钢筋混凝土结构的独特特性

图1-1　混凝土坝

图1-2　水闸

图1-3　渡槽

众所周知，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，一根截面尺寸为200mm×300mm、跨长为2.5m、强度等级为C20的素混凝土简支梁，当跨中承受13.5kN的集中力时，就会因拉应力超过混凝土的抗拉强度而使混凝土受拉开裂，导致整根梁迅速受拉断裂而破坏[图1-4（a）]。但是，如果在这根梁的受拉区配置两根直径为20mm的HRB335级的钢筋[图1-4（b）]，用钢筋代替开裂的混凝土来承受拉力，则裂缝受到钢筋的约束而逐渐向上发展，直到钢筋受拉屈服，受压区混凝土压碎而破坏，破坏时梁能承受的集中力可增加到72.3kN。由此可见，同样截面形状、尺寸及混凝土强度的钢筋混凝土梁可比素混凝土梁承受大得多的外荷载，破坏性质也得到改善。

图1-4　素混凝土与钢筋混凝土简支梁的破坏情况对比（单位：mm）

从上述对比举例可以知道，一般情况下，钢筋混凝土是以混凝土承担压力、钢筋承担拉力的，能比较充分合理地利用混凝土和钢筋这两种材料的力学特性。钢筋有时也可以用来协助混凝土受压，改善混凝土的受压破坏性能。

钢筋和混凝土这两种物理、力学性能很不相同的材料，能有效地结合在一起共同工作，其主要原因有以下几个方面。

（1）钢筋与混凝土之间存在有良好的黏结力，能牢固地形成整体，保证在荷载作用下，钢筋和外围混凝土能够协调变形，相互传力，共同受力。

（2）钢筋和混凝土的温度线膨胀系数接近，钢筋的温度线膨胀系数为1.2×10-5/℃，混凝土的温度线膨胀系数为1.0×10-5/℃，当温度发生变化时，两者之间不会产生很大的相对变形而破坏它们之间的结合。(www.xing528.com)

（3）钢筋表面的混凝土保护层保护钢筋，使其不易发生锈蚀，保证结构的耐久性。

钢筋混凝土结构除比较充分合理地利用混凝土和钢筋这两种材料的特性外，与其他材料的结构相比，还具有以下优点。

（1）耐久性好。在一般环境下，钢筋受混凝土保护而不易生锈，且混凝土的强度随着时间的增长还有所提高，所以钢筋混凝土结构的耐久性较好，不像钢结构那样需要经常维修和保养。处于侵蚀性气体中或受海水浸泡的钢筋混凝土结构，经过合理的设计及采取特殊的措施，一般也可以满足工程需要。

（2）耐火性好。混凝土是不良导热体，当遭受火灾时，钢筋因有混凝土包裹而不至于很快升温到失去承载力的程度，这是钢、木结构所不能比拟的。

（3）可模性好。混凝土可根据设计需要支模浇筑成各种形状和尺寸的结构，因而适用于建造形状复杂的大体积结构及空间薄壁结构，这一特点是砌体、钢、木等结构所不能代替的。

（4）整体性好。整体浇筑的钢筋混凝土结构整体性能好，有利于抗震、防爆。

（5）易于取材。混凝土所用的原材料中占很大比例的石子和砂子，一般可以就地取材，材料运输费用少，可以降低工程造价。

钢筋混凝土结构也存在以下主要缺点。

（1）自重偏大。钢筋混凝土结构的截面尺寸较大，质量也大，相对于钢结构来说，混凝土结构不属于轻质高强结构，这对于建造大跨度结构和高层建筑是不利的。

（2）抗裂性差。由于混凝土的抗拉强度较低，在正常使用时，钢筋混凝土结构往往带缝工作，裂缝存在会降低抗渗能力和抗冻能力，并会导致钢筋锈蚀，影响结构物的耐久性，这对水工钢筋混凝土结构尤为不利。

（3）施工比较复杂，工序多。冬季和雨天施工困难，为保证工程质量，需采取必要的措施。现浇钢筋混凝土需用模板多，木材耗费量大。

（4）新老混凝土不易形成整体，修补和加固比较困难。