绪论

0.1 钢筋混凝土结构的特点及分类

钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成共同受力的结构。

混凝土是一种抗压能力较强而抗拉能力很弱的建筑材料。这就使得素混凝土结构的应用受到很大限制。例如，一根截面为200mm×300mm，跨长为2.5m，混凝土立方体强度为22.5N/mm²的素混凝土简支梁，当跨中承受约13.5kN集中力时，就会因混凝土受拉而断裂，如图0-1（a）所示。这种素混凝土梁不仅承载能力低，而且破坏时是一种突然发生的脆性断裂。但是，如果在这根梁的受拉区配置两根直径20mm、屈服强度为318.2N/mm²的钢筋［图0-1（b）］，用钢筋来代替开裂的混凝土承受拉力，则梁能承受的集中力可增加到72.3kN。由此说明，同样截面形状、尺寸及混凝土强度的钢筋混凝土梁比素混凝土梁可承受大得多的外荷载。而且钢筋混凝土梁破坏以前将发生较大的变形，破坏不再是脆性的。

图0-1 混凝土及钢筋混凝土简支梁的承载力

一般来说，在钢筋混凝土结构中，混凝土主要承担压力，钢筋主要承担拉力，必要时也可承担压力。因此在钢筋混凝土结构中，两种材料的力学性能都能得到充分利用。

钢筋和混凝土这两种性能不同的材料能结合在一起共同工作，主要是由于它们之间有良好的粘结力，能牢固地粘结成整体。当构件承受外荷载时，钢筋和相邻混凝土能协调变形而共同工作。而且钢筋与混凝土的温度线膨胀系数较为接近，当温度变化时，这两种材料不致产生明显的相对温度变形而破坏它们之间的结合。

钢筋混凝土结构除了较合理地利用钢筋和混凝土两种材料的力学性能外，还有下列优点：

（1）耐久性好。在钢筋混凝土结构中，钢筋因受到混凝土保护而不易锈蚀，且混凝土的强度随时间有所增长，因此钢筋混凝土结构在一般环境下是经久耐用的，不像钢、木结构那样需要经常的保养和维修。

（2）整体性好。目前广泛采用的现浇整体式钢筋混凝土结构，整体性好，有利于抗震及抗爆。

（3）可模性好。钢筋混凝土可根据设计需要浇制成各种形状和尺寸的结构，尤其适合于建造外形复杂的大体积结构、空间薄壁结构等。这一特点是砖石、钢、木等结构所不能代替的。

（4）耐火性好。混凝土是不良导热体，遭火灾时，由传热性较差的混凝土作为钢筋的保护层，在普通的火灾下不致使钢筋达到变态点温度而导致结构的整体坍塌。因此，其耐火性比钢、木结构好。

（5）可就地取材。钢筋混凝土结构中所用的砂、石材料一般可就地或就近取材，因而材料运输费用少，可显著降低工程造价。

（6）节约钢材。钢筋混凝土结构合理地发挥了材料各自优良性能，在某些情况下可以代替钢结构，因而能节约钢材。

但是，事物总是一分为二的，钢筋混凝土结构也存在一些缺点，主要有：

（1）自重大。这对于建造大跨度结构及高层抗震结构是不利的，但随着轻质、高强混凝土、预应力混凝土和钢-混凝土组合结构的应用，这一矛盾已得到缓解。

（2）施工比较复杂，工序多，施工时间较长，但随着泵送混凝土和大模板的应用，施工时间已大大缩短。冬季和雨天施工比较困难，必须采用相应的施工措施才能保证质量，但采用预制装配式构件可加快施工进度，施工不受季节气候的影响，从而可缓解这一矛盾。

（3）耗费木料较多。浇筑混凝土要用模板，木材耗费量较大，但随着钢模板的广泛应用，木材的耗费量已大为减少。另外，采用预制装配式构件也可少用模板。

（4）抗裂性差。普通钢筋混凝土结构在正常使用时往往带裂缝工作，这对要求不出现裂缝的结构很不利，如水池、贮油罐等。这类结构若出现裂缝会引起渗漏，影响正常使用。采用预应力混凝土结构可显著改善抗裂能力，控制裂缝的开展。

（5）修补和加固工作比较困难。但随着碳纤维加固、钢板加固等技术的发展和环氧树脂堵缝剂的应用，这一困难已经减少。

由于钢筋混凝土结构具有很多优点，因而在土木、水利水电工程中得到了广泛的应用。

在水利水电工程中，钢筋混凝土可以用来建造平板坝、连拱坝、隧洞衬砌、水电站厂房、机墩、蜗壳、尾水管、调压塔、压力水管、水闸、船闸、码头、渡槽、涵洞、倒虹吸管等。在土木工程中，可用来建造厂房、仓库、多高层楼房、水池、水塔、桥梁、电视塔、地下隧道等。

钢筋混凝土结构可作如下分类：

（1）按结构的构造外形可分为：杆件体系和非杆件体系。杆件体系如梁、板、柱、墙等，非杆件体系如空间薄壁结构、块体结构、与围岩接触的地下洞室等。在杆系结构中，按结构的受力状态可分为：受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件等。

（2）按结构的制造方法可分为：整体式、装配式和装配整体式三种。整体式结构是在现场先架立模板、绑扎钢筋，然后浇捣混凝土而成的结构。它整体性好，刚度也较大，目前应用较多，但施工受气候的影响。装配式结构则是在工厂（或预制工场）预先制成各种构件（图0-2），然后运往工地装配而成。采用装配式结构有利于实现建筑工业化（设计标准化、制造工业化、安装机械化）；制造不受季节限制，能加速施工进度；并可利用工厂较好的施工条件，提高构件质量；有利于模板重复使用，还可免去脚手架，节约木料或钢材。但装配式结构的接头构造较为复杂，整体性较差，对抗渗及抗震不利，目前应用有所减少。装配整体式结构是在结构内有一部分为预制的装配式构件，另一部分为现浇的混凝土，其中预制装配式部分常可作为现浇部分的模板和支架。它比整体式结构有较高的工业化程度，又比装配式结构有较好的整体性，近年来发展较快。

图0-2 装配式构件

1—屋面板；2—梁；3—柱；4—基础

（3）按结构的初始应力状态可分为：普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。预应力混凝土结构是在结构承受荷载以前，预先对混凝土施加压力，造成人为的压应力状态，使产生的压应力可全部或部分地抵消荷载引起的拉应力。预应力混凝土结构的主要优点是控制裂缝的性能好，能充分利用高强度材料，可用来建造大跨度的承重结构，但施工较复杂。