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 第一節(jié)搖鋼筋混凝土結構的概念

快易收口網(wǎng)：將水泥、集料(砂、礫石、碎石)和水按適當?shù)谋壤�拌和在一�?硬結后可獲得堅固的類似巖石的材料,稱為混凝土。混凝土的密度取決于形成混凝土的各種材料,普通混凝土的容重約為圓據(jù)輔。在混凝土組成中,粗、細集料占總體積的遠豫~康豫,細集料由天然砂或成品砂組成,粗集料由碎石、礫石或鐵礦渣構成。

快易收口網(wǎng)： 混凝上的抗壓強度很高,但抗拉強度卻較低。為此若要混凝土構件承受拉應力就需要用抗拉強度很高的材料予以“加強”。通常的做法是在構件受拉部位放置適量的鋼筋。在構件里設置鋼筋的主要目的是加強構件的抗拉能力。此外,鋼筋也可以用來加強混凝土構件受壓區(qū)的抗壓能力。因此,鋼筋混凝土具備了既受壓又受拉的性能,因而成為工程上廣泛應用的建筑材料。

快易收口網(wǎng)：以混凝土材料為主制成的結構，稱為混凝土結構。其中包括素混凝土結構、鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構。混凝上結構中不配置鋼筋或根據(jù)某些規(guī)定配置構造鋼筋的混凝土結構稱為素混凝土結構。根據(jù)受力要求把鋼筋以合理的形式澆注在混凝土中而形成的混凝土結構稱為鋼筋混凝上結構。如果在混凝土結構中,通過張拉鋼筋而對混凝土施加預壓應力,就形成了預應力混凝土結構�；炷�土的預壓應力用以抵消荷載引起的拉應力,從而提高了結構的抗裂性。

鋼筋和混凝土組成的材料在受到各種作用效應時具有兩種材料的特點。例如，在鋼筋混凝土受彎構件(梁.板)中,可以用鋼筋來承受彎矩引起的全部拉應力,而受壓區(qū)的混凝土承受壓應力。在受拉為主的構件中,可以用鋼筋來承受全部拉力,混凝士則對鋼筋起保護作用，使鋼筋免受腐蝕。在受壓為主的構件中,為減小構件截面尺寸和改善構件的受力性能,可以配置一定 數(shù)量的鋼筋來分擔構件所承受的壓力。

鋼筋和混凝土兩種材料能夠共同工作的原因是:

(員鋼筋與混凝土之間的粘結面具有可靠的粘結力�；炷�土的凝結作用、混凝土與表面粗糙或表面帶肋紋的鋼筋之間的機械咬合作用而在界面處形成了一定程度的粘結力,從而使鋼筋和混凝土之間的粘結面具有--定的受剪承載力。這種粘結作用能夠保證鋼筋和混凝土協(xié)調(diào)變形.共同工作直至破壞。

(圓鋼筋和混凝土的溫度線膨脹系數(shù)很接近(鋼材為員圓伊員編:混凝土為員園伊輔)。因此,當外部溫度發(fā)生變化時,在兩種材料內(nèi)不會因為收縮或膨脹而破壞兩種材料之間的粘結強度。

(猿鋼筋外面的混凝土(指由鋼筋表面到構件表面的混凝土保護層)的堿性性質(zhì)對鋼筋起到長期保護作用，使鋼筋免遭腐蝕。
第二節(jié)搖鋼筋混凝土在公路橋涵結構中的應用

快易收口網(wǎng)： 鋼筋混凝土在公路工程中的應用非常廣泛,用來建造公路橋梁的結構構件,其中包括受彎構件、軸心受力(受壓和受拉)構件、偏心受力(受壓和受拉)構件、受扭構件及復合受力構件等。板和梁作為受彎構件,柱式橋墩臺、鉆孔灌注樁作為偏心受壓構件,桁架橋中的拉桿和系;桿拱拱橋中的系桿作為偏心受拉構件,均是橋梁工程中應用很廣的鋼筋混凝土構件。

鋼筋混凝土如此廣泛的應用在于其具備下列主要優(yōu)點:

(員強度高搖混凝土的抗壓強度很高，適合制作各類承重構件。

(圓耐久性好搖混凝土的強度是隨時間的增長而增長的，同時鋼筋混凝土對于遭受自然氣候的干濕和冷熱變化，以及化學侵蝕等均具有較強的抵抗力，又包住鋼筋不使其生銹。

(猿抗震性能好搖鋼筋混凝土結構因為整體性較好，具有一定的延性,故具有較好的抗震性能。

(源耐熱性好搖與鋼結構相比,鋼筋混凝土結構具有較好的耐火性。(緣可塑性好搖可根據(jù)需要,澆注成各種形狀和尺寸的結構。

(遠可就地取材搖鋼飭混凝土結構構件所用的材料中,砂石材料所占比重較大,易于就地取材。;

鋼筋混凝土結構也存在一些缺點如結構自重大,施工質(zhì)量不易控制、抗裂性能較差等,從而使其應用范圍受到-定限制。然而,隨著生產(chǎn)和科技進步,鋼筋混凝土的缺點已經(jīng)或正在得以逐步克服，例如,采用輕質(zhì)人工骨料代替天然骨料:大力發(fā)展裝配式結構和應力結構:改進結構形式等。

第三節(jié)搖公路鋼筋混凝土橋梁結構發(fā)展簡況

自從古希臘和古羅馬時代以來，混凝土及其膠結材料(如火山灰等)就一直在應用。 匙世紀中葉到園世紀初期是鋼筋混凝上結構發(fā)展的初期,那時已有一些簡單的鋼筋混凝土板、梁、柱、桁架和拱構件應用。題年配燥擲懺創(chuàng)了鋼筋混凝土的應用。題遠年宰薄和運棘璨對鋼筋混凝土梁進行了- . 系列試驗研究。員題損年粵強在英國的夕蜾薄貓糶鎮(zhèn)跨宰葬就到贈可上修建了世界上第--座覿跨徑的混凝土橋。隨后，于是起年在美國舊金山金門公園修建了遞的拱橋，勻默蕖跪在法國建造了梁式橋。員數(shù)像年與謝蘗又在比利時列日(細囊菜建造了一座緣貔單跨橋。員年砒剿嬰刺拓溝遺在瑞土的耕韓南修建了- -座跨砸省欒可的實腹式箱形三鉸拱橋，該橋成為以后源年中同類結構的典范。員額遠年悅妻攬援趲棘爽岍制了第一塊無梁混凝土板。鋼筋混凝土在任何建筑形式上的適用性以及隨著混凝土施工效率的提高，使其廣泛地應用于橋梁建筑上。


起年遠集讀公布了混凝土結構理論與設計的第--份手稿。之后，員園年德國鋼筋混凝士委員會、奧地利混凝土委員會、美國混凝土學會在該領域里的研究取得了相當?shù)倪M展。到員園年，已修建了許多鋼筋混凝土結構物,其中包括鋼筋混凝土橋梁。靈題年在前蘇聯(lián),遠年在英國和美國先后有人提出了極限強度理論,大大推動了鋼筋混凝土結構設計理論及其應用技術的發(fā)展。

在世紀末期，讎躁t和閱獺剿尿于員起年和員磊年)正式提出了預應力混凝土的概圓

念。但是，由于混凝土收縮和徐變引起的預應力損失很大，其應用沒有獲得成功。直到員遠~員趣年當瀏解辣饃鑰高強鋼材控制了預應力損失值,人們才認為預加應力法是可行的。自是康年以來,預加應力法在混凝土設計中的應用開創(chuàng)了混凝土應用的新境界。二次世界大戰(zhàn)后，由于鋼材的短缺，預應力混凝土成為大跨徑橋梁結構的#流行的選擇方案。如今,先張法和后張法預應力混凝土結構構件成功地應用于大型橋梁上。

隨著生產(chǎn)力水平的提高，試驗技術、計算理論研究、材料工藝的發(fā)展以及新型結構的開發(fā)應用，使鋼筋混凝土成為現(xiàn)代工程中應用#廣泛的建筑材料。目前,我國常用的混凝土強度已達到園綠#輔吧，國外常用的混凝土抗壓強度已達到廢薪鎮(zhèn)皂想以上。在園世紀編年代初，美國聯(lián)邦公路管理局(動序粵開始了高性能混凝土(勻悅在公路橋梁上的應用試驗研究。高性能混凝土是指能滿足各種特殊性能要求而采用非常規(guī)成分并經(jīng)拌和、澆注和養(yǎng)護而成的混凝土。其突出的特性是強度高.滲透性低,比普通混凝土更耐久和強度更高。

近猿年來，我國在鋼筋混凝土基本理論與計算方法、可靠度與作用分析、檢測技術以及電子技術在鋼筋混凝土結構中的應用等方面取得了很多成果,為制定和修訂有關規(guī)范、規(guī)程提供了大量的數(shù)據(jù)和科學依據(jù)。

我國的公路鋼筋混凝土橋梁結構理論和對混凝土變形性能分析研究進步很快。在結構可靠度方面，已從單一安全系數(shù)法過渡到概率極限狀態(tài)法。交通部頒布了《公路鋼筋混凝土和預應力混凝土橋酒設計規(guī)范》(崴園猿等行業(yè)規(guī)范。國家先后頒布了《公路I程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(鄖轍級和裝慰想和《混凝土結構設計規(guī)范》(鄖陰緣園-園費,這必將促進公路混凝土結構設計的技術應用。


第四節(jié)搖鋼筋混凝土結構的學習方法

快易收口網(wǎng)： “鋼筋混凝土結構”課程是公路與橋梁專業(yè)的主干課程之-,主要學習橋梁規(guī)范規(guī)定的鋼筋混凝上結構構件承載力的計算基本原理,其中包括構件的受力性能.承載力和變形計算方法等。這也是學習鋼筋混凝土橋梁和涵洞等構造物的基礎知識。

(員在學習鋼筋混凝土結構時,要著重從它與力學不同的方面來掌握鋼筋混凝土的特點。由于混凝土是非勻質(zhì)、非連續(xù)、非彈性的材料,鋼筋混凝土結構構件的受力性能與力學中所討論的材料不同。因此,力學中的計算公式可直接應用的情況不多。但是，在學習鋼筋混凝土結i構時可借鑒力學中解決問題的一般方法，如通過幾何、物理和平衡關系建立基本方程的途徑，只要在每一種關系的具體內(nèi)容上考慮鋼筋混凝土性能上的特點即可。由于鋼筋混凝土構件是由鋼筋和混凝土兩種性能很不相同的材料所組成的,二者之間在受力和變形上存在著相互協(xié)調(diào)、相互制約的問題。這是鋼筋混凝土結構的一個比較基本而又具有實際意義的問題。既然鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種材料組成的，則這兩種材料在強度和數(shù)量上存在--個的配合比問題。如果材料強度的搭配或配筋的比值超過了-定的范圍和界限，就會引起構件受力性能的改變。這是鋼筋混凝土構件的特點,也是勻質(zhì)材料構件所沒有的。

(圓在學習和運用鋼筋混凝土構件的計算公式時,要特別注意其適用范圍和條件。鋼筋混凝土構件的計算方法是建立在試驗的基礎上的。由于混凝土受力性能的復雜性,又沒有非常完善的強度理論，有關混凝土的強度和變形規(guī)律在很大程度上是根據(jù)試驗資料的統(tǒng)計分析給出的經(jīng)驗關系。

(猿在學習鋼筋混凝土結構課程時,要注意學習對多種因素進行綜合分析的方法。力學
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課程側重于構件的應力分析和變形計算，其解答往往是惟-的。鋼筋混凝土結構課程所要解決的問題不僅僅是應力和變形問題,而主要問題是結構構件的設計,包括方案、截面形式和材料的選擇以及配筋構造等。結構設計是一個綜合性問題，需要考慮安全、適用、經(jīng)濟和施工的可行性等各個方面的因素。在給定的作用條件下，同一個構件可以有不同的截面形式和尺寸、配筋數(shù)量等多種答案,往往需要進行適用性材料用量.造價、施工等各項指標的綜合分析和比較才能合理地選擇。

(源要學會運用規(guī)范。鋼筋混凝土結構課程在很多方面與規(guī)范有關。為了貫徹國家的技術經(jīng)濟政策、保證設計與施工質(zhì)量,達到設計方法上的統(tǒng)一化、標準化，國家頒布了鋼筋混凝土結構的設計規(guī)范。這是工程技術人員必須遵守的規(guī)定，應該熟悉其內(nèi)容并學會應用。


第二章?lián)u混凝土和鋼筋材料性能

第一節(jié)搖混搖凝搖土

一、混凝上的強度

強度是混凝土的#重要的力學性質(zhì)。這是因為任何混凝土結構物主要用以承受荷載或抵抗各種作用力的。在一定情況下,在工程上還要求混凝土具有其他性能,如不透水性,抗凍性等。但是，這些性質(zhì)與混凝土強度之間存在著密切的聯(lián)系。-般說來，混凝土的強度愈高,其剛性、不透水性、抵抗風化和某些侵蝕介質(zhì)的能力愈高。另-方面,其強度愈高,往往干縮也較大，同時較脆易裂。因此,通常用混凝t強度來評定和控制混凝土的質(zhì)量以及評價各種因素(如原材料、配合比、制造方法和養(yǎng)護條件等)影響程度的指標。

員輥凝土的抗壓強度

在鋼筋混凝土結構中,混凝土主要用來承受壓力，因而研究其抗壓強度是十分必要的。試驗表明,混凝土的抗壓強度除受組成材料的性質(zhì)、配合比、養(yǎng)護環(huán)境、施工方法等影響外,還與試驗方法及試件尺寸、形狀有關。
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按照極限狀態(tài)設計法，材料強度的取值是在數(shù)理統(tǒng)計的基礎上,根據(jù)結構的安全和經(jīng)濟條件，選取某一個具有保證率的強度值作為設計指標。在分析大量試驗結果的基礎上,認為混凝土在各種受力狀態(tài)下(立方體受壓、棱柱體受壓及軸心受拉)的強度變化規(guī)律，均符合正態(tài)分布。

混凝土立方體強度的標準值相當于立方體抗壓強度的統(tǒng)計平均值減去員斑緣倍均方差，即具有忽錄保證率的立方體抗壓強度。與這個值相對應的各項強度指標(如軸心抗壓強度、軸心抗拉強度等)就稱為混凝土的各項“強度標準值”。

不同強度等級混凝土的軸心抗壓強度標準值和軸心抗拉強度標準值是由立方體抗壓強度標準值推算出來的，其中假定混凝土的各種強度的概率分布具有相同的變異系數(shù)
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混凝土的收縮過程很長，但在結硬初期和前六個月中，可以完成全部收縮量的康豫~怨豫,在澆注后的幾天內(nèi)收縮變形#為強烈。

造成混凝土收縮的原因很多，主要因素有水泥用量,強度等級、品種,集料的物理性能,施工過程中振搗.養(yǎng)護,構件的體表比�；炷�土收縮的結果會使鋼筋混凝土結構產(chǎn)生裂縫,預應力混凝土結構產(chǎn)生預應力損失等,故應當設法減小。減少混凝土收縮的措施有:在澆筑混凝土時認真振搗，混凝土密度愈大,孔隙率愈小,收縮愈小;在混凝土澆筑的#初幾天里，注意澆水養(yǎng)護(或蒸汽養(yǎng)護),避免混凝土中的水分過快地蒸發(fā),可以比較有效地減少收縮和收縮裂縫;在滿足強度等級要求的前提下,盡量減少用灰量，也可以減少混凝土的收縮。此外,還可以用增設伸縮縫來解決，對于較厚的和體積較大的混凝土板,在靠近上F表面的部位配置防止收縮裂縫展開的鋼筋(常用φ遠~φ園間距園~猿想。

圓混凝土的徐變

在荷載的長期作用下(即壓應力不變的情況下),混凝土的變形(即應變)隨時間繼續(xù)增長的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變(圖隙。

在鋼筋混凝土板、梁中,混凝土的徐變會降低板.梁的剛度，導致板.梁變形(撓度)的增加，故在計算板、梁的撓度時應考慮長期荷載作用下混凝土產(chǎn)生的徐變影響。

在預應力混凝土結構中,混凝土徐變會造成預應力鋼筋中的應力損失。因此,在設計預應力混凝土結構時,必須考慮混凝土的徐變的影響。

試驗表明，徐變變形具有如下特征:

(員在不變靜力作用下,徐變開始增長較快,然后逐漸減慢，直至接近水平漸近線。(圓在荷載作用下,混凝土的應力愈大,徐變愈大。(猿加荷載時,混凝土齡期愈長,徐變就愈小。(源混凝土強度愈大,徐變愈小。

(緣混凝土的組成成分對徐變影響很大,水泥用量愈大，水灰比愈大，徐變亦愈大;增加集料的含量,集料越堅硬,彈性模量越大,對徐變的約束作用越大，混凝土徐變就減小。

(遠混凝土的制作方法、養(yǎng)護條件對徐變也有重要影響，養(yǎng)護條件好，養(yǎng)護時溫度高、濕度大、水泥水化作用充分,徐變就減小。

徐變分為線性徐變和非線性徐變。試驗表明,當應力較小時(如σ約園器,徐變變形與愿
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應力可近似看作成正比關系，曲線接近等間距分布這種情形稱為線性徐變。其特點是加荷初期徐變增長較快,六個月時一-般已完成大部分,之后徐變增長逐漸減小并趨于穩(wěn)定。當混凝土應力較大時(如σ胭粱時,徐變變形增量與應力增量不成正比,徐變比應力增長更快,故稱此為非線性徐變。非線性徐變的特點是，徐變變形急劇增加且呈現(xiàn)非穩(wěn)定現(xiàn)象。

應該指出,混凝土的徐變和收縮具有本質(zhì)上的不同，收縮是混凝土本身在結硬過程中的物理化學現(xiàn)象,它與外力無關:而徐變是在靜力荷載長期作用下，發(fā)生在力的作用方向的塑性變形。

猿餛凝土的變形模量

變形模量是指材料產(chǎn)生單位應變所需要的應力,它是衡量材料剛度性能的重要指標。

在進行結構設計時,計算鋼筋混凝t構件的變形或抗裂性能以及預應力混凝土構件的截面應力時,均需要混凝土的彈性模量。

快易收口網(wǎng)：對于彈性材料,應力和應變之間的關系符合線性規(guī)律，其彈性模量耘越是--個常量�；炷�土不是彈性材料,而是彈塑性材料,應力原應變圖呈曲線狀態(tài)(圖圓賴,即應力與應變之間不存在線性關系。因此，混凝土的變形模量不是彈性模量,而應該是包括塑性變形(即不可恢復原狀的變形)在內(nèi)的彈塑性模量。

快易收口網(wǎng)：為消除混凝土的塑性變形影響，求得有代表性的彈性模量,規(guī)范采用棱柱體試件在應力σ越園園辣之間反復加荷#次的方法，從大量的試驗數(shù)據(jù)中來確定混凝土的彈性模量(圖郾遠。每次卸荷至應力為零，都要殘存一-部分塑性變形，隨著加荷次數(shù)增加,塑性變形逐漸減小，當重復加荷園次后，應力一應變曲線接近于直線，此時求得的直線斜率即為規(guī)范所決定的彈性模量值耘即:


搖搖第隕介段一帶裂縫工作階段。當荷載繼續(xù)增加時,受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫，并向上不斷擴展,受壓區(qū)混凝土的塑性變形加大，其應力圖形呈曲線形。在開裂載面，中和軸以下裂縫尚未延伸到的部位,混凝土可承擔--小部分拉力,而開裂的混凝土退出工作，把拉力轉(zhuǎn)移至受拉鋼筋,使鋼筋應力突然增大。當繼續(xù)加載,使梁達到隕階段極限隰時，受拉鋼筋應變達到其屈服時應變值拉應力達到屈服強度,相應的彎矩為配

受拉區(qū)混凝上開裂標志著梁的受力進入帶裂縫工作階段。鋼筋混凝土梁的正常使用階段即處于這-階段之內(nèi),梁一-般都是帶裂縫工作的，故將隕階段作為受彎構件變形.裂縫寬度計算的依據(jù)。

第隕階段一破環(huán)階段:在第隕階段末(即陽階段)鋼筋應力已經(jīng)達到屈服強度,σ%越賽隨著荷載進一步增加,鋼筋應力將保持不變，而應變增長加速,裂縫隨之護展并向上延伸，中和軸繼續(xù)上移;撓度急劇增加:受壓區(qū)高度不斷減少,受壓區(qū)混凝土應力迅速增大，其塑性特征更加明顯,應力圖形呈更豐滿的曲線形。中和軸不斷上移,內(nèi)力臂隨之增大，截面承載力提高，受拉區(qū)混凝土幾乎全部退出工作。當受壓區(qū)邊緣達到混凝土的極限壓應變時，受壓區(qū)混凝土被壓碎。這個階段被稱為隰陽階段是正截面破壞的極限狀態(tài)。因此,把它作為構件正截面承載力計算的依據(jù)。

受拉區(qū)混凝土開裂和鋼筋達到屈服強度是三個受力階段的轉(zhuǎn)折點。表報列出鋼筋混凝土梁正截面的工作階段及其特征。

快易收口網(wǎng)：由于適筋梁在破壞前鋼筋已達到屈服強度，所以構件在破壞前裂縫開展很寬撓度很大，這就給人以即將破壞的預兆。這種破壞,稱之為塑性破壞。

鋼筋混凝土受彎構件正截面的破壞特征與截面配筋率大小、鋼筋及混凝土的力學性能等因素有關，可分為塑性破壞和脆性破壞兩種情況。因為塑性破壞屬于有預兆的破壞,且材料強度可以得到充分發(fā)揮,而脆性破壞屬于無預兆的破壞，且部分材料強度不能充分發(fā)揮應有的作用，所以應保證前者,而避免出現(xiàn)后者。

圓超筋梁

快易收口網(wǎng)：受拉區(qū)鋼筋含量過多的梁稱為超筋梁。這種梁在破壞試驗時發(fā)現(xiàn)，由于受拉區(qū)鋼筋配置過多，鋼筋應力在梁破壞時尚未達到屈服強度,而受壓區(qū)混疑土先被壓碎而使梁破壞，破壞前鋼筋沒有屈服，所以裂縫開展不大，撓度亦小，破壞是突然發(fā)生的，沒有明顯的預兆，屬于脆性破壞。所以，超筋梁是不安全的。同時,由于鋼筋應力未達到流限,強度未被充分利用，因而也是不經(jīng)濟的。在工程中不允許采用超筋梁,在強度計算中為保證鋼筋用量適當，就以#大含筋率P來加以限制。