鋼筋混凝土原理(第3版)前言

為適應課程教學，作為教材的本書第1版\于1999年出版，是以作者多年講授該課程的講稿為基礎編寫的。2001年底，北京市教育委員會開展“北京市高等教育精品教材建設”，該書經評審，選定為教材建設立項項目。原書經過修訂，并增補2章后，更名為《鋼筋混凝土原理和分析》\，于2003年出版，實為原書的第2版，合作編著者還有時旭東教授。

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。且不時有高校教師、研究生和工程技術人員等通過多種途徑來咨詢或討論書中的有關技術問題。似說明本書尚合新老讀者所需，書中內容尚屬可用。

本書第3版是前兩版的修訂本，保持了原書的編寫體系和原則，主要修改的內容如下：

(1) 原書第2版的初次發(fā)行至今已有8年，最近3年正值結構工程各主要技術規(guī)范的新修訂期。其中與本書內容密切相關的《混凝土結構設計規(guī)范》, 《建筑抗震設計規(guī)范》等都有較多修改，又新增了《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》, 《纖維增強復合材料建設工程應用技術規(guī)范》等。這些規(guī)范中新增和修改的內容，多數屬于設計工況、材料應用、構造措施、計算參數、限制條件等，涉及“原理”的極少。本來，歸結為“原理”的就應該比較成熟和相對穩(wěn)定，因此本書的主要內容并不受影響，只是對相關局部作出相應的修正。

(2) 第2版中曾增設了“第15章 構件分析的一般方法”，主要介紹有限元分析方法在鋼筋混凝土結構分析中的應用。據了解，采用此書作為教材的各高校，都已經開設有專門的有限元分析課程。與之相比，本章的內容既重復，又過于單薄，因此予以撤除。作為補償，在第10章中增加了（其實是恢復了第1版中的）一節(jié)： “截面分析的一般方法”. (3) 增設“分階段制作和承載的構件”一章，介紹截面由不同材料組成，且存在先后應力史差的構件，在荷載作用下的特殊性能。涉及的主要構件有： 具我國試驗研究特色的疊合梁，以及工程中時遇的加固構件。

(4) 全書正文后添設了符號表，將本書中引用的主要符號和工程中的常用符號大體按各章節(jié)的內容和順序分類列出，以便查對。

(5) 原書（第2版）的多次加印過程中，雖然經過勘誤，但圖文中仍遺留一些錯誤。這一次修訂，又仔細閱讀全文，改正錯誤，并對部分詞句作了修改。經過上述各方面的修改，全書中約有半數頁面上有不同程度的訂正和改動。

(6) 書名恢復為《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和受力破壞機理的基礎上，比較詳細地介紹了混凝土在基本受力狀態(tài)下的強度和變形規(guī)律，以及多種因素的影響，并給出了多種結構混凝土的主要力學性能。還全面概括了混凝土在多軸應力狀態(tài)下強度和變形的一般規(guī)律，簡要介紹了混凝土的破壞準則和本構模型，為分析和設計二維和三維混凝土結構提供必要的依據。

第2篇首先介紹鋼筋的基本力學性能，后著重分析和解決鋼筋和混凝土共同作用的一些重要問題，包括相互粘結、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)別于單一結構材料的特殊問題。

第3篇給出鋼筋混凝土基本受力構件（即壓彎構件）的承載力、裂縫和變形，以及抗剪和抗扭構件等的一般性能規(guī)律、受力機理和分析方法等。還單設一章介紹分階段制作和承載構件的特殊性能。

第4篇針對結構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件的特殊性能反應及其分析方法。最后簡要介紹混凝土結構耐久性失效的若干問題，及其機理分析和防治措施。

在高校結構工程類專業(yè)的本科學習期間，有關鋼筋混凝土結構的課程中，一般先簡要介紹鋼筋和混凝土的材性，后以較大篇幅著重說明各種基本構件的性能、計算方法、設計和構造要求等，較多地遵循結構設計規(guī)范的體系和方法，以完成結構設計為主要目標。

本書和相應研究生課程是以研究和分析鋼筋混凝土結構的性能及其一般規(guī)律，并以解決工程中出現的各種問題為目標。全書用很大篇幅系統(tǒng)地介紹主要材料--混凝土在單軸和多軸應力狀態(tài)下，以及各種特殊條件下的強度和變形的一般規(guī)律，以此作為了解和分析構件性能的基礎。在表述鋼筋混凝土構件在各種工況受力條件下的性能時，強調以試驗結果為依據，著重介紹其受力變形和破壞（或失效）的全過程、各種因素的影響、機理分析、重要技術指標的確定、計算原則和方法等。希望讀者在閱讀本書后，不僅能理解鋼筋混凝土材料和構件受力性能的一般規(guī)律，還能對分析和解決鋼筋混凝土結構工程問題的一般途徑和合理方法有所了解。

本書除了作為結構工程類專業(yè)研究生教材之外，也可以用作本科生有關課程教學的參考書，以及從事鋼筋混凝土結構的科研、設計和施工管理的技術人員作為研究、分析和處理工程問題之借鑒。

在本書完稿之時，作者特別感謝歷年來在清華大學土木工程系工作的前輩教授們，他們嚴謹的治學精神和認真的工作態(tài)度為后人作出了榜樣，他們在鋼筋混凝土結構學科方面的教學經驗和科研成果豐富了我的學識，在許多方面構成了本書的基礎。作者還感謝多年來在研究工作中合作的同事們和研究生們，他們大力協作與辛勤勞動的研究成果充實、并不斷地改進了本課程的內容。當然，本書的刊印和出版還有許多編輯和審校專家的努力，以及讀者的關愛和支持，在此一并致謝。

限于作者的學術水平和分析表達能力，書中的錯誤或不足之處在所難免，敬請專家和讀者批評指正。作者還真誠地歡迎與讀者通過不同方式，就書中有關技術問題直接進行交流和討論。

過鎮(zhèn)海

2012年9月于清華園目錄

書中詳細介紹了混凝土材料的各種受力性能，并以此為基礎和以試驗為依據，深入地分析鋼筋混凝土構件在各種受力狀態(tài)下的性能變化規(guī)律、受力機理、計算原則和方法等，以展示鋼筋混凝土作為一種組合結構材料的基本原理和分析方法。

本書可作為建筑、水利、交通、地下、海洋工程等結構工程類專業(yè)研究生的教材，也可用作高等學校本科的教學參考書，并供從事鋼筋混凝土結構科學研究、設計和施工管理的技術人員參考。

0.1 鋼筋混凝土結構的發(fā)展和特點1

0.2 本課程的特點3

第1篇 混凝土的力學性能

第1章 基本力學性能6

1.1 材料組成和材性特點6

1.1.1 材料的組成和內部構造6

1.1.2 材性的基本特點8

1.1.3 受力破壞的一般機理10

1.2 抗壓強度12

1.2.1 立方體抗壓強度12

1.2.2 棱柱體試件的受力破壞過程14

1.2.3 主要抗壓性能指標值15

1.3 受壓應力-應變全曲線18

1.3.1 試驗方法18

1.3.2 全曲線方程19

1.4 抗拉強度和變形22

1.4.1 試驗方法和抗拉性能指標22

1.4.2 受拉破壞過程和特征26

1.4.3 應力-應變全曲線方程29

1.5 抗剪強度和變形30

1.5.1 合理的試驗方法30

1.5.2 破壞特征和抗剪強度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 試驗方法40

2.2.2 主要試驗結果40

2.2.3 應力-應變關系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 計算公式56

第3章 多種結構混凝土59

3.1 高強混凝土59

3.1.1 應用和制備59

3.1.2 基本力學性能61

3.2 輕質混凝土65

3.2.1 分類65

3.2.2 基本力學性能67

3.3 纖維混凝土69

3.3.1 分類69

3.3.2 基本力學性能70

第4章 多軸強度和本構關系74

4.1 試驗設備和方法75

4.2 強度和變形的一般規(guī)律78

4.2.1 二軸應力狀態(tài)78

4.2.2 三軸應力狀態(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 破壞準則93

4.4.1 破壞包絡面的形狀和其表達93

4.4.2 破壞準則表達式97

4.4.3 多軸強度計算圖101

4.5 本構關系104

4.5.1 線彈性類本構模型104

4.5.2 非線（性）彈性類本構模型107

4.5.3 其他類本構模型114

第2篇 鋼筋和混凝土的組合作用

第5章 鋼筋的力學性能118

5.1 混凝土結構中的鋼材118

5.2 應力\|應變關系120

5.2.1 軟鋼121

5.2.2 硬鋼122

5.3 反復荷載作用下的變形123

5.4 冷加工強化性能126

5.4.1 冷拉和時效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132

6.1 粘結力的作用和組成132

6.1.1 作用和分類132

6.1.2 組成134

6.2 試驗方法和粘結機理135

6.2.1 試驗方法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 粘結應力-滑移本構模型144

6.4.1 特征值的計算144

6.4.2 τ-S曲線方程145

第7章 軸向受力特性147

7.1 受壓構件147

7.1.1 基本方程147

7.1.2 應力和變形分析(εy<εp)149

7.1.3 應力和變形分析(εy>εp)150

7.2 受拉構件152

7.2.1 分析的基本方程152

7.2.2 各階段的應力和變形分析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 受力機理和破壞過程158

8.1.2 極限承載力160

8.2 矩形箍筋柱161

8.2.1 受力破壞過程161

8.2.2 箍筋作用機理163

8.2.3 應力-應變全曲線方程165

8.3 鋼管混凝土170

8.3.1 受力特點和機理170

8.3.2 極限強度計算172

8.4 局部受壓174

8.4.1 受力特點和機理174

8.4.2 強度值計算178

第9章 變形差的力學反應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 基本構件的承載力和變形

第10章 壓彎承載力192

10.1 受力過程和破壞形態(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 計算公式205

10.4.2 雙向壓彎構件210

10.5 多種材料和構造的構件212

第11章 受拉裂縫217

11.1 裂縫的成因及控制217

11.2 構件的開裂內力219

11.3 裂縫機理分析221

11.3.1 粘結-滑移法221

11.3.2 無滑移法223

11.3.3 綜合分析226

11.4 裂縫寬度的計算228

第12章 彎曲剛度和變形233

12.1 構件的變形及其控制233

12.1.1 變形對結構的影響233

12.1.2 截面剛度和構件變形234

12.2 截面剛度計算236

12.2.1 有效慣性矩法236

12.2.2 剛度解析法238

12.2.3 受拉剛化效應修正法240

12.3 變形計算242

12.3.1 一般計算方法242

12.3.2 實用計算方法243

第13章 彎剪承載力246

13.1 無腹筋梁的破壞形態(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算256

13.3.1 關于有限元方法256

13.3.2 經驗回歸式256

13.3.3 簡化力學模型259

13.4 多種受力狀態(tài)和構造的構件261

第14章 抗扭承載力270

14.1 受扭構件的彈性解和塑性解270

14.2 純扭構件的承載力273

14.2.1 無腹筋構件273

14.2.2 有腹筋構件274

14.2.3 配筋(箍)量的影響275

14.3 復合受扭構件277

14.3.1 壓(拉)-扭構件277

14.3.2 剪-扭構件277

14.3.3 彎-扭構件278

14.3.4 彎-剪-扭構件280

14.4 極限承載力的計算280

14.4.1 經驗計算式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件286

15.1 截面的材料和受力特點286

15.2 預制-澆整疊合梁288

15.2.1 分階段荷載試驗288

15.2.2 疊合后截面的受力特點292

15.2.3 設計計算方法295

15.3 抗彎加固的梁298

15.3.1 應力狀態(tài)分析298

15.3.2 設計計算方法300

15.4 加固柱301

15.4.1 試驗研究301

15.4.2 分析和計算方法304

第4篇 構件的特殊受力性能

第16章 抗震性能310

16.1 結構抗（地）震性能的特點310

16.2 單調荷載下的延性311

16.2.1 延性的概念和表達311

16.2.2 計算方法313

16.2.3 塑性區(qū)轉角315

16.3 低周反復荷載下的滯回特性317

16.3.1 滯回曲線的一般特點317

16.3.2 多種受力狀態(tài)的滯回曲線320

16.3.3 恢復力模型326

第17章 疲勞性能328

17.1 混凝土的疲勞性能328

17.1.1 試驗結果和表達方法328

17.1.2 影響因素和計算式331

17.2 鋼筋的疲勞性能332

17.3 鋼筋和混凝土粘結的疲勞性能335

17.4 構件的疲勞性能及其驗算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 結構抗爆炸的特點342

18.2 快速加載的材料性能345

18.2.1 試驗設備和方法345

18.2.2 鋼筋346

18.2.3 混凝土347

18.3 構件性能350

18.3.1 受彎構件350

18.3.2 受壓構件353

第19章 抗高溫性能354

19.1 結構抗高溫的特點354

19.2 截面溫度場356

19.2.1 溫度-時間曲線356

19.2.2 材料的熱工性能357

19.2.3 熱傳導方程和溫度場的確定359

19.3 材料的高溫力學性能361

19.3.1 鋼材的性能361

19.3.2 混凝土的基本性能364

19.4 混凝土的耦合本構關系370

19.4.1 抗壓強度的上、下限370

19.4.2 應力下的溫度變形和瞬態(tài)熱應變371

19.4.3 短期高溫徐變373

19.4.4 耦合本構關系374

19.5 構件的高溫性能和抗高溫驗算374

19.5.1 壓彎構件374

19.5.2 超靜定結構378

19.5.3 結構的高溫分析和近似計算379

第20章 耐久性383

20.1 混凝土結構耐久性的特點383

20.1.1 工程中的問題383

20.1.2 耐久性失效的特點384

20.1.3 混凝土的孔結構385

20.2 若干耐久性問題387

20.2.1 滲透387

20.2.2 凍融388

20.2.3 堿-骨料反應389

20.2.4 碳化390

20.2.5 化學腐蝕391

20.2.6 鋼筋銹蝕392

20.3 結構的耐久性設計和評估395

20.3.1 耐久性設計395

20.3.2 已有結構的耐久性檢測和評估396

符號表398

思考與練習406

參考文獻414