬度驗算不必要求抗裂的構件，就可以放寬標準，允許其出現裂縫。但如果裂縫過寬，則會降低混凝土的抗滲性和抗凍性等使用功能，進而影響結構的耐久性和外觀，并會引起使用者心理不安。因此，對這種構件就必須進行裂縫寬度驗算，限制其裂縫寬度過大。1、引起裂縫的因素（1）荷載。荷載引起的混凝土的拉應變達到混凝土的極限拉應變時，混凝土就會開裂。（2）非荷載因素。溫度變化，混凝土收縮，基礎沉降，混凝土塑性坍塌

52、，鋼筋銹蝕，堿骨料化學反應等非荷載因素引起的變形受到約束時，就可能產生裂縫。非荷載作用引起的裂縫目前還無法準確計算，但可從材料、設計和施工等方面采取措施予以減輕其危害。三、變形驗算1、鋼筋混凝土梁變形計算的特點對于勻質彈性材料梁，當梁的截面尺寸和材料確定后，截面的抗彎剛度EI就為常數了，然后可按材料力學的公式計算變形。由下圖可知，鋼筋混凝土梁由于塑性變形的出現以及裂縫的產生和發展，導致變形模量降低和截面慣性矩下降，使截面的抗彎剛度隨著荷載的增加而不斷降低。對其正常使用狀況下的撓度進行計算時，采用恒定的剛度EI就不能反映梁的實際工作情況。所以規范用抗彎剛度B取代式中的EI，B是隨彎矩M的增大而減

53、小的變量。分析表明，剛度B確定后仍可按材料力學的計算公式計算梁的撓度。所以，鋼筋混凝土梁的變形（撓度）計算就歸結為抗彎剛度B的計算。2、受彎構件的短期剛度Bs（1）不出現裂縫的構件Bs0.85EcI00.85考慮混凝土出現塑性時彈性模量的降低系數。此為階段的剛度計算。（2）出現裂縫的構件Bs=(0.025+0.28E)(1+0.55'f+0.12f)Ecbh032、受彎構件的長期剛度Bl在荷載長期作用下，鋼筋混凝土梁受壓區混凝土將產生壓縮徐變，受拉區混凝土與鋼筋之間將產生粘結滑移徐變，使受拉混凝土不斷退出工作，即使荷載不增加，撓度也將隨時間的增加而增大。混凝土收縮也會造成梁剛度降低、變

54、形增大。因此需要得到長期剛度Bl，以求最大撓度值。（1）荷載效應的短期組合（并考慮部分荷載長期作用影響）的剛度（2）荷載效應的長期組合的剛度Bl= Bs/4、最小剛度原則構件的截面剛度隨截面的內力和配筋大小而變，即沿構件跨度方向各截面剛度不等。為簡化起見，在按材料力學方法計算受彎構件的變形時，取同號彎矩區段內截面的最小剛度作為該區段的平均剛度，而按等剛度或分段等剛度的構件進行計算。5、提高剛度的方法若驗算撓度不能滿足規范要求時，則表示構件的抗彎剛度不足。可以通過增加截面尺寸、提高混凝土強度等級、適當增加配筋量和選用合理的截面（如T形或工形等）的方法來提高剛度。但合理而有效的措施是適當增大截面的

55、高度。采用預應力混凝土結構也可有效提高構件剛度。這里計算時，要把荷載效應組合的概念真正弄懂。在第2章已經講過，短時間內，可能存在所有對結構不利的荷載都出現的組合，當然是指的變化著的活荷載的短時共存，再疊加上必然存在的永久荷載，這就是荷載效應的短期組合。也就是說此組合中，長、短期荷載都有，所以可稱為荷載效應的短期組合（并考慮部分荷載長期作用影響）的情況，承載力計算也只用到此組合。而荷載效應的長期組合中，只有長期作用性質的那部分荷載，即可由短期組合中，把短時間內存在的活荷載去掉，只保留長期作用永久荷載和可變荷載準永久值。所以，可以知道：短期組合的載準值實際包含了長期組合的載準值。四、混凝土結構的耐

56、久性結構的耐久性是指結構在使用環境下，對物理的、化學的以及其他使結構材料性能惡化的各種侵蝕的抵抗能力。混凝土結構的耐久性問題越來越受到人們的重視。在設計混凝土結構時，除了進行承載力計算、變形和裂縫驗算外，還必須進行耐久性設計。由于影響因素的復雜，目前混凝土結構的耐久性設計實質上是針對影響耐久性能的主要因素提出相應的對策，即以概念設計為主。一般是采取措施一定來保證耐久性，提高耐久性的主要措施有：合理加大混凝土保護層的最小厚度；嚴格按規范控制裂縫寬度；注意保證混凝土原材料的質量；提高混凝土的密實度；采用耐腐蝕鋼筋；在結構表面設置專門的防滲面層等。正常使用極限狀態驗算的基本概念一定要清楚，要看懂課本例題，會用基本公式進行計算。第10章 預應力混凝土結構構件計算一、 預應力混凝土結構的基本概念 （一）預應力混凝土結構的基本工作原理預應力混凝土結構，就是在外荷載作用之前，先通過張拉鋼筋對混凝土施加壓力，造成人為的應力狀態的結構。它所產生的預壓應力能抵消外荷載所引起的部分或全部拉應力。這樣，在外荷載作用下，裂縫就能延緩或不會產生，即使出現了裂縫，裂縫寬度也不致過大。預應力的作用可用圖示的梁來說明