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第一篇第一篇 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构第一章第一章 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构的基本概念 及材料的物理力学性能及材料的物理力学性能第一节第一节 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构的基本概念钢钢筋筋混混凝凝土土是是由由两两种种力力学学性性能能不不同同的的材材料料钢钢筋筋和和混混凝凝土土结结合合成成整整体体，共共同同发发挥挥作作用用的的一一种种建建筑筑材料。材料。1.11.11.11.1素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较 破坏特征：破坏特征：一裂即断，脆性，一裂即断，脆性，破坏无预兆；破坏无预兆；F Fmaxmax8kN8kN素混凝土梁素混凝土梁 破坏特征：破坏特征：裂不等于坏，裂不等于坏，破坏有预兆；破坏有预兆；F Fmaxmax36kN36kN钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁1、受弯构件（梁）、受弯构件（梁）uu结结论论：根根据据 构构件件受受力力状状况况配配置置受受力力钢钢筋筋构构成成钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件，可可充充分分利利用用钢钢筋筋和和混混凝凝土土各各自自的的材材料料，把把它它们们有有机机地地结结合合在在一一起起共共同同工工作作，从从而而提提高高构构件件的的承承载载能能力力、改改善善构构件件的的受受力力性能。钢筋的作用是代替混凝土受拉或协助混凝土受压。性能。钢筋的作用是代替混凝土受拉或协助混凝土受压。F1F2F2、受压构件（柱）、受压构件（柱）试验表明：与素混凝土受压构件截面尺寸及长细比相同的钢筋混凝土受压构件相比，不仅承载能力大为提高，而且受力性能得到改善。3 3、钢筋和混凝土能够共同工作的原因。、钢筋和混凝土能够共同工作的原因。混混凝凝土土结结硬硬后后与与钢钢筋筋牢牢固固地地粘粘结结在在一一起起，能能相相互互传递应力。传递应力。注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的材料注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的材料也可作配筋用。也可作配筋用。混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。钢筋与混凝土有相近的线膨胀系数。钢筋与混凝土有相近的线膨胀系数。自重大自重大抗裂性较差抗裂性较差施工受季节环境施工受季节环境影响较大影响较大现浇结构模板耗现浇结构模板耗用木材较多用木材较多 4 4、钢筋混凝土优缺点、钢筋混凝土优缺点缺点优点l耐久性好耐久性好l耐火性好耐火性好l整体性好整体性好l可模性好可模性好l取材容易取材容易1.2 混凝土混凝土1.2.1 混凝土的强度混凝土的强度试验方法试验方法：试件与压力机之间不加油脂润滑剂。：试件与压力机之间不加油脂润滑剂。试件尺寸：试件尺寸愈小，摩阻力影响越大，测得试件尺寸：试件尺寸愈小，摩阻力影响越大，测得的强度愈高。的强度愈高。1 1、立方体抗压强度、立方体抗压强度、立方体抗压强度、立方体抗压强度1 1）标准试件：尺寸：）标准试件：尺寸：）标准试件：尺寸：）标准试件：尺寸：150150150mm150150150mm立方体立方体立方体立方体 温度：温度：温度：温度：202022 相对湿度：相对湿度：相对湿度：相对湿度：95%95%以上以上以上以上 养护时间：养护时间：养护时间：养护时间：2828天天天天.标准制作方法标准制作方法标准制作方法标准制作方法 规定的试验方法规定的试验方法规定的试验方法规定的试验方法cuf2 2 2 2 轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度 f f f fc c c c(棱柱体强度棱柱体强度棱柱体强度棱柱体强度)1)试件试件n n150mm150mm150mm150mm300mm,300mm,制作方制作方制作方制作方法同立方体试件法同立方体试件法同立方体试件法同立方体试件.2)2)影响因素影响因素影响因素影响因素:试件高度试件高度试件高度试件高度h h与边与边与边与边长长长长b b之比之比之比之比,比值越大比值越大比值越大比值越大,轴心抗压强度越小轴心抗压强度越小轴心抗压强度越小轴心抗压强度越小.(.(图图图图1-4)1-4)01.02.0 fcu/fch/b1.02.03.04.0 h/b对抗压强度的影响3、抗拉强度、抗拉强度ft1)1)测试方法测试方法测试方法测试方法:采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定.(.(如下图）如下图）如下图）如下图）2)2)采用劈裂试验测抗拉强度的原因采用劈裂试验测抗拉强度的原因4、复合应力状态下的混凝土强度、复合应力状态下的混凝土强度双向应力双向应力 两个垂直平面上作用有法向应两个垂直平面上作用有法向应力，第三个平面上应力为零。力，第三个平面上应力为零。双向受压时，一向的混凝土强度随着另一向压应力增双向受压时，一向的混凝土强度随着另一向压应力增加而增加。加而增加。双向受拉时，双向受拉混凝土抗拉强度均接近于单向抗双向受拉时，双向受拉混凝土抗拉强度均接近于单向抗拉强度。拉强度。一向受拉、一向受压时，混凝土强度均低于单向受力一向受拉、一向受压时，混凝土强度均低于单向受力强度。强度。压剪应力状态下，混凝土的抗压强度由于剪应力的存在压剪应力状态下，混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低；当而降低；当/fc/fc（0.50.7)时，抗剪强度随压应力的增时，抗剪强度随压应力的增大而减小。大而减小。三向受压状态下，混凝土的轴心抗压强度随另外两向压三向受压状态下，混凝土的轴心抗压强度随另外两向压应力增加而增加。与侧向应力的关系为：应力增加而增加。与侧向应力的关系为：1.2.2 1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形1）混凝土在单调、短期加载作用下的变形。应力应变曲线。0A:近似弹性近似弹性 AB:非线性非线性 BC:体积增大体积增大 CF:破坏破坏 中、低强度混凝土高强混凝土：高强混凝土：，混凝土的弹性模量、变形模量公路桥规公路桥规弹性模量确定方法：试验采用棱柱体试件，弹性模量确定方法：试验采用棱柱体试件，取应力上限为取应力上限为0.5，进行反复加载，进行反复加载5 51010次，取应力应变曲次，取应力应变曲线的斜率作为弹性模量。线的斜率作为弹性模量。经验公式：剪切模量：2 2）混凝土在长期荷载作用下的变形性能）混凝土在长期荷载作用下的变形性能（1 1）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形。而增长的变形。而增长的变形。而增长的变形。（2）原因：在长期荷载的作用下，混凝土胶）原因：在长期荷载的作用下，混凝土胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流动，微孔隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，动，微孔隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐产生等综合作用的结果。微细裂缝逐渐产生等综合作用的结果。（3）徐变曲线）徐变曲线（3）影响徐变的因素：）影响徐变的因素：混凝土长期荷载作用下的应力混凝土长期荷载作用下的应力混凝土长期荷载作用下的应力混凝土长期荷载作用下的应力 0.5fc0.5fc时，线性徐变；时，线性徐变；时，线性徐变；时，线性徐变；0.5fc0.5fc 0.8fc0.8fc，时，非线性徐变，时，非线性徐变，时，非线性徐变，时，非线性徐变 0.8fc0.8fc，非稳定徐变。，非稳定徐变。，非稳定徐变。，非稳定徐变。加载时混凝土的龄期加载时混凝土的龄期加载时混凝土的龄期加载时混凝土的龄期 加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大混凝土的组成成分和配合比混凝土的组成成分和配合比混凝土的组成成分和配合比混凝土的组成成分和配合比 水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝土中所占的比重愈高，则徐变愈小。土中所占的比重愈高，则徐变愈小。土中所占的比重愈高，则徐变愈小。土中所占的比重愈高，则徐变愈小。养护及使用条件下的温度。养护及使用条件下的温度。养护及使用条件下的温度。养护及使用条件下的温度。养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作用就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，用就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，用就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，用就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。3)3)混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土的收缩：混凝土的收缩：混凝土的收缩：混凝土的收缩：混凝土在空气中结硬时其体积混凝土在空气中结硬时其体积混凝土在空气中结硬时其体积混凝土在空气中结硬时其体积会缩小的现象。会缩小的现象。会缩小的现象。会缩小的现象。原因：硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中原因：硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分蒸发引起的干缩。蒸发引起的干缩。混凝土收缩的特点：混凝土收缩的特点：混凝土收缩的特点：混凝土收缩的特点：结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩的的的的25%25%，一个月完成，一个月完成，一个月完成，一个月完成50%50%，三个月后增长缓慢，两年，三个月后增长缓慢，两年，三个月后增长缓慢，两年，三个月后增长缓慢，两年后趋于稳定。最终收缩值约为（后趋于稳定。最终收缩值约为（后趋于稳定。最终收缩值约为（后趋于稳定。最终收缩值约为（2 26 6）1010-4-4）。）。）。）。l水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。收缩也越大。收缩也越大。收缩也越大。l骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，收缩小。收缩小。收缩小。收缩小。l养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越小。小。小。小。l混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。l使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。l构件体表比：体表比大时，收缩小。构件体表比：体表比大时，收缩小。构件体表比：体表比大时，收缩小。构件体表比：体表比大时，收缩小。影响因素影响因素1.31.3钢筋钢筋1.3.11.3.1钢筋的种类钢筋的种类热轧钢筋强度级别品种外形强度等级代号R235HRB335HRB400KL335光圆钢筋变形钢筋代号直径范围820625 2850625 2850825 2540中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线u做预应力筋用。做预应力筋用。中强：中强：8001370MPa高强：高强：14701860MPa冷加工钢筋冷加工钢筋 冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。u冷拉钢筋仍有屈服台阶。冷拉钢筋仍有屈服台阶。1.3.2 1.3.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形有明显流幅的钢筋应力应变曲线b0.2%0.2没有明显流幅的钢筋应力应变关系这类没有明显流幅的钢筋，这类没有明显流幅的钢筋，在结构设计时，需对这类钢在结构设计时，需对这类钢筋定义一个名义的屈服强度筋定义一个名义的屈服强度作为设计值。将对于参与应作为设计值。将对于参与应变为变为0.2%时的应力时的应力0.20.2作为作为屈服点（又称为条件屈服点）屈服点（又称为条件屈服点），公路桥规公路桥规取：取：1.3.3 1.3.3 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求v 强度高强度高v 塑性好塑性好用伸长用伸长率和冷弯性能衡量。率和冷弯性能衡量。伸长率伸长率同一根钢筋同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。不反映钢筋总伸长率情况。冷弯冷弯冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。=90,180,反复弯曲反复弯曲要要求：冷弯过程中无裂缝、鳞求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。落或断裂。D 愈小，要求愈高。愈小，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。v可加工性好可加工性好v与混凝土粘结锚固性好与混凝土粘结锚固性好变形钢筋比光面钢筋好变形钢筋比光面钢筋好1.41.4钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结1.4.11.4.1粘结力粘结力粘结力粘结力1.1.粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合力，这些力统称为粘结力。力，这些力统称为粘结力。力，这些力统称为粘结力。力，这些力统称为粘结力。2.2.粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。1.4.21.4.2粘结机理分析粘结机理分析1 1光圆钢筋与混凝土的粘结光圆钢筋与混凝土的粘结光圆钢筋与混凝土的粘结光圆钢筋与混凝土的粘结粘结力组成：粘结力组成：粘结力组成：粘结力组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，破坏面是二者之间的接触面。破坏面是二者之间的接触面。破坏面是二者之间的接触面。破坏面是二者之间的接触面。2 2变形钢筋与混凝土的粘结变形钢筋与混凝土的粘结变形钢筋与混凝土的粘结变形钢筋与混凝土的粘结 主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合作用，如图所示。作用，如图所示。作用，如图所示。作用，如图所示。变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋的粘结力。的粘结力。的粘结力。的粘结力。1.4.3 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素uu混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关系系系系uu构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。处于水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸处于水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸处于水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸处于水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。uu钢筋的布置钢筋的布置钢筋的布置钢筋的布置uu混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度结构按极限状态法设计原则第二章结构设计计算方法的演变过程：结构设计计算方法的演变过程：1.容许应力法容许应力法u以以弹性理论弹性理论为基础，但未考虑材料的塑性。为基础，但未考虑材料的塑性。u计算在计算在标准荷载标准荷载作用下，构件任意一点的作用下，构件任意一点的应力不大于规定的应力不大于规定的容许应力容许应力。u容许应力容许应力由材料的强度除以安全系数得到。由材料的强度除以安全系数得到。2.破坏阶段计算法破坏阶段计算法u计算结构构件的承载力时，充分考虑了材料计算结构构件的承载力时，充分考虑了材料的塑性性能。的塑性性能。u按材料标准极限强度计算的承载能力必须大按材料标准极限强度计算的承载能力必须大于于最大荷载最大荷载产生的内力。产生的内力。u计算的计算的最大荷载最大荷载由规定的由规定的标准荷载标准荷载乘以单一乘以单一的的安全系数安全系数而得到。而得到。3.极限状态法极限状态法u规定了结构的极限状态。规定了结构的极限状态。u安全系数分为：荷载系数、材料系数、安全系数分为：荷载系数、材料系数、工作条件系数工作条件系数u部分荷载系数和材料系数基本上根部分荷载系数和材料系数基本上根据统计资料用概率来确定的。据统计资料用概率来确定的。4、概率极限状态设计法概率极限状态设计法u把影响结构可靠性的各种因素均视为随机把影响结构可靠性的各种因素均视为随机变量，以大量的现场实测资料和实验数据为变量，以大量的现场实测资料和实验数据为基础，运用统计数学的方法，寻求各变量的基础，运用统计数学的方法，寻求各变量的统计规律，确定结构的失效概率来表示结构统计规律，确定结构的失效概率来表示结构的可靠性。的可靠性。u以可靠度理论为基础。以可靠度理论为基础。2.1 2.1 概率极限状态法设计的基本概念概率极限状态法设计的基本概念1.1.结构的可靠性结构的可靠性安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性数量描述2.2.可靠度可靠度设计基设计基准期准期正常设计正常设计正常施工正常施工正常使用正常使用结构在结构在规定的时间规定的时间内，内，规定的条件规定的条件下完成预定下完成预定功能的功能的概率概率。3.3.作用、作用效应及分类作用、作用效应及分类（1 1）定义：）定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、裂缝的因素，都称为结构上的作用。应变、裂缝的因素，都称为结构上的作用。（2 2）一般分类：）一般分类：直接作用：施加在结构上的集中力或分布力。直接作用：施加在结构上的集中力或分布力。间接作用：间接作用：温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、温度、收缩、徐变、地基不均匀沉降、地震等。地震等。（3 3）桥规分类桥规分类：永久作用、可变作用、偶然作用：永久作用、可变作用、偶然作用（4 4）作用效应：）作用效应：作用在结构上产生的反应，如内力、作用在结构上产生的反应，如内力、应力、位移、应变、裂缝等，称为作用效应。应力、位移、应变、裂缝等，称为作用效应。（5 5）结构的抗力：）结构的抗力：结构抵抗作用效应的能力，称为结结构抵抗作用效应的能力，称为结构抗力。构抗力。4.4.结构的极限状态结构的极限状态（1）承载能力极限状态）承载能力极限状态 这种极限状态对应于这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形。变形。l整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）；滑动、倾覆等）；l结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；l结构转变成机动体系；结构转变成机动体系；l结构或构件丧失稳定；结构或构件丧失稳定；（2）正常使用极限状态）正常使用极限状态 这种极限状态对应于结这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值的状态。值的状态。l影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；l影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过影响正常使用或耐久性能的局部损坏（如过大的裂缝宽度）大的裂缝宽度）l影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；l影响正常使用的其它特定状态。影响正常使用的其它特定状态。（3）破坏）破坏-安全极限状态安全极限状态 又称为条件极限状态，又称为条件极限状态，超过这种极限状态而导致的破坏，允许结构发生局超过这种极限状态而导致的破坏，允许结构发生局部的破坏，而对以发生局部破坏的结构的其它部分，部的破坏，而对以发生局部破坏的结构的其它部分，应当具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计应当具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计荷载。荷载。2.1.32.1.3结构的失效概率与可靠度指标结构的失效概率与可靠度指标影响工程结构可靠度的两个综合变量：影响工程结构可靠度的两个综合变量：综合作用效应综合作用效应S S综合抗力综合抗力R R结构的功能函数Z=R-SZ=R-S对功能函数作一次观测，对功能函数作一次观测，可能出现以下三种情况可能出现以下三种情况（如图）：（如图）：Z=R-S0，结构处于可靠状态，结构处于可靠状态Z=R-S0，结构已失效或破坏，结构已失效或破坏Z=R-S=0，结构处于极限状态，结构处于极限状态S SR R1 1R R2 2Z Z1 1Z Z2 2R RS1R1 失效结构的极限状态方程为：结构的极限状态方程为：Z=gZ=g（R,SR,S）=R-S=0=R-S=0R R和和S S都服从正态分布，则都服从正态分布，则Z Z也符合正态分布，也符合正态分布，Z Z的概率密度为：的概率密度为：其分布其分布如图所如图所示：示：fz(z)z mz则结构的失效概率为：则结构的失效概率为：fz(z)z zZ0可靠PrPf可靠度指标：可靠度指标：2.1.52.1.5目标可靠度目标可靠度定义：用作公路桥梁结构设计依据的可靠度。定义：用作公路桥梁结构设计依据的可靠度。确定方法：校准法。即根据各基本变量的统计参确定方法：校准法。即根据各基本变量的统计参数和概率分布模型，运用可靠度的计算方法，揭示数和概率分布模型，运用可靠度的计算方法，揭示以往规范隐含的可靠度，以此作为确定目标可靠指以往规范隐含的可靠度，以此作为确定目标可靠指标的依据。标的依据。公路桥梁结构构件的可靠指标（两种极限状态）4.24.75.2脆性破坏脆性破坏3.74.24.7塑性破坏塑性破坏三级三级二级二级一级一级安全等级安全等级破坏类型破坏类型2.22.2我国公路桥涵设计规范（我国公路桥涵设计规范（JTG D62-2004JTG D62-2004）的计算原则的计算原则2.2.12.2.1设计状况设计状况设设计计状状况况持久状况持久状况短暂状况短暂状况偶然状况偶然状况验算承载能力极限状态和验算承载能力极限状态和正常使用极限状态正常使用极限状态一般只验算承载能力极限一般只验算承载能力极限状态状态验算承载能力极限状态，验算承载能力极限状态，视需要验算正常使用极视需要验算正常使用极限状态限状态2.2.22.2.2承载能力极限状态计算表达式承载能力极限状态计算表达式安全等级：安全等级：安全等级一级二级三级破坏后果很严重严重不严重桥涵类型特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥小桥、涵洞结构重要性系数01.11.00.9表达式：表达式：2.2.32.2.3持久状况正常使用极限状态计算表达式持久状况正常使用极限状态计算表达式以结构弹性理论或弹塑性理论为基础，采用作以结构弹性理论或弹塑性理论为基础，采用作用的短期效应组合、长期效应组合或短期效应用的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算。裂、裂缝宽度和挠度进行验算。按照公路桥涵的受力特点，还要求对钢筋混凝按照公路桥涵的受力特点，还要求对钢筋混凝土及预应力混凝土受力构件按短暂状况设计时计土及预应力混凝土受力构件按短暂状况设计时计算其在制作、运输及安装等施工阶段由自重、施算其在制作、运输及安装等施工阶段由自重、施工荷载产生的应力，并不超过规定的限值；按持工荷载产生的应力，并不超过规定的限值；按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段的应力，并不超过限值，按照弹性理论使用阶段的应力，并不超过限值，按照弹性理论计算。计算。2.32.3材料强度的取值材料强度的取值2.3.12.3.1材料强度标准的取值原则材料强度标准的取值原则1 1）材料强度的标准值）材料强度的标准值2 2）材料强度的设计值）材料强度的设计值混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度取1.45热轧钢筋和精轧螺纹钢筋取1.2高强钢丝钢绞线取1.452.3.22.3.2混凝土强度标准值和设计值混凝土强度标准值和设计值 1.标准尺寸：标准尺寸：150mm150mm150mm 2.养护条件：养护条件：20 2，湿度，湿度95%；28d 3.加荷方法：加荷速度加荷方法：加荷速度0.150.25MPa/s，垫板不涂油或垫橡胶板。垫板不涂油或垫橡胶板。4.强度保证率：强度保证率：95%，f=-1.645 立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值混凝土强度与试混凝土强度与试块混凝土强度的块混凝土强度的修正系数修正系数脆性影响脆性影响系数系数 棱柱体强度棱柱体强度与立方体强与立方体强度之比值度之比值轴心抗压强度标准值轴心抗压强度标准值 c1 和和 c2 值值0.870.8870.9030.9190.9350.9510.9680.9844.00 c20.820.810.800.790.780.770.760.760.76 c1C80C75C70C65C60C55C50C45C40混凝土混凝土强度强度等级等级轴心抗拉强度标准值轴心抗拉强度标准值2.3.32.3.3钢筋的强度和标准值钢筋的强度和标准值抗拉强度抗拉强度标准值标准值f fsksk:有明显流幅的钢筋，采用国家标准中有明显流幅的钢筋，采用国家标准中规定的屈服强度标准值。规定的屈服强度标准值。对钢绞线、预应力钢丝等无明显流幅的对钢绞线、预应力钢丝等无明显流幅的钢筋，取钢筋，取0.850.85b b作为设计取用的条件作为设计取用的条件屈服强度。屈服强度。抗压强度标准值抗压强度标准值但不得大于相应钢筋抗拉强度设计值。2.42.4作用、作用代表值和作用效应组合作用、作用代表值和作用效应组合2.4.12.4.1公路桥涵结构上的作用分类公路桥涵结构上的作用分类按其随时间的变异性和出现的可能性分为：永按其随时间的变异性和出现的可能性分为：永久作用、可变作用、偶然作用。久作用、可变作用、偶然作用。2.4.22.4.2作用的代表值作用的代表值作用的标准值作用的标准值作用的频遇值作用的频遇值作用的准永久值作用的准永久值2.4.32.4.3作用效应的组合作用效应的组合承载能力极限状态计算时的作用效应组合承载能力极限状态计算时的作用效应组合正常使用极限状态计算时作用效应组合正常使用极限状态计算时作用效应组合u短期效应组合u长期期效应组合受弯构件正截面承载力计算第三章受弯构件的受弯构件的主要破坏形态主要破坏形态:3.13.1受弯构件的截面形式与构造受弯构件的截面形式与构造3.1.13.1.1截面的形式和尺寸截面的形式和尺寸板板受拉钢筋受压区hb整体式板u钢筋混凝土简支板的标准跨径不宜大于钢筋混凝土简支板的标准跨径不宜大于13m13m，连，连续板桥的标准跨径不宜大于续板桥的标准跨径不宜大于25m25m，预应力连续板桥，预应力连续板桥的标准跨径不宜大于的标准跨径不宜大于30m30m。u现浇板宽度现浇板宽度比较大，计算比较大，计算时可取单位宽时可取单位宽度的矩形截面度的矩形截面计算。计算。受拉钢筋受压区hb装配式实心板受压区受拉钢筋hb装配式空心板u空心板的顶板和底板厚度，均不应小于空心板的顶板和底板厚度，均不应小于80mm80mm，空，空心板的空洞端部应予以封填。板的厚度由控制截面心板的空洞端部应予以封填。板的厚度由控制截面上的最大弯矩和板的刚度要求决定，人行道板的厚上的最大弯矩和板的刚度要求决定，人行道板的厚度，就地浇筑的板不宜小于度，就地浇筑的板不宜小于80mm80mm，预制混凝土板不，预制混凝土板不宜小于宜小于60mm60mm，行车道板的厚度不宜低于，行车道板的厚度不宜低于100mm100mm。梁梁受压区受拉钢筋矩形梁h受拉钢筋b b受压区翼板腹板T形梁箱形梁u现浇矩形截面梁的宽度现浇矩形截面梁的宽度b b通常取通常取120mm120mm、150mm150mm，180mm180mm、200mm200mm、220mm220mm、250mm250mm，以后按，以后按50mm50mm或或100mm100mm递增。矩形截面梁宽高比一般可取递增。矩形截面梁宽高比一般可取2.02.02.5.2.5.u预制的预制的T T形截面梁，高跨比一般为形截面梁，高跨比一般为1/111/111/161/16。跨。跨径较大时用偏小值，梁肋宽度常取为径较大时用偏小值，梁肋宽度常取为150mm150mm180mm180mm。T T形梁翼版悬臂端厚度不应小于形梁翼版悬臂端厚度不应小于100mm100mm，梁肋处翼，梁肋处翼版的厚度不宜小于梁高的版的厚度不宜小于梁高的1/101/10。u钢筋混凝土钢筋混凝土T T形、形、I I形截面简支梁标准跨径不宜大形截面简支梁标准跨径不宜大于于16m16m，钢筋混凝土箱形截面简支梁标准跨径不宜大，钢筋混凝土箱形截面简支梁标准跨径不宜大于于25m25m，钢筋混凝土箱形截面连续梁标准跨径不宜大，钢筋混凝土箱形截面连续梁标准跨径不宜大于于50m50m。3.1.23.1.2受弯构件的钢筋构造受弯构件的钢筋构造u钢筋混凝土梁（板）正截面承受弯矩作用时，中钢筋混凝土梁（板）正截面承受弯矩作用时，中和轴以上部分受压，中和轴以下受拉，故在梁（板）和轴以上部分受压，中和轴以下受拉，故在梁（板）的受拉区配置纵向钢筋，此种构件称为的受拉区配置纵向钢筋，此种构件称为单筋受弯构单筋受弯构件件，如果同时在截面受压区也配置钢筋，则成为，如果同时在截面受压区也配置钢筋，则成为双双筋受弯构件筋受弯构件u配筋率：截面上配置钢筋的多少。配筋率：截面上配置钢筋的多少。纵向钢筋的面积截面的有效高度梁宽u板的钢筋板的钢筋l四边支撑的板，长宽比大于等于四边支撑的板，长宽比大于等于2 2时受力以短边时受力以短边为主，称之为单向板，反之为双向板。为主，称之为单向板，反之为双向板。l受力主钢筋的直径不宜小于受力主钢筋的直径不宜小于10mm10mm（行车道板）或（行车道板）或8mm8mm（人行（人行道板），简支板跨中及连续板道板），简支板跨中及连续板的支点处间距不大于的支点处间距不大于200mm200mm。主筋主筋分布筋分布筋顺板跨方向顺板跨方向分布筋分布筋主筋主筋垂直于跨方向垂直于跨方向l分布钢筋的作用是使主分布钢筋的作用是使主钢筋受力更均匀，同时也钢筋受力更均匀，同时也起着固定受力钢筋位置、起着固定受力钢筋位置、分担混凝土收缩和温度应分担混凝土收缩和温度应力的作用。力的作用。u梁的钢筋梁的钢筋绑扎钢筋骨架绑扎钢筋骨架架立钢筋架立钢筋箍筋箍筋纵向钢筋纵向钢筋弯起钢筋弯起钢筋净距Sn绑扎钢筋骨架时绑扎钢筋骨架时c c水平纵向钢筋水平纵向钢筋焊接钢筋骨架时焊接钢筋骨架时c c3.23.2受弯构件正截面受力全过程和破坏全过程受弯构件正截面受力全过程和破坏全过程3.2.13.2.1实验研究实验研究百分表F FF F5507005501800弯矩M图剪力V图应变测点210100160受弯构件正截面工作的三个阶段受弯构件正截面工作的三个阶段5 5101015152020252530305 5101015152020mmmmF(KN)F(KN)aaaaa a裂缝即将出现纵向钢筋屈服破坏试验梁的荷载试验梁的荷载-挠度图挠度图梁正截面上混凝土应力分布规律梁正截面上混凝土应力分布规律l-整体工作阶段整体工作阶段特征：混凝土全截面工作混凝特征：混凝土全截面工作混凝土压应力和拉应力基本上都呈土压应力和拉应力基本上都呈三角形分布。三角形分布。la-a-混凝土即将开裂混凝土即将开裂特征：混凝土受压区的应力基特征：混凝土受压区的应力基本上仍是三角形分布，拉区混本上仍是三角形分布，拉区混凝土的盈应力图形为曲线形。凝土的盈应力图形为曲线形。受拉边缘混凝土的拉应变临近受拉边缘混凝土的拉应变临近极限拉应变。极限拉应变。l-带裂缝工作阶段带裂缝工作阶段特征：梁出现第一批裂缝，在特征：梁出现第一批裂缝，在裂缝截面上，拉区混凝土推出裂缝截面上，拉区混凝土推出工作，拉应力转给钢筋承担，工作，拉应力转给钢筋承担，发生了应力重分布，钢筋的拉发生了应力重分布，钢筋的拉应力随荷载的增加而增大，混应力随荷载的增加而增大，混凝土的压应力呈微曲的曲线形，凝土的压应力呈微曲的曲线形，中和轴位置向上移动。中和轴位置向上移动。la-a-受拉钢筋屈服受拉钢筋屈服特征：钢筋的拉应变达到屈特征：钢筋的拉应变达到屈服时的应变值，应力达到屈服时的应变值，应力达到屈服强度。服强度。l-裂缝急剧扩展阶段裂缝急剧扩展阶段特征：钢筋的拉应变增长很快，钢筋的特征：钢筋的拉应变增长很快，钢筋的拉应力一般维持在屈服强度不变，裂缝拉应力一般维持在屈服强度不变，裂缝急剧开展，中和轴继续上升，混凝土受急剧开展，中和轴继续上升，混凝土受压区面积不断缩小，压应力也不断增加，压区面积不断缩小，压应力也不断增加，压应力图成为丰满的曲线形。压应力图成为丰满的曲线形。la-a-梁即将破坏梁即将破坏特征：截面上边缘的混凝土压应变达到特征：截面上边缘的混凝土压应变达到极限压应变值，压应力呈明显的曲线形，极限压应变值，压应力呈明显的曲线形，最大应力以不在上边缘而在稍下处，在最大应力以不在上边缘而在稍下处，在临界裂缝两侧一定的区段内，出现纵向临界裂缝两侧一定的区段内，出现纵向水平裂缝，随即混凝土被压碎，梁破坏。水平裂缝，随即