1、钢 筋 混 凝 土 结 构G n g j n H n n in gt J igu甘 其 郴 主 编人 民 交 通 出 版 社内 容 提 要本教 材 系 根 据 高 等 工 程 专 科 公路 与 城 市 道 路 工 程 专 业 钢 筋 混 凝 土 结 构 课 程 教 学 大 纲 编 写 的。 本 教 材 是 以公 路 钢 筋 混 凝 土 及预 应 力 混 凝 土 桥 涵 设 计 规 范(J T J 02385, 以 后 统 一 简 称 为公 桥 规 ) 等 交 通 部 部 颁 标 准为 主 要 依 据 编 写 的 。 全 书 内 容 包括 : 绪 论 ; 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本
2、概 念 、 基 本 计 算 原 则 及 材 料 的 力 学 性 能 ; 受 弯 构 件 正截 面 、受 弯 构 件 斜 截 面 、 受 扭 构 件 、弯 扭 构 件、轴 心 受 力 构 件 、偏 心受 压 构 件 、偏 心受 拉 构 件 等 的 强 度 计 算 ; 受 弯 构 件 的 裂 缝 及 变 形 验 算 ; 按 容 许 应 力 法 计 算 ; 预 应 力混 凝 土 、 部 分 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 。本 书 除 供 高 等 工 程 专 科 学 校 公 路 与 城 市 道 路 工 程 专 业 作 教 材 外 , 亦 可 作 为 公 路 工 程 技 术 人 员 的 参 考
3、 书 。钢 筋 混 凝 土 结 构甘 其 郴 主 编插 图 设 计 : 版 式 设 计 : 崔 凤 莲 责 任 校 对 : 杨 杰人 民 交 通 出 版 社 出 版 发 行 ( 10 0 01 3 北 京 和 平 里 东 街 1 0 号 ) 各 地 新 华 书 店 经 销印 刷 厂 印 刷1开 本 : 7 8 10 9 21 6 印 张 : 字 数 : 千1 9 9 年 月 第 1 版1 9 9 年 月 第 版 第 次 印 刷 印 数 : 册 定 价 : 元IS B N 7-11 4 - -序本 书 是 根 据 交 通 系 统 高 等 工 程 专 科 学 校 教 学 协 作 组 第 一 次 会
4、 议 协 商 意 见 及 第 二 次 会 议 协 商 编 写 分 工 意 见 组 织 编 写 的 。本 教 材 的 编 写 吸 取 了 有 关 教 材 的 长 处 和 多 年 来 的 教 学 经 验 , 从 培 养 工 程 第 一 线 应 用 型 人 才 这 一 总 目 标 出 发 , 以 本 课 程 的 教 学 基 本 要 求 为 依 据 , 真 正 体 现 基 础 理 论 、 基 本 知 识 和 基 本 设 计 方 法 ; 以 应 用 为 目 的 , 以 必 须 够 用 为 度 , 以 “掌 握 概 念 , 强 化 应 用 为 重 点 ”, 精 简 理 论 的 推 导 和 加 强 技 能
5、培 养 的 原 则 , 克 服 内 容 过 多 、 过 深 , 要 求 过 高 , 脱 离 工 程 专 科 特 点 的 倾 向 。 教 材 编 写 以 贯 彻 执 行 公 桥 规 等 交 通 部 部 标 准 为 主 , 培 养 学 生 分 析 和 解 决 “构 件 和 结 构 ”的 设 计 能 力 , 贯 彻 理 论 与 实 际 相 结 合 的 原 则 , 通 过 工 程 实 际 问 题 说 明 理 论 知 识 的 实 际 意 义 、 应 用 条 件 和 适 用 范 围 。参 加 教 材 编 写 工 作 的 有 济 南 交 通 高 等 专 科 学 校 甘 其 郴 (绪 论 、 第 一 章 、
6、第 二 章 )、 万 德 臣 (第 三 章 、 第 十 一 章 第 一 节 第 三 节 )、 郑 桂 兰 (第 十 一 章 第 十 二 节 、第 六 章 、 第 七 章 ); 辽 宁 交 通 高 等 专 科 学 校 姚 丽 (第 四 章 、第 五 章 、 第 十 章 、第 十 一 章 第 十 一 节 ); 黑 龙 江 交 通 高 等 专 科 学 校 马 桂 军 (第 十 一 章 第 四 节 第 十 节 ); 南 京 交 通 高 等 专 科 学 校 丁 汉 山 (第 八 章 、 第 九章 ) 等 同 志 。 本 教 材 由 甘 其 郴 主 编 , 万 德 臣 、 姚 丽 任 副 主 编 ; 由
7、辽 宁 交 通 高 等 专 科 学 校 李 华 平 主 审 。由 于 编 者 水 平 有 限 , 不 妥 之 处 在 所 难 免 , 恳 望 读 者 指 正 。编 者 1997 年 3 月1目 录绪 论 1第 一 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 概 念 及 材 料 的 力 学 性 质 4第 一 节 概 述 4第 二 节 混 凝 土 的 物 理 -力 学 性 质 6第 三 节 钢 筋 14第 四 节 钢 筋 与 混 凝 土 的 共 同 工 作 17第 二 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本 计 算 原 则 19第 一 节 概 述 19第 二 节 极 限 状 态 法 计 算 原
8、 则 20第 三 节 材 料 强 度 的 标 准 取 值 简 介 23第 三 章 受 弯 构 件 正 截 面 强 度 计 算 27第 一 节 概 述 27第 二 节 受 弯 构 件 的 受 力 分 析 31第 三 节 单 筋 矩 形 截 面 梁 正 截 面 强 度 计 算 35第 四 节 双 筋 矩 形 截 面 梁 正 截 面 强 度 计 算 42第 五 节 T 形 截 面 梁 正 截 面 强 度 计 算 48第 四 章 受 弯 构 件 斜 截 面 强 度 计 算 56第 一 节 概 述 56第 二 节 钢 筋 混 凝 土 梁 的 斜 截 面 强 度 计 算 57第 三 节 全 梁 承 载 能
9、 力 校 核 及 构 造 要 求 64第 五 章 受 弯 构 件 的 裂 缝 及 变 形 验 算 71第 一 节 概 述 71第 二 节 裂 缝 宽 度 验 算 72第 三 节 受 弯 构 件 的 变 形 (挠 度 ) 计 算 74第 六 章 受 扭 及 弯 扭 构 件 的 强 度 计 算 78第 一 节 概 述 78第 二 节 矩 形 截 面 受 扭 及 弯 扭 构 件 的 强 度 计 算 79第 三 节 矩 形 截 面 受 扭 构 件 的 构 造 要 求 83第 四 节 T 形 、 箱 形 截 面 受 扭 构 件 计 算 简 介 83第 七 章 轴 心 受 力 构 件 的 强 度 计 算
10、85第 一 节 概 述 85第 二 节 轴 心 受 拉 构 件 的 强 度 计 算 85第 三 节 轴 心 受 压 构 件 的 强 度 计 算 86第 八 章 偏 心 受 压 构 件 强 度 计 算 932第 一 节 概 述 93第 二 节 矩 形 截 面 偏 心 受 压 构 件 的 强 度 计 算 97第 三 节 I 形 截 面 偏 心 受 压 构 件 的 强 度 计 算 110第 四 节 圆 形 截 面 偏 心 受 压 构 件 的 强 度 计 算 112第 九 章 偏 心 受 拉 构 件 的 强 度 计 算 118第 一 节 概 述 118第 二 节 小 偏 心 受 拉 构 件 的 强 度
11、 计 算 118第 三 节 大 偏 心 受 拉 构 件 的 强 度 计 算 120第 十 章 按 容 许 应 力 法 计 算 基 本 构 件 123第 一 节 概 述 123第 二 节 受 弯 构 件 的 抗 弯 计 算 124第 三 节 受 弯 构 件 的 抗 剪 计 算 138第 四 节 偏 心 受 压 构 件 的 计 算 142第 十 一 章 预 应 力 混 凝 土 结 构 150第 一 节 概 述 150第 二 节 预 应 力 混 凝 土 施 加 预 应 力 的 方 法 153第 三 节 预 应 力 混 凝 土 材 料 157第 四 节 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 受 力
12、特 点 162第 五 节 预 应 力 计 算 与 预 应 力 损 失 164第 六 节 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 在 施 工 和 使 用 阶 段 的 应 力 验 算 176第 七 节 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 的 强 度 计 算 181第 八 节 局 部 承 压 计 算 187第 九 节 变 形 计 算 192第 十 节 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 的 设 计 195第 十 一 节 部 分 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 203第 十 二 节 预 应 力 混 凝 土 简 支 梁 计 算 示 例 215主 要 参 考 文 献 2411绪 论一 、
13、各 种 材 料 结 构 的 特 点 及 其 使 用 范 围凡 用 建 筑 材 料 制 成 用 以 承 担 预 定 任 务 、 支 承 荷 载 的 建 筑 物 ,统 称 为 结 构 物 。 根 据 选 用 材 料 的 不 同 可 分 为 :木 结 构 、 钢 结 构 、 混 凝 土 结 构 、 钢 筋 混 凝 土 结 构 、 预 应 力 混 凝 土 结 构 和 砖 、 石 结 构 等 。 当 前 国 内 外 桥 梁 发 展 的 总 趋 势 是 :轻 型 化 、 标 准 化 和 机 械 化 。 对 于 组 成 结 构 的 基 本 构 件 也应 符 合 上 述 要 求 。(一 )各 种 材 料 结
14、构 的 特 点1. 结 构 重 力 :为 了 达 到 增 大 结 构 跨 径 的 目 的 ,应 力 求 使 构 件 能 做 成 薄 壁 、 轻 型 和 高 强 。 钢 材 的 单 位 体 积 重 量 虽 大 ,但 其 强 度 却 很 高 ;木 材 的 强 度 虽 很 低 ,但 其 单 位 体 积 重 量 却 很 小 。 从 满足 承 载 能 力 的 角 度 来 衡 量 结 构 的 重 量 时 ,习 惯 上 用 材 料 单 位 体 积 重 力 与 容 许 应 力 之 比 即 作 为 比 较 标 准 。 如 以 钢 结 构 / 值 为 1,则 其 它 结 构 的 / 大 致 为 ,受 压 构 件
15、:木 1.5 2.4,钢 筋 混 凝 土 3.8 11,砖 石 9.28 28;受 弯 构 件 :木 1.5 2.4,钢 筋 混 凝 土 3 10;预 应 力 混 凝 土 2 3。 从 上 可 以 看 出 ,在 大 跨 径 桥 梁 结 构 中 ,采 用 预 应 力 混 凝 土 是 合 理 的 。2. 使 用 性 能 :从 结 构 和 刚 度 、 耐 久 性 和 耐 火 性 等 方 面 比 较 ,以 钢 筋 混 凝 土 和 圬 工 结 构 的 耐 久 性 较 好 ,钢 结 构 的 耐 火 性 较 差 ,木 结 构 为 可 燃 结 构 。 且 钢 、 木 结 构 抗 腐 蚀 性 较 差 ,养 护
16、和 维 修费 用 较 高 。3. 建 筑 速 度 :砖 、 石 、 混 凝 土 和 钢 筋 混 凝 土 结 构 较 易 就 地 取 材 ;钢 、 木 结 构 便 于 快 速 施 工 ; 钢 结 构 、 装 配 式 钢 筋 混 凝 土 构 件 可 进 行 工 业 化 成 批 生 产 ;混 凝 土 工 程 因 需 要 结 硬 过 程 ,施 工 工期 一 般 较 长 ,现 场 浇 筑 且 常 受 施 工 季 节 的 影 响 。(二 )各 种 结 构 和 使 用 范 围1. 木 结 构 :现 主 要 用 于 临 时 性 急 修 工 程 及 施 工 过 程 中 的 辅 助 性 工 程 (如 栈 桥 、
17、工 棚 、 支 架 模 板 等 )。2. 钢 结 构 :因 其 结 构 重 量 轻 ,强 度 高 且 力 学 性 能 稳 定 ,适 用 修 建 高 大 建 筑 物 。 由 于 钢 结 构 杆 件 定 型 且 便 于 拆 装 ,临 时 性 的 辅 助 工 程 亦 广 泛 采 用 。3. 砖 、 石 及 混 凝 土 结 构 :易 于 就 地 取 材 ,在 主 要 承 受 压 力 的 构 件 (如 墩 台 、 基 础 和 挡 土 墙 等 )中 广 泛 采 用 。4. 钢 筋 混 凝 土 结 构 :由 于 易 于 就 地 取 材 ,耐 火 性 好 ,刚 度 大 ,具 有 可 模 性 (可 根 据 工
18、程 需 要 浇 筑 成 各 种 几 何 形 状 )等 优 点 ,广 泛 应 用 于 桥 梁 、 涵 洞 、 挡 土 墙 、 水 工 结 构 物 及 工 业 与 民 用 建 筑物 等 。 普 通 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 缺 点 是 截 面 大 、 自 重 大 ,其 混 凝 土 材 料 的 抗 拉 强 度 低 (约 是 其 抗 压 强 度 的 1/ 8 1/ 12), 受 力 后 在 受 拉 区 出 现 裂 缝 (在 容 许 范 围 内 ),不 利 于 高 强 钢 材 的 利 用 ,影 响 某 些 结 构 (如 水 池 )的 使 用 。5. 预 应 力 混 凝 土 结 构 : 构 件 受
19、荷 之 前 预 先 对 钢 筋 混 凝 土 受 拉 区 施 加 适 当 压 应 力 的 结 构 称2为 预 应 力 混 凝 土 结 构 。 在 正 常 使 用 的 情 况 下 , 截 面 上 可 以 不 出 现 或 只 出 现 允 许 的 拉 应 力 , 推 迟 了 裂 缝 的 发 生 和 发 展 , 高 强 度 钢 材 和 高 标 号 混 凝 土 在 结 构 中 能 得 到 充 分 利 用 。 目 前 , 预 应 力 混 凝 土 结 构 在 国 内 外 都 得 到 迅 速 发 展 , 已 成 为 桥 梁 工 程 等 结 构 应 用 最 广 泛 的 一 种 结 构 。 二 钢 筋 混 凝 土
20、结 构 课 程 的 研 究 对 象 、 任 务 及 其 主 要 内 容以 混 凝 土 为 主 制 作 的 结 构 称 为 混 凝 土 结 构 。 它 包 括 素 混 凝 土 结 构 、 钢 筋 混 凝 土 结 构 和 预 应 力 混 凝 土 结 构 。 素 混 凝 土 结 构 不 配 置 钢 筋 ; 钢 筋 混 凝 土 结 构 配 置 非 预 应 力 钢 筋 ; 预 应 力 混 凝 土 结 构 是 在 特 定 的 部 位 上 施 加 预 应 力 。桥 梁 或 道 路 人 工 构 造 物 要 受 到 各 种 力 本 身 自 重 、 车 辆 荷 载 、 人 群 荷 载 等 的 作 用 (统 称 为
21、 荷 载 作 用 )。 结 构 物 由 若 干 基 本 构 件 组 成 。 如 各 种 桥 梁 结 构 物 一 般 都 是 由 桥 面 板 、 主 梁 (或 纵 梁 )、 横 梁 、 桥 墩 (台 )等 基 本 构 件 组 成 。 钢 筋 混 凝 土 结 构 课 程 就 是 以 这 些 基 本 承 重 构 件 为 主 要 研 究 对 象 ,重 点 讲 述 钢 筋 混 凝 土 结 构 和 预 应 力 混 凝 土 结 构 的 材 料 性 能 、 设 计 原 理 、 计 算 方 法 和 构 造 等 内 容 。钢 筋 混 凝 土 结 构 是 界 于 基 础 课 和 专 业 课 之 间 的 一 门 重
22、要 专 业 技 术 基 础 课 。 它 是 在 学 习道 路 建 筑 材 料 、 材 料 力 学 、 结 构 力 学 (包 络 图 ) 等 先 修 课 程 的 基 础 上 , 结 合 桥 梁 工 程 结 构 中 实 际 构 件 的 工 作 特 点 、 并 以 交 通 部 部 标 准 公 路 桥 涵 设 计 规 范 、 公 路 钢 筋 混 凝 土 及 预应 力 混 凝 土 桥 涵 设 计 规 范 (JT J 02385) 为 主 要 依 据 , 主 要 采 用 极 限 状 态 法 进 行 设 计 与 计 算 。 包 括 如 何 合 理 地 选 择 构 件 的 截 面 尺 寸 , 根 据 承 受
23、荷 载 的 情 况 验 算 构 件 强 度 、 刚 度 、 稳 定 性 、 裂 缝 、 变 形 等 问 题 , 为 学 习 桥 梁 工 程 等 专 业 课 的 设 计 计 算 奠 定 理 论 基 础 和 解 决 工 程 实 际 问 题 。根 据 构 件 受 力 与 变 形 的 特 点 ,构 件 基 本 形 式 可 分 为 :受 拉 构 件 、 受 压 构 件 、 受 弯 构 件 、 受 剪 构 件 、 受 扭 构 件 等 。 工 程 实 际 中 的 受 力 构 件 ,有 些 是 简 单 的 基 本 形 式 ,有 些 则 是 基 本 形 式 的 组合 。在 荷 载 作 用 下 ,构 件 有 可
24、能 由 于 强 度 不 足 而 破 坏 ,或 变 形 过 大 而 不 能 正 常 使 用 。 因 而 ,设 计 时 要 求 构 件 本 身 必 须 具 有 一 定 抵 抗 强 度 破 坏 和 抵 抗 变 形 的 能 力 ,即 “承 载 能 力 ”。 构 件 承 载 能 力 的 大 小 与 构 件 的 材 料 性 质 、 几 何 形 状 、 截 面 尺 寸 、 受 力 性 质 、 工 作 条 件 、 构 造 特 点 及 施 工 质 量 等 诸 因 素 有 关 。 当 其 它 条 件 一 定 时 ,构 件 的 承 载 能 力 与 尺 寸 将 成 为 主 要 矛 盾 ,如 果 构 件 截 面 尺 寸
25、 过 大 ,将 会 使 承 截 能 力 过 剩 ,造 成 人 力 、 物 力 的 极 大 浪 费 ;反 之 ,构 件 截 面 尺 寸 过 小 ,构 件 有 可 能由 于 强 度 不 足 或 不 能 正 常 使 用 ,或 导 致 破 坏 。 为 此 ,研 究 如 何 正 确 处 理 构 件 尺 寸 与 承 截 能 力 等 之 间 的 关 系 将 成 为 本 课 程 讨 论 的 主 要 内 容 。三 、 工 程 结 构 设 计 的 基 本 要 求桥 梁 等 结 构 物 应 根 据 所 在 公 路 的 使 用 任 务 、 性 质 和 将 来 的 发 展 需 要 ,按 照 适 用 、 经 济 、 安
26、全 和 美 观 的 原 则 进 行 设 计 。 桥 型 的 选 择 应 符 合 因 地 制 宜 、 就 地 取 材 和 便 于 施 工 、 养 护 的 原 则 。 必 要 时 应 进 行 论 证 。 根 据 公 桥 规 等 国 家 批 准 和 部 颁 技 术 标 准 和 设 计 规 范 进 行 设 计 。 对 于 创 新 的 结 构 ,应 作 必 要 的 科 学 试 验 。结 构 物 在 正 常 使 用 期 限 内 应 保 证 质 量 ,使 用 安 全 。 这 就 要 求 结 构 物 的 整 体 及 其 各 个 组 成 部 分 在 使 用 荷 载 作 用 下 具 有 足 够 的 强 度 、 刚
27、 度 、 稳 定 性 和 耐 久 性 。强 度 要 求 是 指 结 构 物 在 使 用 期 限 内 ,其 整 体 及 各 个 部 件 (包 括 联 结 件 )具 有 足 够 的 安 全 储3备 ;刚 度 要 求 是 指 在 计 算 荷 载 作 用 下 ,结 构 物 的 变 形 在 容 许 的 范 围 内 ;稳 定 性 要 求 是 指 整 体 及各 个 部 件 ,在 计 算 荷 载 作 用 下 都 处 于 稳 定 的 平 衡 状 态 ;耐 久 性 是 指 结 构 物 在 正 常 使 用 的 年 限内 ,不 得 过 早 地 发 生 破 坏 或 产 生 过 大 的 裂 缝 而 影 响 正 常 使 用
28、 。结 构 构 件 还 应 满 足 制 造 、 运 输 和 安 装 过 程 中 的 强 度 、 刚 度 、 稳 定 性 要 求 。 因 而 ,设 计 时 必 须 考 虑 当 地 的 施 工 条 件 和 施 工 可 能 性 ,尽 可 能 采 用 适 合 当 地 情 况 的 新 材 料 ,先 进 工 艺 和 先 进 技术 。4第 一 章 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 基 本概 念 及 材 料 的 力 学 性 质第 一 节 概 述钢 筋 混 凝 土 结 构 是 由 钢 筋 和 混 凝 土 两 种 受 力 性 能 不 同 的 材 料 结 合 在 一 起 而 共 同 工 作 的 , 混 凝 土 承 受
29、 压 力 ,以 发 挥 抗 压 强 度 高 的 特 性 ;钢 筋 主 要 承 受 拉 力 。 图 1-1 为 常 见 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 配 筋 实 例 。 其 中 图 1-1a)为 钢 筋 混 凝 土 简 支 梁 的 配 筋 情 况 ;图 1-1b)为 钢 筋 混 凝 土 简 支 平 板 的 配 筋 情 况 。图 1 -1 常 见 钢 筋 混 凝 土 结 构 和 构 件 配 筋 实 例不 同 结 构 和 构 件 中 ,钢 筋 的 位 置 和 形 式 各 不 相 同 ,如 图 1-1 所 示 ,即 使 同 属 于 受 弯 构 件 的梁 和 板 ,其 配 筋 的 位 置 和 形 式
30、也 不 完 全 相 同 。 在 钢 筋 混 凝 土 结 构 中 ,钢 筋 和 混 凝 土 不 是 任 意 结 合 的 ,而 是 根 据 构 件 的 形 式 和 受 力 特 点 ,在 适 当 的 位 置 配 置 一 定 形 式 和 数 量 的 钢 筋 。图 1-2 是 两 根 具 有 相 同 截 面 尺 寸 、 跨 径 及 混 凝 土 强 度 的 简 支 梁 ,一 根 为 素 混 凝 土 梁 ,一 根 为 在 受 拉 区 配 有 适 量 钢 筋 的 混 凝 土 梁 。 在 受 弯 破 坏 试 验 中 ,素 混 凝 土 梁 在 荷 载 不 大 时 ,梁 的 下 缘 就 开 始 开 裂 ,并 随 即
31、 迅 速 向 上 扩 展 ,使 梁 突 然 发 生 断 裂 破 坏 。 其 试 件 的 破 坏 是 受 拉 区 边 缘 的 拉 应 力 达 到 混 凝 土 的 抗 拉 极 限 强 度 ,破 坏 荷 载 值 只 有 8k N ;钢 筋 混 凝 土 梁 当 加 荷 到 一 定 数 值使 受 拉 区 边 缘 拉 应 力 达 到 混 凝 土 抗 拉 极 限 强 度 时 ,混 凝 土 虽 被 拉 裂 ,但 未 沿 截 面 高 度 迅 速 开展 。 混 凝 土 开 裂 后 ,裂 缝 处 截 面 的 混 凝 土 拉 应 力 由 纵 向 受 拉 钢 筋 承 受 ,不 会 立 即 发 生 断 裂 破 坏 ,荷
32、载 还 可 以 进 一 步 增 加 ,变 形 将 相 应 发 展 ,即 裂 缝 的 数 量 和 宽 度 也 将 增 大 ,直 到 受 拉 钢 筋 应 力达 到 屈 服 强 度 和 受 压 区 混 凝 土 应 力 达 到 极 限 抗 压 强 度 时 ,构 件 才 发 生 破 坏 (破 坏 荷 载 值 约 为36k N )。 且 构 件 破 坏 前 呈 现 明 显 的 预 兆 。 由 以 上 试 验 可 知 ,在 混 凝 土 梁 的 受 拉 区 配 置 一 定 数 量5的 钢 筋 ,加 强 了 梁 的 抗 弯 能 力 ,从 而 使 混 凝 土 梁 的 承 载 能 力 大 大 提 高 。图 1 -2
33、 素 混 凝 土 梁 与 钢 筋 混 凝 土 梁 的 破 坏 情 况 对 比 单 位 : 混 凝 土 尺 寸 单 位 为 cm ,钢 筋 直 径 单 位 为 m m钢 筋 和 混 凝 土 这 两 种 物 理 -力 学 性 能 截 然 不 同 的 材 料 之 所 以 能 有 效 地 结 合 共 同 工 作 ,其 主 要 原 因 是 :1. 混 凝 土 与 钢 筋 之 间 具 有 可 靠 的 粘 结 力 ,能 牢 固 地 结 成 整 体 。 因 此 ,在 荷 载 作 用 下 ,钢 筋 与 相 粘 结 的 混 凝 土 具 有 相 同 的 变 形 。2. 钢 筋 与 混 凝 土 的 线 膨 胀 系 数
34、 大 致 相 同 ,(钢 筋 约 为 1.2 10- 5 ), 混 凝 土 约 为 0.7 10- 5 1. 10- 5 )。 因 此 ,当 温 度 变 化 时 只 产 生 很 小 的 温 度 应 力 。 钢 筋 混 凝 土 结 构 除 了 充 分 利 用 钢 筋 和 混 凝 土 两 种 材 料 的 力 学 性 能 外 ,还 具 有 下 列 优 点 : 1. 就 地 取 材 :砂 和 石 料 在 钢 筋 混 凝 土 结 构 中 所 占 比 例 很 大 ,砂 和 石 料 一 般 可 以 就 地 取 材 ,减 少 材 料 运 费 ,降 低 造 价 。2. 节 约 钢 材 :钢 筋 混 凝 土 结
35、构 的 承 载 能 力 较 高 ,一 般 可 以 用 来 代 替 钢 结 构 ,因 而 可 节 约 大 量 钢 材 。3. 耐 久 性 好 :混 凝 土 的 强 度 可 随 时 间 的 增 加 而 增 长 ,当 钢 筋 混 凝 土 结 构 具 有 良 好 的 保 养条 件 时 ,使 用 寿 命 很 长 ,几 乎 不 需 要 维 修 。4. 耐 火 性 好 :混 凝 土 为 热 的 不 良 导 体 ,当 发 生 火 灾 时 ,因 钢 筋 被 混 凝 土 包 裹 可 延 缓 钢 材 软 化 ;具 有 良 好 的 耐 火 性 ,用 硬 质 骨 料 和 普 通 硅 酸 盐 水 泥 制 成 的 混 凝
36、土 一 般 在 200 250 的 持久 温 度 下 ,其 强 度 降 低 不 超 过 25% 。5. 可 模 性 好 :可 以 根 据 工 程 需 要 ,钢 筋 混 凝 土 结 构 可 以 浇 筑 成 各 种 形 状 和 尺 寸 的 构 件 ,既 可 以 在 施 工 现 场 就 地 浇 筑 ,又 可 以 在 工 厂 预 制 。6. 其 它 :如 整 体 性 好 ,刚 度 大 ,抗 震 性 好 等 。 6钢 筋 混 凝 土 结 构 的 主 要 缺 点 有 :71. 自 重 大 。 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 容 重 为 25kN / m 3 ,一 般 结 构 的 截 面 尺 寸 较 大 ,
37、自 重 较 大 。 对 于 大 跨 度 桥 梁 结 构 的 承 载 力 及 抗 震 力 都 是 不 利 的 。 而 且 给 运 输 、 施 工 带 来 很 多 困 难 。2. 施 工 期 长 ,且 受 季 节 影 响 大 。 钢 筋 混 凝 土 结 构 在 形 成 时 需 养 护 相 当 长 的 时 间 ,既 费 工 又 费 时 ,影 响 施 工 进 度 和 交 付 使 用 ;混 凝 土 在 雨 天 或 零 度 以 下 施 工 时 ,浇 筑 、 捣 固 、 养 护 必 须 采 用 相 应 的 措 施 和 方 法 ,才 能 确 保 质 量 。3. 模 板 耗 料 多 。 浇 筑 混 凝 土 必
38、须 采 用 一 定 数 量 的 模 板 和 支 架 ,耗 费 人 工 和 木 料 较 多 (近 年 来 ,已 逐 渐 推 广 采 用 钢 模 板 及 钢 支 架 来 代 替 木 模 板 及 木 支 架 )。此 外 ,钢 筋 混 凝 土 结 构 还 具 有 隔 音 性 能 差 、 抗 裂 性 差 及 拆 修 、 加 固 困 难 等 缺 点 。 钢 筋 混 凝 土 结 构 虽 有 缺 点 ,但 毕 竟 有 其 独 特 的 优 越 性 ,故 在 各 类 工 程 中 得 到 广 泛 的 应 用 ,如 桥 梁 工 程 、 隧 道 工 程 、 房 屋 建 筑 、 水 工 结 构 等 。 随 着 人 们 对
39、 钢 筋 混 凝 土 结 构 这 门 学 科 认 识 的 不 断 提 高 ,所 用 材 料 、 结 构 型 式 、 施 工 技 术 等 方 面 的 不 断 革 新 ,钢 筋 混 凝 土 结 构 在 国 家 基 本 建 设 中 的 地 位 将 日 益 提 高 ,应 用 范 围 必 将 不 断 扩 大 。第 二 节 混 凝 土 的 物 理 -力 学 性 质混 凝 土 是 用 水 泥 、 骨 料 (砂 、 碎 石 )、 水 等 原 材 料 经 搅 拌 后 入 模 浇 筑 ,并 经 养 护 凝 固 硬 化 而 成 的 人 工 石 材 。 近 年 来 有 人 将 混 凝 土 的 外 加 剂 (如 减 水
40、 剂 、 早 强 剂 、 缓 凝 剂 、 促 凝 剂 、 发 泡 剂 等 )看 成 为 混 凝 土 的 成 分 。一 、 混 凝 土 的 强 度混 凝 土 的 强 度 是 很 重 要 的 力 学 性 能 指 标 ,它 直 接 影 响 结 构 物 的 承 载 力 与 耐 久 性 ,它 是 钢 筋 混 凝 土 结 构 设 计 的 重 要 依 据 。影 响 混 凝 土 强 度 的 因 素 是 多 方 面 的 ,包 括 水 泥 的 标 号 、 骨 料 的 性 质 、 水 灰 比 的 大 小 、 各 材 料 的 比 例 、 制 作 方 法 及 养 护 、 龄 期 等 。 同 时 还 必 须 按 “标 准
41、 ”测 试 。 混 凝 土 强 度 的 内 容 主 要 是 抗 压 强 度 和 抗 拉 强 度 。1. 立 方 体 抗 压 强 度 R我 国 规 范 规 定 混 凝 土 的 立 方 体 强 度 ,是 以 各 边 长 为 20cm 的 混 凝 土 标 准 立 方 体 试 块 ,在 标 准 条 件 (温 度 20 3 、 相 对 湿 度 90% 、 龄 期 为 28d)下 ,用 标 准 (常 规 )试 验 方 法 ,在 压 力 试 验 机 上 所 测 得 的 抗 压 极 限 强 度 (以 M P a 计 ), 以 符 号 R 表 示 ,简 称 立 方 体 强 度 。常 规 试 验 是 指 立 方
42、体 试 块 的 受 压 表 面 不 涂 润 滑 剂 ,其 上 下 受 压 接 触 面 将 存 在 摩 阻 力 ,限 制 了 混 凝 土 试 件 的 侧 面 膨 胀 ,如 图 中 套 箍 的 作 用 ,限 制 了 试 件 的 横 向 变 形 ,使 抗 压 强 度 极 限 得 以提 高 。 常 规 试 验 的 加 压 方 法 和 破 坏 状 态 如 图 1-3。如 果 在 立 方 体 试 块 的 受 压 表 面 涂 上 一 层 润 滑 剂 ,此 时 试 块 在 压 力 作 用 的 方 向 产 生 压 缩 变形 ,在 垂 直 于 压 力 作 用 的 方 向 会 产 生 拉 伸 变 形 (即 存 在
43、横 向 拉 应 力 ),由 于 横 向 拉 应 力 超 过 了 抗 拉 强 度 而 形 成 几 乎 平 行 于 压 力 方 向 的 裂 缝 (称 “劈 裂 ”),其 强 度 值 会 显 著 降 低 ,其 破 坏 状 态 如 图 1-3b)。 我 国 规 范 规 定 的 试 验 方 法 是 不 加 润 滑 剂 的 。混 凝 土 抗 压 强 度 极 限 还 与 立 方 体 试 块 尺 寸 有 关 。 试 块 尺 寸 愈 小 ,立 方 体 强 度 愈 高 。 根 据 我 国 的 试 验 资 料 ,建 议 对 施 工 单 位 常 用 的 15cm 或 10cm 边 长 的 立 方 体 试 块 强 度
44、乘 以 下 列 系 数 , 以 折 减 成 20cm 边 长 的 立 方 体 试 块 强 度 R :边 长 为 10cm 的 立 方 体 试 块 为 0.9。8图 1-3 混 凝 土 标 准 立 方 体 试 块 的 破 坏 状 态a) 常 规 试 验 的 加 压 方 法 和 破 坏 状 态 ;b ) 试 块 受 压 面 涂 润 滑 剂 时 的 破 坏 状 态边 长 为 15cm 的 立 方 体 试 块 为 0.95。根 据 公 桥 规 的 规 定 ,用 于 公 路 桥 梁 承 重 部 分 的 混 凝 土 标 号 分 为 15 号 、 20 号 、 25 号 、 30 号 、 40 号 、 50
45、 号 、 60 号 等 七 种 。 同 时 规 定 钢 筋 混 凝 土 构 件 的 混 凝 土 标 号 不 宜 低 于 15 号 ;当 构 件 中 采 用 II、 III 级 钢 筋 时 ,混 凝 土 标 号 不 宜 低 于 20 号 。混 凝 土 标 号 是 设 计 钢 筋 混 凝 土 结 构 时 选 择 混 凝 土 材 料 的 主 要 指 标 ,应 根 据 结 构 物 的 用 途 、 尺 寸 、 施 工 与 使 用 条 件 ,以 及 经 济 和 技 术 等 因 素 综 合 考 虑 。2. 棱 柱 体 抗 压 强 度 (轴 心 抗 压 强 度 )R a混 凝 土 棱 柱 体 抗 压 强 度
46、R a ,一 般 采 用 高 宽 比 h b 为 3 4 倍 的 棱 柱 体 试 件 (常 采 用 10cm 10cm 30cm 或 15cm 15cm 45cm 两 种 ),做 轴 心 抗 压 试 验 来 确 定 混 凝 土 的 轴 心 抗 压 强 度 。 棱 柱 体 试 件 抗 压 破 坏 试 验 情 况 如 图 1-4。棱 柱 体 与 立 方 体 由 于 其 形 状 不 同 ,抗 压 强 度 亦 不 同 。 在 实 际 工 程 结 构 中 ,轴 心 受 压 构 件 的 纵 向 尺 寸 总 是 大 于 它 的 横 向 尺 寸 (例 如 柱 及 桁 架 中 的 压 杆 等 ),采 用 棱 柱
47、 体 试 件 比 立 方 体 试 件能 更 好 地 反 映 混 凝 土 的 实 际 抗 压 能 力 。 在 同 样 条 件 下 棱 柱 体 抗 压 强 度 Ra 小 于 立 方 体 抗 压 强度 ,且 棱 柱 体 的 高 宽 比 h/ b 越 大 ,则 强 度 越 小 (图 1-5)。图 1-4 混 凝 土 棱 柱 体 抗 压 试 验 图 1 -5 棱 柱 体 高 宽 比 对 抗 压 强 度 的 影 响根 据 国 内 外 试 验 研 究 表 明 ,R a 和 R 之 间 近 似 地 呈 线 性 关 系 ,如 图 1-6 所 示 。 由 统 计 所 得 的 经 验 公 式 近 似 地 取 为 :
48、R a= 0.8R 。 考 虑 到 试 件 与 实 际 构 件 受 力 情 况 的 误 差 及 我 国 多 年 来 的 取 值 习 惯 ,实 际 应 用 时 取R a = 0.7R (1-1)这 显 然 是 偏 于 安 全 的 。 实 践 证 明 ,用 棱 柱 体 强 度 作 为 混 凝 土 的 轴 心 抗 压 强 度 是 符 合 实 际 的 。 3. 混 凝 土 的 轴 心 抗 拉 强 度 R l9pll混 凝 土 轴 心 抗 拉 强 度 试 件 尺 寸 为 10 10 (40 50)cm ,在 试 件 轴 线 的 两 端 预 埋 钢 筋 (如 图 1-7),以 便 在 试 验 机 上 预
49、加 拉 力 。 试 件 破 坏 时 的 平 均 拉 应 力 即 为 混 凝 土 的 轴 心 抗 拉 强 度 Rl。 混 凝 土 的 轴 心 抗 拉 强 度 R l 远 低 于 立 方 体 抗 压强 度 R ,一 般 约 为 R 的 1/ 8 1/ 12;R 愈 高 ,则 R l/ R 比 值 愈 小 ,即 混 凝 土 的 R 提 高 后 ,其 相 应 的 R l 却 提 高 不 多 。因 混 凝 土 的 轴 心 抗 拉 强 度 很 低 ,在 进 行 钢 筋 混 凝 土 结 构 强 度 计 算 时 ,总 是考 虑 受 拉 区 混 凝 土 开 裂 后 退 出 工 作 ,拉 应 力 全 部 由 钢 筋 承 受 。 此 时 ,混 凝 土 的 轴 心 抗 拉 强 度 已 无 意 义 。 但 对 于 不 容 许 出 图 1-6 混 凝 土 棱 柱 体 强 度 R a 与 立
