钢筋混凝土基础概念及应用

钢筋混凝土是由两种力学性能不同的材料——钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用的一种建筑材料。

混凝土是一种人造石材，其抗压强度很高，而抗拉强度则很低（约为抗压强度的1／18～1／8）。当用混凝土梁承受荷载时（图1-1a），在梁的正截面（垂直于梁的轴线的截面）上受到弯矩作用，中和轴以上受压，以下受拉。随着荷载的逐渐增大，混凝土梁中的压应力和拉应力将增大，其增大的幅度大致相同。当荷载较小时，梁的受拉区边缘的拉应力未达到其抗拉强度，梁尚能承担荷载。当荷载达到某一数值Pc 时，梁的受拉区边缘混凝土的拉应力达到其抗拉强度，即出现裂缝。这时，裂缝截面处的混凝土脱离工作，该截面处的受力高度减小，即使荷载不增加，拉应力也将增大。因而，裂缝继续向上发展，使梁很快裂断（图1-1b）。这种破坏是很突然的，也就是说，当荷载达到Pc 的瞬间，梁立即发生破坏，属于脆性破坏。Pc 为混凝土梁受拉区出现裂缝的荷载，一般称为混凝土梁的抗裂荷载，也是混凝土梁的破坏荷载。由此可见，混凝土梁的承载力是由混凝土的抗拉强度控制的，而受压区混凝土的抗压强度则远未被充分利用。如果要使梁承受更大的荷载，则必须将其截面加大很多，这是不经济的，有时甚至是不可能的。

图1-1 混凝土梁和钢筋混凝土梁

为了解决上述矛盾，可采用抗拉强度高的钢筋来加强混凝土梁的受拉区，也就是在混凝土梁的受拉边配置纵向钢筋，这就构成了钢筋混凝土梁。试验表明，和混凝土梁有相同截面尺寸的钢筋混凝土梁承受荷载时，其抗裂荷载虽然比混凝土梁要增大些，但增大的幅度是不大的。因此，当荷载略大于Pc，达到某一数值Pcr时，梁仍出现裂缝。在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土脱离工作，配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉应力。这时，钢筋混凝土梁不会像混凝土梁那样立即裂断，而能继续承担荷载（图1-1c），直至受拉钢筋应力达到屈服强度，裂缝向上延伸，受压区混凝土达到其抗压强度而被压碎，梁才达到破坏。因此，钢筋混凝土梁的受弯承载力可较混凝土梁提高很多，其提高的幅度与配置的纵向钢筋数量和强度有关。

由上述可知，钢筋混凝土梁充分发挥了混凝土和钢筋的特性，用抗压强度高的混凝土承担压力，用抗拉强度高的钢筋承担拉力，合理地做到了物尽其用。必须指出，与混凝土梁相比，钢筋混凝土梁的承载力提高很多，但抵抗裂缝的能力提高并不多。因此，在使用荷载下，钢筋混凝土梁一般是带裂缝工作的。当然，其裂缝宽度应控制在允许限值内。

图1-2所示的轴心受压柱，如果在混凝土中配置受压钢筋和箍筋，协助混凝土承受压力，也同样可提高柱的承载力，改善柱的受力性能。

图1-2 钢筋混凝土柱

钢筋和混凝土这两种性质不同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，主要是由于混凝土和钢筋之间有着良好的粘结力，使两者可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能共同变形，完成其结构功能。其次，钢筋和混凝土的温度线膨胀系数也较为接近（钢筋为1.2×10-5，混凝土为1.0×10-5～1.5×10-5），因此，当温度变化时，不会产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。钢筋混凝土除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外，还有下述一些优点。(www.xing528.com)

（1）在钢筋混凝土结构中，混凝土的强度是随时间而不断增长的，同时，钢筋被混凝土所包裹而不易锈蚀，所以，钢筋混凝土结构的耐久性是很好的。此外，还可根据需要，配制具有不同性能的混凝土，以满足不同的耐久性要求。因此，钢筋混凝土结构不像钢结构那样，需要经常性的保养和维修，其维修费用极少，几乎与石材相同。

（2）在钢筋混凝土结构中，混凝土包裹着钢筋，由于混凝土的传热性能较差，在火灾中将对钢筋起着保护作用，使其不会很快达到软化温度而造成结构破坏。所以，与钢结构相比，钢筋混凝土结构的耐火性能是较好的。

（3）钢筋混凝土结构，尤其是现浇钢筋混凝土结构的整体性较好，其抵抗地震、振动以及强烈爆炸时冲击波作用的性能较好。

（4）钢筋混凝土结构的刚性较大，在使用荷载下的变形较小，故可有效地应用于对变形要求较严格的建筑物中。

（5）新拌和的混凝土是可塑的，因此，可根据需要，浇筑成各种形状和尺寸的结构。

（6）在钢筋混凝土结构所用的原材料中，砂、石所占的分量较大，而砂、石易于就地取材。在工业废料（如矿渣、粉煤灰等）比较多的地区，可将工业废料制成人造骨料（如陶粒），用于钢筋混凝土结构中，这不但可解决工业废料处理问题，还有利于环境保护，而且可减轻结构的自重。

由于钢筋混凝土具有上述一系列优点，所以，在工程建筑中得到了广泛的应用。

钢筋混凝土结构也存在一些缺点，诸如：钢筋混凝土结构的截面尺寸一般较相应的钢结构大，因而自重较大，这对于大跨度结构、高层建筑结构以及抗震都是不利的；抗裂性能较差，在正常使用时往往是带裂缝工作的；建造时耗工较大；施工受气候条件的限制；现浇钢筋混凝土需耗用大量模板；隔热、隔声性能较差；修补或拆除较困难等等。这些缺点在一定条件下限制了钢筋混凝土结构的应用范围。但是，随着钢筋混凝土结构的不断发展，这些缺点已经或正在逐步得到克服。例如，采用轻质高强混凝土以减轻结构自重；采用预应力混凝土以提高构件的抗裂性（同时也可减轻自重）；采用预制装配结构或工业化的现浇施工方法以节约模板和加快施工速度。