鋼筋混凝土原理(第3版)

為適應(yīng)課程教學(xué)，作為教材的本書(shū)第1版\于1999年出版，是以作者多年講授該課程的講稿為基礎(chǔ)編寫(xiě)的。2001年底，北京市教育委員會(huì)開(kāi)展“北京市高等教育精品教材建設(shè)”，該書(shū)經(jīng)評(píng)審，選定為教材建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目。原書(shū)經(jīng)過(guò)修訂，并增補(bǔ)2章后，更名為《鋼筋混凝土原理和分析》\，于2003年出版，實(shí)為原書(shū)的第2版，合作編著者還有時(shí)旭東教授。

這兩版教材發(fā)行至今，先后共印刷10次，近乎每年加印一次，表明每年都有新的讀者群。且不時(shí)有高校教師、研究生和工程技術(shù)人員等通過(guò)多種途徑來(lái)咨詢或討論書(shū)中的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。似說(shuō)明本書(shū)尚合新老讀者所需，書(shū)中內(nèi)容尚屬可用。

本書(shū)第3版是前兩版的修訂本，保持了原書(shū)的編寫(xiě)體系和原則，主要修改的內(nèi)容如下：

(1) 原書(shū)第2版的初次發(fā)行至今已有8年，最近3年正值結(jié)構(gòu)工程各主要技術(shù)規(guī)范的新修訂期。其中與本書(shū)內(nèi)容密切相關(guān)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》, 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等都有較多修改，又新增了《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》, 《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》等。這些規(guī)范中新增和修改的內(nèi)容，多數(shù)屬于設(shè)計(jì)工況、材料應(yīng)用、構(gòu)造措施、計(jì)算參數(shù)、限制條件等，涉及“原理”的極少。本來(lái)，歸結(jié)為“原理”的就應(yīng)該比較成熟和相對(duì)穩(wěn)定，因此本書(shū)的主要內(nèi)容并不受影響，只是對(duì)相關(guān)局部作出相應(yīng)的修正。

(2) 第2版中曾增設(shè)了“第15章 構(gòu)件分析的一般方法”，主要介紹有限元分析方法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用。據(jù)了解，采用此書(shū)作為教材的各高校，都已經(jīng)開(kāi)設(shè)有專門(mén)的有限元分析課程。與之相比，本章的內(nèi)容既重復(fù)，又過(guò)于單薄，因此予以撤除。作為補(bǔ)償，在第10章中增加了（其實(shí)是恢復(fù)了第1版中的）一節(jié)： “截面分析的一般方法”. (3) 增設(shè)“分階段制作和承載的構(gòu)件”一章，介紹截面由不同材料組成，且存在先后應(yīng)力史差的構(gòu)件，在荷載作用下的特殊性能。涉及的主要構(gòu)件有： 具我國(guó)試驗(yàn)研究特色的疊合梁，以及工程中時(shí)遇的加固構(gòu)件。

(4) 全書(shū)正文后添設(shè)了符號(hào)表，將本書(shū)中引用的主要符號(hào)和工程中的常用符號(hào)大體按各章節(jié)的內(nèi)容和順序分類列出，以便查對(duì)。

(5) 原書(shū)（第2版）的多次加印過(guò)程中，雖然經(jīng)過(guò)勘誤，但圖文中仍遺留一些錯(cuò)誤。這一次修訂，又仔細(xì)閱讀全文，改正錯(cuò)誤，并對(duì)部分詞句作了修改。經(jīng)過(guò)上述各方面的修改，全書(shū)中約有半數(shù)頁(yè)面上有不同程度的訂正和改動(dòng)。

(6) 書(shū)名恢復(fù)為《鋼筋混凝土原理》（第3版）.

鋼筋混凝土原理（第3版）前言修訂后的本書(shū)仍維持第2版的4篇20章。

第1篇在闡述混凝土材料的基本特點(diǎn)和受力破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上，比較詳細(xì)地介紹了混凝土在基本受力狀態(tài)下的強(qiáng)度和變形規(guī)律，以及多種因素的影響，并給出了多種結(jié)構(gòu)混凝土的主要力學(xué)性能。還全面概括了混凝土在多軸應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度和變形的一般規(guī)律，簡(jiǎn)要介紹了混凝土的破壞準(zhǔn)則和本構(gòu)模型，為分析和設(shè)計(jì)二維和三維混凝土結(jié)構(gòu)提供必要的依據(jù)。

第2篇首先介紹鋼筋的基本力學(xué)性能，后著重分析和解決鋼筋和混凝土共同作用的一些重要問(wèn)題，包括相互粘結(jié)、共同受力、橫向約束和變形差等。這是鋼筋混凝土作為組合材料區(qū)別于單一結(jié)構(gòu)材料的特殊問(wèn)題。

第3篇給出鋼筋混凝土基本受力構(gòu)件（即壓彎構(gòu)件）的承載力、裂縫和變形，以及抗剪和抗扭構(gòu)件等的一般性能規(guī)律、受力機(jī)理和分析方法等。還單設(shè)一章介紹分階段制作和承載構(gòu)件的特殊性能。

第4篇針對(duì)結(jié)構(gòu)常遇的幾種特殊受力狀態(tài)，包括抗（地）震、疲勞、抗爆和抗高溫等，介紹鋼筋和混凝土的材料和基本構(gòu)件的特殊性能反應(yīng)及其分析方法。最后簡(jiǎn)要介紹混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的若干問(wèn)題，及其機(jī)理分析和防治措施。

在高校結(jié)構(gòu)工程類專業(yè)的本科學(xué)習(xí)期間，有關(guān)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的課程中，一般先簡(jiǎn)要介紹鋼筋和混凝土的材性，后以較大篇幅著重說(shuō)明各種基本構(gòu)件的性能、計(jì)算方法、設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求等，較多地遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的體系和方法，以完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要目標(biāo)。

本書(shū)和相應(yīng)研究生課程是以研究和分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性能及其一般規(guī)律，并以解決工程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題為目標(biāo)。全書(shū)用很大篇幅系統(tǒng)地介紹主要材料--混凝土在單軸和多軸應(yīng)力狀態(tài)下，以及各種特殊條件下的強(qiáng)度和變形的一般規(guī)律，以此作為了解和分析構(gòu)件性能的基礎(chǔ)。在表述鋼筋混凝土構(gòu)件在各種工況受力條件下的性能時(shí)，強(qiáng)調(diào)以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，著重介紹其受力變形和破壞（或失效）的全過(guò)程、各種因素的影響、機(jī)理分析、重要技術(shù)指標(biāo)的確定、計(jì)算原則和方法等。希望讀者在閱讀本書(shū)后，不僅能理解鋼筋混凝土材料和構(gòu)件受力性能的一般規(guī)律，還能對(duì)分析和解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程問(wèn)題的一般途徑和合理方法有所了解。

本書(shū)除了作為結(jié)構(gòu)工程類專業(yè)研究生教材之外，也可以用作本科生有關(guān)課程教學(xué)的參考書(shū)，以及從事鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的科研、設(shè)計(jì)和施工管理的技術(shù)人員作為研究、分析和處理工程問(wèn)題之借鑒。

在本書(shū)完稿之時(shí)，作者特別感謝歷年來(lái)在清華大學(xué)土木工程系工作的前輩教授們，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和認(rèn)真的工作態(tài)度為后人作出了榜樣，他們?cè)阡摻罨炷两Y(jié)構(gòu)學(xué)科方面的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果豐富了我的學(xué)識(shí)，在許多方面構(gòu)成了本書(shū)的基礎(chǔ)。作者還感謝多年來(lái)在研究工作中合作的同事們和研究生們，他們大力協(xié)作與辛勤勞動(dòng)的研究成果充實(shí)、并不斷地改進(jìn)了本課程的內(nèi)容。當(dāng)然，本書(shū)的刊印和出版還有許多編輯和審校專家的努力，以及讀者的關(guān)愛(ài)和支持，在此一并致謝。

限于作者的學(xué)術(shù)水平和分析表達(dá)能力，書(shū)中的錯(cuò)誤或不足之處在所難免，敬請(qǐng)專家和讀者批評(píng)指正。作者還真誠(chéng)地歡迎與讀者通過(guò)不同方式，就書(shū)中有關(guān)技術(shù)問(wèn)題直接進(jìn)行交流和討論。

過(guò)鎮(zhèn)海

2012年9月于清華園目錄

0.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展和特點(diǎn)1

0.2 本課程的特點(diǎn)3

第1篇 混凝土的力學(xué)性能

第1章 基本力學(xué)性能6

1.1 材料組成和材性特點(diǎn)6

1.1.1 材料的組成和內(nèi)部構(gòu)造6

1.1.2 材性的基本特點(diǎn)8

1.1.3 受力破壞的一般機(jī)理10

1.2 抗壓強(qiáng)度12

1.2.1 立方體抗壓強(qiáng)度12

1.2.2 棱柱體試件的受力破壞過(guò)程14

1.2.3 主要抗壓性能指標(biāo)值15

1.3 受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€18

1.3.1 試驗(yàn)方法18

1.3.2 全曲線方程19

1.4 抗拉強(qiáng)度和變形22

1.4.1 試驗(yàn)方法和抗拉性能指標(biāo)22

1.4.2 受拉破壞過(guò)程和特征26

1.4.3 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€方程29

1.5 抗剪強(qiáng)度和變形30

1.5.1 合理的試驗(yàn)方法30

1.5.2 破壞特征和抗剪強(qiáng)度33

1.5.3 剪切變形和剪切模量34

第2章 主要因素的影響36

2.1 荷載重復(fù)加卸作用36鋼筋混凝土原理（第3版）目錄 2.2 偏心受壓39

2.2.1 試驗(yàn)方法40

2.2.2 主要試驗(yàn)結(jié)果40

2.2.3 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系43

2.3 偏心受拉和彎曲受拉44

2.4 齡期47

2.5 收縮49

2.6 徐變52

2.6.1 基本概念52

2.6.2 主要影響因素54

2.6.3 計(jì)算公式56

第3章 多種結(jié)構(gòu)混凝土59

3.1 高強(qiáng)混凝土59

3.1.1 應(yīng)用和制備59

3.1.2 基本力學(xué)性能61

3.2 輕質(zhì)混凝土65

3.2.1 分類65

3.2.2 基本力學(xué)性能67

3.3 纖維混凝土69

3.3.1 分類69

3.3.2 基本力學(xué)性能70

第4章 多軸強(qiáng)度和本構(gòu)關(guān)系74

4.1 試驗(yàn)設(shè)備和方法75

4.2 強(qiáng)度和變形的一般規(guī)律78

4.2.1 二軸應(yīng)力狀態(tài)78

4.2.2 三軸應(yīng)力狀態(tài)82

4.2.3 不同材料和加載途徑88

4.3 典型破壞形態(tài)及其界分90

4.4 破壞準(zhǔn)則93

4.4.1 破壞包絡(luò)面的形狀和其表達(dá)93

4.4.2 破壞準(zhǔn)則表達(dá)式97

4.4.3 多軸強(qiáng)度計(jì)算圖101

4.5 本構(gòu)關(guān)系104

4.5.1 線彈性類本構(gòu)模型104

4.5.2 非線（性）彈性類本構(gòu)模型107

4.5.3 其他類本構(gòu)模型114

第2篇 鋼筋和混凝土的組合作用

第5章 鋼筋的力學(xué)性能118

5.1 混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼材118

5.2 應(yīng)力\|應(yīng)變關(guān)系120

5.2.1 軟鋼121

5.2.2 硬鋼122

5.3 反復(fù)荷載作用下的變形123

5.4 冷加工強(qiáng)化性能126

5.4.1 冷拉和時(shí)效127

5.4.2 冷拔128

5.5 徐變和松弛129

第6章 鋼筋與混凝土的粘結(jié)132

6.1 粘結(jié)力的作用和組成132

6.1.1 作用和分類132

6.1.2 組成134

6.2 試驗(yàn)方法和粘結(jié)機(jī)理135

6.2.1 試驗(yàn)方法135

6.2.2 光圓鋼筋136

6.2.3 變形鋼筋138

6.3 影響因素140

6.4 粘結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型144

6.4.1 特征值的計(jì)算144

6.4.2 τ-S曲線方程145

第7章 軸向受力特性147

7.1 受壓構(gòu)件147

7.1.1 基本方程147

7.1.2 應(yīng)力和變形分析(εy<εp)149

7.1.3 應(yīng)力和變形分析(εy>εp)150

7.2 受拉構(gòu)件152

7.2.1 分析的基本方程152

7.2.2 各階段的應(yīng)力和變形分析153

7.2.3 最小配筋率154

7.2.4 受拉剛化效應(yīng)155

7.3 一般性規(guī)律156

第8章 約束混凝土158

8.1 螺旋箍筋柱158

8.1.1 受力機(jī)理和破壞過(guò)程158

8.1.2 極限承載力160

8.2 矩形箍筋柱161

8.2.1 受力破壞過(guò)程161

8.2.2 箍筋作用機(jī)理163

8.2.3 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€方程165

8.3 鋼管混凝土170

8.3.1 受力特點(diǎn)和機(jī)理170

8.3.2 極限強(qiáng)度計(jì)算172

8.4 局部受壓174

8.4.1 受力特點(diǎn)和機(jī)理174

8.4.2 強(qiáng)度值計(jì)算178

第9章 變形差的力學(xué)反應(yīng)181

9.1 混凝土收縮181

9.2 溫度變形差185

9.3 混凝土徐變188

第3篇 基本構(gòu)件的承載力和變形

第10章 壓彎承載力192

10.1 受力過(guò)程和破壞形態(tài)192

10.1.1 單筋矩形梁192

10.1.2 適筋、少筋和超筋梁194

10.1.3 偏心受壓(拉)柱196

10.2 長(zhǎng)柱的附加彎矩199

10.3 截面分析的一般方法202

10.4 極限承載力205

10.4.1 計(jì)算公式205

10.4.2 雙向壓彎構(gòu)件210

10.5 多種材料和構(gòu)造的構(gòu)件212

第11章 受拉裂縫217

11.1 裂縫的成因及控制217

11.2 構(gòu)件的開(kāi)裂內(nèi)力219

11.3 裂縫機(jī)理分析221

11.3.1 粘結(jié)-滑移法221

11.3.2 無(wú)滑移法223

11.3.3 綜合分析226

11.4 裂縫寬度的計(jì)算228

第12章 彎曲剛度和變形233

12.1 構(gòu)件的變形及其控制233

12.1.1 變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響233

12.1.2 截面剛度和構(gòu)件變形234

12.2 截面剛度計(jì)算236

12.2.1 有效慣性矩法236

12.2.2 剛度解析法238

12.2.3 受拉剛化效應(yīng)修正法240

12.3 變形計(jì)算242

12.3.1 一般計(jì)算方法242

12.3.2 實(shí)用計(jì)算方法243

第13章 彎剪承載力246

13.1 無(wú)腹筋梁的破壞形態(tài)和承載力246

13.1.1 典型(剪壓)破壞形態(tài)246

13.1.2 斜壓和斜拉破壞形態(tài)249

13.1.3 彎剪承載力及其影響因素251

13.2 腹筋的作用和抗剪的成分253

13.2.1 腹筋的作用253

13.2.2 彎剪承載力的組成255

13.3 極限彎剪承載力的計(jì)算256

13.3.1 關(guān)于有限元方法256

13.3.2 經(jīng)驗(yàn)回歸式256

13.3.3 簡(jiǎn)化力學(xué)模型259

13.4 多種受力狀態(tài)和構(gòu)造的構(gòu)件261

第14章 抗扭承載力270

14.1 受扭構(gòu)件的彈性解和塑性解270

14.2 純扭構(gòu)件的承載力273

14.2.1 無(wú)腹筋構(gòu)件273

14.2.2 有腹筋構(gòu)件274

14.2.3 配筋(箍)量的影響275

14.3 復(fù)合受扭構(gòu)件277

14.3.1 壓(拉)-扭構(gòu)件277

14.3.2 剪-扭構(gòu)件277

14.3.3 彎-扭構(gòu)件278

14.3.4 彎-剪-扭構(gòu)件280

14.4 極限承載力的計(jì)算280

14.4.1 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式281

14.4.2 桁架模型282

14.4.3 斜扭面極限平衡284

第15章 分階段制作和承載的構(gòu)件286

15.1 截面的材料和受力特點(diǎn)286

15.2 預(yù)制-澆整疊合梁288

15.2.1 分階段荷載試驗(yàn)288

15.2.2 疊合后截面的受力特點(diǎn)292

15.2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算方法295

15.3 抗彎加固的梁298

15.3.1 應(yīng)力狀態(tài)分析298

15.3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算方法300

15.4 加固柱301

15.4.1 試驗(yàn)研究301

15.4.2 分析和計(jì)算方法304

第4篇 構(gòu)件的特殊受力性能

第16章 抗震性能310

16.1 結(jié)構(gòu)抗（地）震性能的特點(diǎn)310

16.2 單調(diào)荷載下的延性311

16.2.1 延性的概念和表達(dá)311

16.2.2 計(jì)算方法313

16.2.3 塑性區(qū)轉(zhuǎn)角315

16.3 低周反復(fù)荷載下的滯回特性317

16.3.1 滯回曲線的一般特點(diǎn)317

16.3.2 多種受力狀態(tài)的滯回曲線320

16.3.3 恢復(fù)力模型326

第17章 疲勞性能328

17.1 混凝土的疲勞性能328

17.1.1 試驗(yàn)結(jié)果和表達(dá)方法328

17.1.2 影響因素和計(jì)算式331

17.2 鋼筋的疲勞性能332

17.3 鋼筋和混凝土粘結(jié)的疲勞性能335

17.4 構(gòu)件的疲勞性能及其驗(yàn)算337

17.4.1 受彎疲勞337

17.4.2 受(彎)剪疲勞340

第18章 抗爆性能342

18.1 結(jié)構(gòu)抗爆炸的特點(diǎn)342

18.2 快速加載的材料性能345

18.2.1 試驗(yàn)設(shè)備和方法345

18.2.2 鋼筋346

18.2.3 混凝土347

18.3 構(gòu)件性能350

18.3.1 受彎構(gòu)件350

18.3.2 受壓構(gòu)件353

第19章 抗高溫性能354

19.1 結(jié)構(gòu)抗高溫的特點(diǎn)354

19.2 截面溫度場(chǎng)356

19.2.1 溫度-時(shí)間曲線356

19.2.2 材料的熱工性能357

19.2.3 熱傳導(dǎo)方程和溫度場(chǎng)的確定359

19.3 材料的高溫力學(xué)性能361

19.3.1 鋼材的性能361

19.3.2 混凝土的基本性能364

19.4 混凝土的耦合本構(gòu)關(guān)系370

19.4.1 抗壓強(qiáng)度的上、下限370

19.4.2 應(yīng)力下的溫度變形和瞬態(tài)熱應(yīng)變371

19.4.3 短期高溫徐變373

19.4.4 耦合本構(gòu)關(guān)系374

19.5 構(gòu)件的高溫性能和抗高溫驗(yàn)算374

19.5.1 壓彎構(gòu)件374

19.5.2 超靜定結(jié)構(gòu)378

19.5.3 結(jié)構(gòu)的高溫分析和近似計(jì)算379

第20章 耐久性383

20.1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的特點(diǎn)383

20.1.1 工程中的問(wèn)題383

20.1.2 耐久性失效的特點(diǎn)384

20.1.3 混凝土的孔結(jié)構(gòu)385

20.2 若干耐久性問(wèn)題387

20.2.1 滲透387

20.2.2 凍融388

20.2.3 堿-骨料反應(yīng)389

20.2.4 碳化390

20.2.5 化學(xué)腐蝕391

20.2.6 鋼筋銹蝕392

20.3 結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)和評(píng)估395

20.3.1 耐久性設(shè)計(jì)395

20.3.2 已有結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)和評(píng)估396

符號(hào)表398

思考與練習(xí)406

參考文獻(xiàn)414

書(shū)中詳細(xì)介紹了混凝土材料的各種受力性能，并以此為基礎(chǔ)和以試驗(yàn)為依據(jù)，深入地分析鋼筋混凝土構(gòu)件在各種受力狀態(tài)下的性能變化規(guī)律、受力機(jī)理、計(jì)算原則和方法等，以展示鋼筋混凝土作為一種組合結(jié)構(gòu)材料的基本原理和分析方法。

本書(shū)可作為建筑、水利、交通、地下、海洋工程等結(jié)構(gòu)工程類專業(yè)研究生的教材，也可用作高等學(xué)校本科的教學(xué)參考書(shū)，并供從事鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)科學(xué)研究、設(shè)計(jì)和施工管理的技術(shù)人員參考。