混凝土结构设计原理

混凝土结构用钢筋分为热轧钢筋、冷加工钢筋（冷拉、冷拔、冷轧）及预应力钢绞线、钢丝等。热轧带肋钢筋牌号如$\text{HRB}400$、$\text{HRB}500$；光圆钢筋$\text{HPB}300$。

有明显屈服点钢筋的应力-应变曲线分弹性段、屈服段、强化段和颈缩段。屈服强度$f_y$（标准值$f_{yk}$）为设计主要强度指标；极限强度$f_{\text{st}}$。屈服平台有利于结构延性与预警。

钢筋弹性模量$E_s$一般取$2.0\times10^5\,\text{N/mm}^2$（$2.0\times10^5\,\text{MPa}$）。抗拉设计强度$f_y$、抗压设计强度$f'_y$；规范对$f'_y$有上限（如$400\,\text{N/mm}^2$）以防压屈失稳。

钢筋应满足强度、塑性、可焊性、与混凝土黏结等要求。塑性用伸长率$\delta$和冷弯试验衡量；抗震钢筋尚须满足强屈比、屈强比及最大力总伸长率等指标。

混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定，符号$f_{\text{cu},k}$，如$\text{C}30$表示$f_{\text{cu},k}=30\,\text{N/mm}^2$。轴心抗压强度标准值$f_{ck}$、设计值$f_c$；轴心抗拉强度标准值$f_{tk}$、设计值$f_t$。

混凝土棱柱体轴心抗压强度$f_c$低于同等级立方体强度；峰值应变约$0.002$，极限压应变约$0.0033$。上升段近似抛物线，下降段反映脆性。设计采用等效矩形应力图简化计算。

混凝土弹性模量$E_c$随强度等级提高而增大，可按规范公式或表格取值（$\text{C}30$约$3.0\times10^4\,\text{N/mm}^2$）。泊松比$\nu$约$0.2$。$E_c$用于变形、裂缝及预应力损失计算。

混凝土收缩分塑性收缩、化学收缩、温度收缩与碳化收缩；干缩变形约$(1\sim6)\times10^{-4}$。徐变在持续荷载下变形随时间增长，与加载龄期、应力水平、环境湿度有关；使应力重分布、预应力损失增大、长期挠度增加。

钢筋与混凝土之间的黏结力由化学胶结力、摩擦力与机械咬合力组成。光圆钢筋主要靠胶结与摩擦；带肋钢筋的肋纹产生显著机械咬合，黏结强度较高。

黏结应力$\tau$沿锚固长度分布，一般呈非均匀分布；最大黏结应力出现在钢筋端部附近。黏结破坏形态：锥体劈裂破坏、肋间混凝土局部压碎、钢筋拔出等。