钢筋混凝土原理(第3版)前言

为适应课程教学，作为教材的本书第1版\于1999年出版，是以作者多年讲授该课程的讲稿为基础编写的。2001年底，北京市教育委员会开展“北京市高等教育精品教材建设”，该书经评审，选定为教材建设立项项目。原书经过修订，并增补2章后，更名为《钢筋混凝土原理和分析》\，于2003年出版，实为原书的第2版，合作编著者还有时旭东教授。

这两版教材发行至今，先后共印刷10次，近乎每年加印一次，表明每年都有新的读者群。且不时有高校教师、研究生和工程技术人员等通过多种途径来咨询或讨论书中的有关技术问题。似说明本书尚合新老读者所需，书中内容尚属可用。

本书第3版是前两版的修订本，保持了原书的编写体系和原则，主要修改的内容如下：

(1) 原书第2版的初次发行至今已有8年，最近3年正值结构工程各主要技术规范的新修订期。其中与本书内容密切相关的《混凝土结构设计规范》, 《建筑抗震设计规范》等都有较多修改，又新增了《混凝土结构耐久性设计规范》, 《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》等。这些规范中新增和修改的内容，多数属于设计工况、材料应用、构造措施、计算参数、限制条件等，涉及“原理”的极少。本来，归结为“原理”的就应该比较成熟和相对稳定，因此本书的主要内容并不受影响，只是对相关局部作出相应的修正。

(2) 第2版中曾增设了“第15章 构件分析的一般方法”，主要介绍有限元分析方法在钢筋混凝土结构分析中的应用。据了解，采用此书作为教材的各高校，都已经开设有专门的有限元分析课程。与之相比，本章的内容既重复，又过于单薄，因此予以撤除。作为补偿，在第10章中增加了（其实是恢复了第1版中的）一节： “截面分析的一般方法”. (3) 增设“分阶段制作和承载的构件”一章，介绍截面由不同材料组成，且存在先后应力史差的构件，在荷载作用下的特殊性能。涉及的主要构件有： 具我国试验研究特色的叠合梁，以及工程中时遇的加固构件。

(4) 全书正文后添设了符号表，将本书中引用的主要符号和工程中的常用符号大体按各章节的内容和顺序分类列出，以便查对。

(5) 原书（第2版）的多次加印过程中，虽然经过勘误，但图文中仍遗留一些错误。这一次修订，又仔细阅读全文，改正错误，并对部分词句作了修改。经过上述各方面的修改，全书中约有半数页面上有不同程度的订正和改动。

(6) 书名恢复为《钢筋混凝土原理》（第3版）.

钢筋混凝土原理（第3版）前言修订后的本书仍维持第2版的4篇20章。

第1篇在阐述混凝土材料的基本特点和受力破坏机理的基础上，比较详细地介绍了混凝土在基本受力状态下的强度和变形规律，以及多种因素的影响，并给出了多种结构混凝土的主要力学性能。还全面概括了混凝土在多轴应力状态下强度和变形的一般规律，简要介绍了混凝土的破坏准则和本构模型，为分析和设计二维和三维混凝土结构提供必要的依据。

第2篇首先介绍钢筋的基本力学性能，后着重分析和解决钢筋和混凝土共同作用的一些重要问题，包括相互粘结、共同受力、横向约束和变形差等。这是钢筋混凝土作为组合材料区别于单一结构材料的特殊问题。

第3篇给出钢筋混凝土基本受力构件（即压弯构件）的承载力、裂缝和变形，以及抗剪和抗扭构件等的一般性能规律、受力机理和分析方法等。还单设一章介绍分阶段制作和承载构件的特殊性能。

第4篇针对结构常遇的几种特殊受力状态，包括抗（地）震、疲劳、抗爆和抗高温等，介绍钢筋和混凝土的材料和基本构件的特殊性能反应及其分析方法。最后简要介绍混凝土结构耐久性失效的若干问题，及其机理分析和防治措施。

在高校结构工程类专业的本科学习期间，有关钢筋混凝土结构的课程中，一般先简要介绍钢筋和混凝土的材性，后以较大篇幅着重说明各种基本构件的性能、计算方法、设计和构造要求等，较多地遵循结构设计规范的体系和方法，以完成结构设计为主要目标。

本书和相应研究生课程是以研究和分析钢筋混凝土结构的性能及其一般规律，并以解决工程中出现的各种问题为目标。全书用很大篇幅系统地介绍主要材料--混凝土在单轴和多轴应力状态下，以及各种特殊条件下的强度和变形的一般规律，以此作为了解和分析构件性能的基础。在表述钢筋混凝土构件在各种工况受力条件下的性能时，强调以试验结果为依据，着重介绍其受力变形和破坏（或失效）的全过程、各种因素的影响、机理分析、重要技术指标的确定、计算原则和方法等。希望读者在阅读本书后，不仅能理解钢筋混凝土材料和构件受力性能的一般规律，还能对分析和解决钢筋混凝土结构工程问题的一般途径和合理方法有所了解。

本书除了作为结构工程类专业研究生教材之外，也可以用作本科生有关课程教学的参考书，以及从事钢筋混凝土结构的科研、设计和施工管理的技术人员作为研究、分析和处理工程问题之借鉴。

在本书完稿之时，作者特别感谢历年来在清华大学土木工程系工作的前辈教授们，他们严谨的治学精神和认真的工作态度为后人作出了榜样，他们在钢筋混凝土结构学科方面的教学经验和科研成果丰富了我的学识，在许多方面构成了本书的基础。作者还感谢多年来在研究工作中合作的同事们和研究生们，他们大力协作与辛勤劳动的研究成果充实、并不断地改进了本课程的内容。当然，本书的刊印和出版还有许多编辑和审校专家的努力，以及读者的关爱和支持，在此一并致谢。

限于作者的学术水平和分析表达能力，书中的错误或不足之处在所难免，敬请专家和读者批评指正。作者还真诚地欢迎与读者通过不同方式，就书中有关技术问题直接进行交流和讨论。

过镇海

2012年9月于清华园目录

书中详细介绍了混凝土材料的各种受力性能，并以此为基础和以试验为依据，深入地分析钢筋混凝土构件在各种受力状态下的性能变化规律、受力机理、计算原则和方法等，以展示钢筋混凝土作为一种组合结构材料的基本原理和分析方法。

本书可作为建筑、水利、交通、地下、海洋工程等结构工程类专业研究生的教材，也可用作高等学校本科的教学参考书，并供从事钢筋混凝土结构科学研究、设计和施工管理的技术人员参考。

0.1 钢筋混凝土结构的发展和特点1

0.2 本课程的特点3

第1篇 混凝土的力学性能

第1章 基本力学性能6

1.1 材料组成和材性特点6

1.1.1 材料的组成和内部构造6

1.1.2 材性的基本特点8

1.1.3 受力破坏的一般机理10

1.2 抗压强度12

1.2.1 立方体抗压强度12

1.2.2 棱柱体试件的受力破坏过程14

1.2.3 主要抗压性能指标值15

1.3 受压应力-应变全曲线18

1.3.1 试验方法18

1.3.2 全曲线方程19

1.4 抗拉强度和变形22

1.4.1 试验方法和抗拉性能指标22

1.4.2 受拉破坏过程和特征26

1.4.3 应力-应变全曲线方程29

1.5 抗剪强度和变形30

1.5.1 合理的试验方法30

1.5.2 破坏特征和抗剪强度33

1.5.3 剪切变形和剪切模量34

第2章 主要因素的影响36

2.1 荷载重复加卸作用36钢筋混凝土原理（第3版）目录 2.2 偏心受压39

2.2.1 试验方法40

2.2.2 主要试验结果40

2.2.3 应力-应变关系43

2.3 偏心受拉和弯曲受拉44

2.4 龄期47

2.5 收缩49

2.6 徐变52

2.6.1 基本概念52

2.6.2 主要影响因素54

2.6.3 计算公式56

第3章 多种结构混凝土59

3.1 高强混凝土59

3.1.1 应用和制备59

3.1.2 基本力学性能61

3.2 轻质混凝土65

3.2.1 分类65

3.2.2 基本力学性能67

3.3 纤维混凝土69

3.3.1 分类69

3.3.2 基本力学性能70

第4章 多轴强度和本构关系74

4.1 试验设备和方法75

4.2 强度和变形的一般规律78

4.2.1 二轴应力状态78

4.2.2 三轴应力状态82

4.2.3 不同材料和加载途径88

4.3 典型破坏形态及其界分90

4.4 破坏准则93

4.4.1 破坏包络面的形状和其表达93

4.4.2 破坏准则表达式97

4.4.3 多轴强度计算图101

4.5 本构关系104

4.5.1 线弹性类本构模型104

4.5.2 非线（性）弹性类本构模型107

4.5.3 其他类本构模型114

第2篇 钢筋和混凝土的组合作用

第5章 钢筋的力学性能118

5.1 混凝土结构中的钢材118

5.2 应力\|应变关系120

5.2.1 软钢121

5.2.2 硬钢122

5.3 反复荷载作用下的变形123

5.4 冷加工强化性能126

5.4.1 冷拉和时效127

5.4.2 冷拔128

5.5 徐变和松弛129

第6章 钢筋与混凝土的粘结132

6.1 粘结力的作用和组成132

6.1.1 作用和分类132

6.1.2 组成134

6.2 试验方法和粘结机理135

6.2.1 试验方法135

6.2.2 光圆钢筋136

6.2.3 变形钢筋138

6.3 影响因素140

6.4 粘结应力-滑移本构模型144

6.4.1 特征值的计算144

6.4.2 τ-S曲线方程145

第7章 轴向受力特性147

7.1 受压构件147

7.1.1 基本方程147

7.1.2 应力和变形分析(εy<εp)149

7.1.3 应力和变形分析(εy>εp)150

7.2 受拉构件152

7.2.1 分析的基本方程152

7.2.2 各阶段的应力和变形分析153

7.2.3 最小配筋率154

7.2.4 受拉刚化效应155

7.3 一般性规律156

第8章 约束混凝土158

8.1 螺旋箍筋柱158

8.1.1 受力机理和破坏过程158

8.1.2 极限承载力160

8.2 矩形箍筋柱161

8.2.1 受力破坏过程161

8.2.2 箍筋作用机理163

8.2.3 应力-应变全曲线方程165

8.3 钢管混凝土170

8.3.1 受力特点和机理170

8.3.2 极限强度计算172

8.4 局部受压174

8.4.1 受力特点和机理174

8.4.2 强度值计算178

第9章 变形差的力学反应181

9.1 混凝土收缩181

9.2 温度变形差185

9.3 混凝土徐变188

第3篇 基本构件的承载力和变形

第10章 压弯承载力192

10.1 受力过程和破坏形态192

10.1.1 单筋矩形梁192

10.1.2 适筋、少筋和超筋梁194

10.1.3 偏心受压(拉)柱196

10.2 长柱的附加弯矩199

10.3 截面分析的一般方法202

10.4 极限承载力205

10.4.1 计算公式205

10.4.2 双向压弯构件210

10.5 多种材料和构造的构件212

第11章 受拉裂缝217

11.1 裂缝的成因及控制217

11.2 构件的开裂内力219

11.3 裂缝机理分析221

11.3.1 粘结-滑移法221

11.3.2 无滑移法223

11.3.3 综合分析226

11.4 裂缝宽度的计算228

第12章 弯曲刚度和变形233

12.1 构件的变形及其控制233

12.1.1 变形对结构的影响233

12.1.2 截面刚度和构件变形234

12.2 截面刚度计算236

12.2.1 有效惯性矩法236

12.2.2 刚度解析法238

12.2.3 受拉刚化效应修正法240

12.3 变形计算242

12.3.1 一般计算方法242

12.3.2 实用计算方法243

第13章 弯剪承载力246

13.1 无腹筋梁的破坏形态和承载力246

13.1.1 典型(剪压)破坏形态246

13.1.2 斜压和斜拉破坏形态249

13.1.3 弯剪承载力及其影响因素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 弯剪承载力的组成255

13.3 极限弯剪承载力的计算256

13.3.1 关于有限元方法256

13.3.2 经验回归式256

13.3.3 简化力学模型259

13.4 多种受力状态和构造的构件261

第14章 抗扭承载力270

14.1 受扭构件的弹性解和塑性解270

14.2 纯扭构件的承载力273

14.2.1 无腹筋构件273

14.2.2 有腹筋构件274

14.2.3 配筋(箍)量的影响275

14.3 复合受扭构件277

14.3.1 压(拉)-扭构件277

14.3.2 剪-扭构件277

14.3.3 弯-扭构件278

14.3.4 弯-剪-扭构件280

14.4 极限承载力的计算280

14.4.1 经验计算式281

14.4.2 桁架模型282

14.4.3 斜扭面极限平衡284

第15章 分阶段制作和承载的构件286

15.1 截面的材料和受力特点286

15.2 预制-浇整叠合梁288

15.2.1 分阶段荷载试验288

15.2.2 叠合后截面的受力特点292

15.2.3 设计计算方法295

15.3 抗弯加固的梁298

15.3.1 应力状态分析298

15.3.2 设计计算方法300

15.4 加固柱301

15.4.1 试验研究301

15.4.2 分析和计算方法304

第4篇 构件的特殊受力性能

第16章 抗震性能310

16.1 结构抗（地）震性能的特点310

16.2 单调荷载下的延性311

16.2.1 延性的概念和表达311

16.2.2 计算方法313

16.2.3 塑性区转角315

16.3 低周反复荷载下的滞回特性317

16.3.1 滞回曲线的一般特点317

16.3.2 多种受力状态的滞回曲线320

16.3.3 恢复力模型326

第17章 疲劳性能328

17.1 混凝土的疲劳性能328

17.1.1 试验结果和表达方法328

17.1.2 影响因素和计算式331

17.2 钢筋的疲劳性能332

17.3 钢筋和混凝土粘结的疲劳性能335

17.4 构件的疲劳性能及其验算337

17.4.1 受弯疲劳337

17.4.2 受(弯)剪疲劳340

第18章 抗爆性能342

18.1 结构抗爆炸的特点342

18.2 快速加载的材料性能345

18.2.1 试验设备和方法345

18.2.2 钢筋346

18.2.3 混凝土347

18.3 构件性能350

18.3.1 受弯构件350

18.3.2 受压构件353

第19章 抗高温性能354

19.1 结构抗高温的特点354

19.2 截面温度场356

19.2.1 温度-时间曲线356

19.2.2 材料的热工性能357

19.2.3 热传导方程和温度场的确定359

19.3 材料的高温力学性能361

19.3.1 钢材的性能361

19.3.2 混凝土的基本性能364

19.4 混凝土的耦合本构关系370

19.4.1 抗压强度的上、下限370

19.4.2 应力下的温度变形和瞬态热应变371

19.4.3 短期高温徐变373

19.4.4 耦合本构关系374

19.5 构件的高温性能和抗高温验算374

19.5.1 压弯构件374

19.5.2 超静定结构378

19.5.3 结构的高温分析和近似计算379

第20章 耐久性383

20.1 混凝土结构耐久性的特点383

20.1.1 工程中的问题383

20.1.2 耐久性失效的特点384

20.1.3 混凝土的孔结构385

20.2 若干耐久性问题387

20.2.1 渗透387

20.2.2 冻融388

20.2.3 碱-骨料反应389

20.2.4 碳化390

20.2.5 化学腐蚀391

20.2.6 钢筋锈蚀392

20.3 结构的耐久性设计和评估395

20.3.1 耐久性设计395

20.3.2 已有结构的耐久性检测和评估396

符号表398

思考与练习406

参考文献414