本书为土木工程专业的学科基础课教材，主要讲述混凝土结构基本构件的受力性能和设计计算方法，内容包括绪论，混凝土结构材料的物理力学性能，受弯构件正截面承载力的计算，受弯构件斜截面承载力的计算，受扭构件承载力的计算，轴心受力构件正截面承载力的计算，偏心受力构件承载力的计算，钢筋混凝土构件变形、裂缝和耐久性，顶应力混凝土结构构件。
本书是根据*新修订的《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)和相关的规范、规程的内容编写，对混凝土结构构件的性能及分析有充分的论述，有相当数量的计算例题并给出了明确的计算方法和详细的设计步骤，每章有学习目标、小结、思考题和习题等内容。本书可作为普通高等院校土木工程专业的教材，也可作为土木工程技术人员的参考用书。
“混凝土结构设计原理”是土木工程专业重要的学科基础课之一，本书的编写是根据高等学校土木工程专业的培养目标和要求，贯彻土木工程专业指导委员会新制定的“土木工程专业指导规范”的精神，在培养学生综合运用知识的能力和创新意识的同时，注重理论联系实际，建立用工程概念解决实际工程问题，培养土木工程师应有的基本素质。
本书是依据新修订的《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)和新修订的其他相关规范、标准编写的，反映了我国混凝土结构在土木工程领域的新进展，本书共分为9章，主要内容包括：混凝土结构材料的物理力学性能，钢筋混凝土受弯、受压、受拉构件正截面和斜截面承载力计算，混凝土构件裂缝、变形控制和耐久性，预应力混凝土结构构件等。为了便于高等学校土木工程专业学生和广大土木工程技术人员学习，本书编写时力求重点突出、语言通俗易懂、内容深入浅出、例题完整、注重实用。每章末有一定数量的思考题和习题，以便通过这些题目理解所学内容，检查学习效果。
前 言
“混凝土结构设计原理”是土木工程专业重要的学科基础课之一，本书的编写是根据高等学校土木工程专业的培养目标和要求，贯彻土木工程专业指导委员会新制定的“土木工程专业指导规范”的精神，在培养学生综合运用知识的能力和创新意识的同时，注重理论联系实际，建立用工程概念解决实际工程问题，培养土木工程师应有的基本素质。
本书是依据新修订的《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)和新修订的其他相关规范、标准编写的，反映了我国混凝土结构在土木工程领域的新进展，本书共分为9章，主要内容包括：混凝土结构材料的物理力学性能，钢筋混凝土受弯、受压、受拉构件正截面和斜截面承载力计算，混凝土构件裂缝、变形控制和耐久性，预应力混凝土结构构件等。为了便于高等学校土木工程专业学生和广大土木工程技术人员学习，本书编写时力求重点突出、语言通俗易懂、内容深入浅出、例题完整、注重实用。每章末有一定数量的思考题和习题，以便通过这些题目理解所学内容，检查学习效果。
参加本书编写的人员有：苏骏(编写第1章、第2章)、颜岩(编写第3章)、许惠敏(编写第4章)、李扬(编写第5章、第8章)、余佳力(编写第6章、第7章)、白应华(编写第9章)。本书由苏骏教授、白应华副教授担任主编，许惠敏、李扬、余佳力担任副主编。
由于编者的水平有限，对新修订的规范学习理解不够，书中难免出现不妥和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。
编 者
目 录
第1章 绪论 1
1.1 混凝土结构的基本概念和特点 1
1.1.1 混凝土结构的基本概念 1
1.1.2 混凝土结构的特点 2
1.2 混凝土结构的发展概况 3
1.2.1 混凝土结构的发展过程 3
1.2.2 材料 3
1.2.3 结构 4
1.2.4 计算理论 4
1.3 本课程的特点与学习方法 4
本章小结 5
思考题 5
第2章 混凝土结构材料的
物理力学性能 6
2.1 钢筋 6
2.1.1 钢筋的品种和级别 6
2.1.2 钢筋的强度与变形 7
2.1.3 钢筋的疲劳 10
2.1.4 混凝土结构对钢筋性能的
要求 10
2.2 混凝土 11
2.2.1 单轴向应力状态下的
混凝土强度 11
2.2.2 复合应力状态下混凝土的
强度 15
2.2.3 混凝土的变形 16
2.3 钢筋与混凝土的黏结 22
2.3.1 黏结的作用与性质 22
2.3.2 黏结力的测定 22
2.3.3 黏结力的组成 23
2.3.4 钢筋的锚固长度 24
本章小结 25
思考题 26
第3章 受弯构件正截面承载力的
计算 27
3.1 概述 27
3.2 受弯构件构造要点 27
3.2.1 钢筋混凝土板的构造规定 28
3.2.2 钢筋混凝土梁的构造规定 29
3.3 受弯构件正截面受力性能试验研究 31
3.3.1 试件设计和加载程序 31
3.3.2 梁的受力破坏三个阶段 32
3.3.3 梁的正截面破坏特征 33
3.4 受弯构件正截面承载力计算公式 34
3.4.1 基本假定 34
3.4.2 基本计算公式 36
3.4.3 公式适用条件 37
3.5 按正截面受弯承载力的设计计算 38
3.5.1 单筋矩形截面 38
3.5.2 双筋矩形截面 40
3.5.3 T形截面 44
本章小结 48
思考题 49
习题 49
第4章 受弯构件斜截面承载力的
计算 51
4.1 概述 51
4.2 受弯构件的受剪性能 52
4.2.1 无腹筋梁的受剪性能 52
4.2.2 有腹筋梁的受剪性能 56
4.2.3 影响斜截面受剪承载力的
主要因素 58
4.3 斜截面受剪承载力的计算 59
4.3.1 基本假定 59
4.3.2 斜截面受剪承载力的
计算公式 60
4.3.3 计算公式的适用范围 62
4.3.4 计算截面的位置 63
4.3.5 计算步骤 64
4.3.6 计算例题 65
4.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施 70
4.4.1 斜截面受弯承载力计算 70
4.4.2 抵抗弯矩图及绘制方法 71
4.4.3 纵筋的弯起 73
4.4.4 纵筋的截断 75
4.5 受弯构件中钢筋的构造要求 76
4.5.1 纵筋的锚固 76
4.5.2 箍筋的构造要求 77
4.5.3 架立钢筋及纵向构造钢筋 78
本章小结 78
思考题 79
习题 79
第5章 受扭构件承载力的计算 82
5.1 概述 82
5.2 纯扭构件的试验研究分析 83
5.2.1 无腹筋构件 83
5.2.2 有腹筋构件 84
5.3 纯扭构件承载力的计算 85
5.3.1 开裂扭矩的计算 85
5.3.2 纯扭构件的承载力计算 86
5.3.3 弯剪扭构件承载力的计算 90
5.3.4 受扭构件计算公式的适用
条件及构造要求 95
5.3.5 设计例题 96
本章小结 99
思考题 100
习题 100
第6章 轴心受力构件正截面
承载力的计算 102
6.1 轴心受拉构件正截面承载力计算 102
6.1.1 轴心受拉构件正截面的
受力性能 103
6.1.2 轴心受拉构件正截面
受拉承载力计算 103
6.1.3 轴心受拉构件构造要求 103
6.2 轴心受压构件正截面承载力计算 104
6.2.1 普通箍筋柱轴心受压构件的
受力性能 105
6.2.2 普通箍筋柱的正截面受压
承载力计算 107
6.2.3 普通箍筋柱轴心受压构件
构造要求 107
6.2.4 螺旋箍筋柱的正截面受力
性能和承载力计算 109
本章小结 112
思考题 112
习题 113
第7章 偏心受力构件承载力的计算 114
7.1 偏心受压构件的构造要求 114
7.1.1 截面形式 114
7.1.2 材料 115
7.1.3 纵向钢筋 115
7.1.4 箍筋 115
7.2 偏心受压构件正截面的受力性能 116
7.2.1 偏心受压短柱破坏形态 116
7.2.2 附加偏心距ea和
初始偏心距ei 118
7.2.3 偏心受压长柱的受力性能 118
7.3 矩形截面偏心受压构件正截面
受压承载力计算公式 120
7.3.1 大偏心受压构件 120
7.3.2 小偏心受压构件 121
7.4 矩形截面非对称配筋偏心受压
构件设计 122
7.4.1 大、小偏心受压的判别 123
7.4.2 截面设计 123
7.4.3 截面复核 134
7.5 矩形截面对称配筋偏心
受压构件设计 139
7.5.1 基本公式及适用条件 139
7.5.2 大、小偏心的判别 141
7.5.3 截面设计 141
7.5.4 截面复核 142
7.6 Ⅰ形截面对称配筋偏心受压构件
设计 145
7.6.1 基本公式及适用条件 145
7.6.2 大、小偏心受压的判别
条件 147
7.6.3 截面设计 147
7.6.4 截面复核 148
7.7 偏心受压构件的Nu-Mu相关曲线 148
7.7.1 矩形截面对称配筋偏心
受压构件的Nu-Mu相关曲线
方程 148
7.7.2 Nu-Mu相关曲线的意义 149
7.8 偏心受拉构件正截面受力性能和
承载力计算 149
7.8.1 偏心受拉构件的破坏形态 149
7.8.2 偏心受拉构件的正截面
承载力计算公式 150
7.8.3 偏心受拉构件截面设计 151
7.9 偏心受力构件斜截面承载力 154
7.9.1 验算截面尺寸 154
7.9.2 斜截面受剪承载力 154
本章小结 155
思考题 156
习题 157
第8章 钢筋混凝土构件的变形、
裂缝和耐久性 158
8.1 概述 158
8.2 混凝土受弯构件的挠度验算 159
8.2.1 验算公式 159
8.2.2 fmax的计算方法 159
8.2.3 例题 165
8.3 混凝土构件的裂缝宽度验算 167
8.3.1 验算公式 167
8.3.2 wmax的计算方法 168
8.3.3 例题 175
8.4 混凝土结构的耐久性 176
8.4.1 混凝土结构耐久性的概念 176
8.4.2 影响混凝土结构耐久性的
因素 176
8.4.3 耐久性设计的有关规定 178
本章小结 181
思考题 181
习题 181
第9章 预应力混凝土结构构件 183
9.1 预应力混凝土的基本知识 183
9.1.1 预应力混凝土的概念 183
9.1.2 预应力混凝土的受力特征 183
9.1.3 预应力混凝土的分类 184
9.2 施加预应力的方法 185
9.2.1 先张法 185
9.2.2 后张法 185
9.3 预应力锚具与孔道成型材料 186
9.3.1 锚具与夹具 186
9.3.2 孔道成型与灌浆材料 187
9.4 预应力混凝土构件的材料 187
9.4.1 钢筋 187
9.4.2 混凝土 187
9.5 张拉控制预应力及预应力损失 188
9.5.1 张拉控制应力张con 188
9.5.2 预应力损失值预1及其组合 188
9.6 预应力混凝土轴心受拉构件的
设计 194
9.6.1 应力分析 194
9.6.2 计算内容 197
9.6.3 设计计算例题 201
9.7 预应力混凝土受弯构件 204
9.7.1 应力分析 204
9.7.2 预应力混凝土受弯构件
承载力计算 208
9.7.3 正常使用极限状态验算 209
9.7.4 施工阶段验算 213
9.7.5 预应力混凝土受弯构件
设计例题 214
9.8 预应力混凝土构件的构造规定 219
9.8.1 截面形式和尺寸 219
9.8.2 先张法构件 220
9.8.3 后张法构件 220
本章小结 223
思考题 223
习题 224
附录A 钢筋及混凝土的相关资料 226
参考文献 234
第2章 混凝土结构材料的物理力学性能
学习目标：
(1) 熟悉钢筋的品种、级别及其性能，掌握钢筋的选用原则；
(2) 理解混凝土在各种受力状态下的强度和变形性能，掌握混凝土的选用原则；
(3) 理解钢筋与混凝土黏结的重要性和机理，熟悉钢筋和混凝土协同工作的构造措施。
2.1 钢 筋
2.1.1 钢筋的品种和级别
混凝土结构中使用的钢筋按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。碳素钢中铁元素是主要成分，此外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。其力学性能与含碳量有关，碳素钢可分为低碳钢(含碳量少于0.25%)、中碳钢(含碳量为0.25%～0.6%)、高碳钢(含碳量为0.6%～1.4%)，含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性越低。
普通低合金钢除含有碳素钢已有的成分外，再加入一定量的硅、锰、钛、钒、铬等合金元素，这样既可以有效提高钢筋的强度，又可以改善钢筋的塑性性能。
由于我国的钢材产量和用量巨大，为节约低合金资源，我国冶金行业近年来研制开发出新型细晶粒带肋钢筋，这种钢筋不需要添加或只需添加很少的合金元素，通过控制轧钢的温度形成细晶粒的金相组织，其外形与普通热轧带肋钢筋外形相同，其强度和延性完全能满足混凝土结构对钢筋性能的要求。
按照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的规定，我国常用的钢筋品种有热轧钢筋、钢绞线、预应力钢丝(中强度钢丝、消除应力钢丝)、预应力螺纹钢筋等，见附录A中的附表A.1和附表A.3。
热轧钢筋是低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温状态下轧制而成的软钢，其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大。热轧钢筋按照强度的高低可分为HPB300级(符号)、HRB335级(符号)、HRBF335级(符号F)、HRB400级(符号)、HRBF400级(符号F)、RRB400级(符号R)、HRB500级(符号)和HRBF500级(符号F)。其中HPB300钢筋为光圆钢筋，属低碳钢，强度较低，与混凝土的黏结强度也较低。HRB335级、HRB400级、HRB500级为普通低合金热轧月牙纹变形钢筋，HRBF335级、HRBF400和HRBF500级为细晶粒热轧月牙纹变形钢筋，RRB400级为余热处理月牙纹变形钢筋。热轧钢筋的外形如图2-1所示。余热处理钢筋是由轧制的钢筋经高温淬火、余热回温处理后得到的，其强度提高，但塑性、韧性、可焊性、机械连接性能和施工适用性有所降低，一般可用于对变形及加工性能要求不高的构件中，如基础、大体积混凝土、楼板、墙体以及次要的中小结构构件等。
(a) 光面钢筋 (b) 月牙纹钢筋
图2-1 热轧钢筋的外形
钢绞线、预应力钢丝(中强度钢丝、消除应力钢丝)、预应力螺纹钢筋是用于预应力混凝土结构中的预应力筋。钢绞线是由若干根直径相同的高强钢丝捻绕在一起，常用的有 (7股)和(3股)等，抗拉强度可达，直径可达。预应力螺纹钢筋又称精轧螺纹粗钢筋，是在整根钢筋上轧有外螺纹的大直径、高强度、高尺寸精度的直条钢筋。抗拉强度为，可用螺丝套筒连接或螺帽锚固。
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