第一节摇钢筋混凝土结构的概念

快易收口网：将水泥、集料(砂、砾石、碎石)和水按适当的比例拌和在一起,硬结后可获得坚固的类似岩石的材料,称为混凝土。混凝土的密度取决于形成混凝土的各种材料,普通混凝土的容重约为圆据辅。在混凝土组成中,粗、细集料占总体积的远豫~康豫,细集料由天然砂或成品砂组成,粗集料由碎石、砾石或铁矿渣构成。

快易收口网： 混凝上的抗压强度很高,但抗拉强度却较低。为此若要混凝土构件承受拉应力就需要用抗拉强度很高的材料予以“加强”。通常的做法是在构件受拉部位放置适量的钢筋。在构件里设置钢筋的主要目的是加强构件的抗拉能力。此外,钢筋也可以用来加强混凝土构件受压区的抗压能力。因此,钢筋混凝土具备了既受压又受拉的性能,因而成为工程上广泛应用的建筑材料。

快易收口网：以混凝土材料为主制成的结构，称为混凝土结构。其中包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。混凝上结构中不配置钢筋或根据某些规定配置构造钢筋的混凝土结构称为素混凝土结构。根据受力要求把钢筋以合理的形式浇注在混凝土中而形成的混凝土结构称为钢筋混凝上结构。如果在混凝土结构中,通过张拉钢筋而对混凝土施加预压应力,就形成了预应力混凝土结构。混凝土的预压应力用以抵消荷载引起的拉应力,从而提高了结构的抗裂性。

钢筋和混凝土组成的材料在受到各种作用效应时具有两种材料的特点。例如，在钢筋混凝土受弯构件(梁.板)中,可以用钢筋来承受弯矩引起的全部拉应力,而受压区的混凝土承受压应力。在受拉为主的构件中,可以用钢筋来承受全部拉力,混凝士则对钢筋起保护作用，使钢筋免受腐蚀。在受压为主的构件中,为减小构件截面尺寸和改善构件的受力性能,可以配置一定 数量的钢筋来分担构件所承受的压力。

钢筋和混凝土两种材料能够共同工作的原因是:

(员钢筋与混凝土之间的粘结面具有可靠的粘结力。混凝土的凝结作用、混凝土与表面粗糙或表面带肋纹的钢筋之间的机械咬合作用而在界面处形成了一定程度的粘结力,从而使钢筋和混凝土之间的粘结面具有--定的受剪承载力。这种粘结作用能够保证钢筋和混凝土协调变形.共同工作直至破坏。

(圆钢筋和混凝土的温度线膨胀系数很接近(钢材为员圆伊员编:混凝土为员园伊辅)。因此,当外部温度发生变化时,在两种材料内不会因为收缩或膨胀而破坏两种材料之间的粘结强度。

(猿钢筋外面的混凝土(指由钢筋表面到构件表面的混凝土保护层)的碱性性质对钢筋起到长期保护作用，使钢筋免遭腐蚀。
第二节摇钢筋混凝土在公路桥涵结构中的应用

快易收口网： 钢筋混凝土在公路工程中的应用非常广泛,用来建造公路桥梁的结构构件,其中包括受弯构件、轴心受力(受压和受拉)构件、偏心受力(受压和受拉)构件、受扭构件及复合受力构件等。板和梁作为受弯构件,柱式桥墩台、钻孔灌注桩作为偏心受压构件,桁架桥中的拉杆和系;杆拱拱桥中的系杆作为偏心受拉构件,均是桥梁工程中应用很广的钢筋混凝土构件。

钢筋混凝土如此广泛的应用在于其具备下列主要优点:

(员强度高摇混凝土的抗压强度很高，适合制作各类承重构件。

(圆耐久性好摇混凝土的强度是随时间的增长而增长的，同时钢筋混凝土对于遭受自然气候的干湿和冷热变化，以及化学侵蚀等均具有较强的抵抗力，又包住钢筋不使其生锈。

(猿抗震性能好摇钢筋混凝土结构因为整体性较好，具有一定的延性,故具有较好的抗震性能。

(源耐热性好摇与钢结构相比,钢筋混凝土结构具有较好的耐火性。(缘可塑性好摇可根据需要,浇注成各种形状和尺寸的结构。

(远可就地取材摇钢飭混凝土结构构件所用的材料中,砂石材料所占比重较大,易于就地取材。;

钢筋混凝土结构也存在一些缺点如结构自重大,施工质量不易控制、抗裂性能较差等,从而使其应用范围受到-定限制。然而,随着生产和科技进步,钢筋混凝土的缺点已经或正在得以逐步克服，例如,采用轻质人工骨料代替天然骨料:大力发展装配式结构和应力结构:改进结构形式等。

第三节摇公路钢筋混凝土桥梁结构发展简况

自从古希腊和古罗马时代以来，混凝土及其胶结材料(如火山灰等)就一直在应用。 匙世纪中叶到园世纪初期是钢筋混凝上结构发展的初期,那时已有一些简单的钢筋混凝土板、梁、柱、桁架和拱构件应用。题年配燥擲忏创了钢筋混凝土的应用。题远年宰薄和运棘璨对钢筋混凝土梁进行了- . 系列试验研究。员题损年粤强在英国的夕蜾薄猫糶镇跨宰葬就到赠可上修建了世界上第--座覿跨径的混凝土桥。随后，于是起年在美国旧金山金门公园修建了递的拱桥，匀默蕖跪在法国建造了梁式桥。员数像年与谢蘖又在比利时列日(细囊菜建造了一座缘貔单跨桥。员年砒剿婴刺拓溝遗在瑞土的耕韩南修建了- -座跨砸省欒可的实腹式箱形三铰拱桥，该桥成为以后源年中同类结构的典范。员额远年悦妻揽援趱棘爽岍制了第一块无梁混凝土板。钢筋混凝土在任何建筑形式上的适用性以及随着混凝土施工效率的提高，使其广泛地应用于桥梁建筑上。


起年远集读公布了混凝土结构理论与设计的第--份手稿。之后，员园年德国钢筋混凝士委员会、奥地利混凝土委员会、美国混凝土学会在该领域里的研究取得了相当的进展。到员园年，已修建了许多钢筋混凝土结构物,其中包括钢筋混凝土桥梁。灵题年在前苏联,远年在英国和美国先后有人提出了极限强度理论,大大推动了钢筋混凝土结构设计理论及其应用技术的发展。

在世纪末期，讎躁t和阅獭剿尿于员起年和员磊年)正式提出了预应力混凝土的概圆

念。但是，由于混凝土收缩和徐变引起的预应力损失很大，其应用没有获得成功。直到员远~员趣年当浏解辣馍钥高强钢材控制了预应力损失值,人们才认为预加应力法是可行的。自是康年以来,预加应力法在混凝土设计中的应用开创了混凝土应用的新境界。二次世界大战后，由于钢材的短缺，预应力混凝土成为大跨径桥梁结构的#流行的选择方案。如今,先张法和后张法预应力混凝土结构构件成功地应用于大型桥梁上。

随着生产力水平的提高，试验技术、计算理论研究、材料工艺的发展以及新型结构的开发应用，使钢筋混凝土成为现代工程中应用#广泛的建筑材料。目前,我国常用的混凝土强度已达到园绿#辅吧，国外常用的混凝土抗压强度已达到废薪镇皂想以上。在园世纪编年代初，美国联邦公路管理局(动序粤开始了高性能混凝土(匀悦在公路桥梁上的应用试验研究。高性能混凝土是指能满足各种特殊性能要求而采用非常规成分并经拌和、浇注和养护而成的混凝土。其突出的特性是强度高.渗透性低,比普通混凝土更耐久和强度更高。

近猿年来，我国在钢筋混凝土基本理论与计算方法、可靠度与作用分析、检测技术以及电子技术在钢筋混凝土结构中的应用等方面取得了很多成果,为制定和修订有关规范、规程提供了大量的数据和科学依据。

我国的公路钢筋混凝土桥梁结构理论和对混凝土变形性能分析研究进步很快。在结构可靠度方面，已从单一安全系数法过渡到概率极限状态法。交通部颁布了《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥酒设计规范》(崴园猿等行业规范。国家先后颁布了《公路I程结构可靠度设计统一标准》(郧辙级和装慰想和《混凝土结构设计规范》(郧阴缘园-园费,这必将促进公路混凝土结构设计的技术应用。


第四节摇钢筋混凝土结构的学习方法

快易收口网： “钢筋混凝土结构”课程是公路与桥梁专业的主干课程之-,主要学习桥梁规范规定的钢筋混凝上结构构件承载力的计算基本原理,其中包括构件的受力性能.承载力和变形计算方法等。这也是学习钢筋混凝土桥梁和涵洞等构造物的基础知识。

(员在学习钢筋混凝土结构时,要着重从它与力学不同的方面来掌握钢筋混凝土的特点。由于混凝土是非匀质、非连续、非弹性的材料,钢筋混凝土结构构件的受力性能与力学中所讨论的材料不同。因此,力学中的计算公式可直接应用的情况不多。但是，在学习钢筋混凝土结i构时可借鉴力学中解决问题的一般方法，如通过几何、物理和平衡关系建立基本方程的途径，只要在每一种关系的具体内容上考虑钢筋混凝土性能上的特点即可。由于钢筋混凝土构件是由钢筋和混凝土两种性能很不相同的材料所组成的,二者之间在受力和变形上存在着相互协调、相互制约的问题。这是钢筋混凝土结构的一个比较基本而又具有实际意义的问题。既然钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种材料组成的，则这两种材料在强度和数量上存在--个的配合比问题。如果材料强度的搭配或配筋的比值超过了-定的范围和界限，就会引起构件受力性能的改变。这是钢筋混凝土构件的特点,也是匀质材料构件所没有的。

(圆在学习和运用钢筋混凝土构件的计算公式时,要特别注意其适用范围和条件。钢筋混凝土构件的计算方法是建立在试验的基础上的。由于混凝土受力性能的复杂性,又没有非常完善的强度理论，有关混凝土的强度和变形规律在很大程度上是根据试验资料的统计分析给出的经验关系。

(猿在学习钢筋混凝土结构课程时,要注意学习对多种因素进行综合分析的方法。力学
默然微笑ゝ   14:33:34

课程侧重于构件的应力分析和变形计算，其解答往往是惟-的。钢筋混凝土结构课程所要解决的问题不仅仅是应力和变形问题,而主要问题是结构构件的设计,包括方案、截面形式和材料的选择以及配筋构造等。结构设计是一个综合性问题，需要考虑安全、适用、经济和施工的可行性等各个方面的因素。在给定的作用条件下，同一个构件可以有不同的截面形式和尺寸、配筋数量等多种答案,往往需要进行适用性材料用量.造价、施工等各项指标的综合分析和比较才能合理地选择。

(源要学会运用规范。钢筋混凝土结构课程在很多方面与规范有关。为了贯彻国家的技术经济政策、保证设计与施工质量,达到设计方法上的统一化、标准化，国家颁布了钢筋混凝土结构的设计规范。这是工程技术人员必须遵守的规定，应该熟悉其内容并学会应用。


第二章摇混凝土和钢筋材料性能

第一节摇混摇凝摇土

一、混凝上的强度

强度是混凝土的#重要的力学性质。这是因为任何混凝土结构物主要用以承受荷载或抵抗各种作用力的。在一定情况下,在工程上还要求混凝土具有其他性能,如不透水性,抗冻性等。但是，这些性质与混凝土强度之间存在着密切的联系。-般说来，混凝土的强度愈高,其刚性、不透水性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力愈高。另-方面,其强度愈高,往往干缩也较大，同时较脆易裂。因此,通常用混凝t强度来评定和控制混凝土的质量以及评价各种因素(如原材料、配合比、制造方法和养护条件等)影响程度的指标。

员輥凝土的抗压强度

在钢筋混凝土结构中,混凝土主要用来承受压力，因而研究其抗压强度是十分必要的。试验表明,混凝土的抗压强度除受组成材料的性质、配合比、养护环境、施工方法等影响外,还与试验方法及试件尺寸、形状有关。
默然微笑ゝ   14:34:40
按照极限状态设计法，材料强度的取值是在数理统计的基础上,根据结构的安全和经济条件，选取某一个具有保证率的强度值作为设计指标。在分析大量试验结果的基础上,认为混凝土在各种受力状态下(立方体受压、棱柱体受压及轴心受拉)的强度变化规律，均符合正态分布。

混凝土立方体强度的标准值相当于立方体抗压强度的统计平均值减去员斑缘倍均方差，即具有忽錄保证率的立方体抗压强度。与这个值相对应的各项强度指标(如轴心抗压强度、轴心抗拉强度等)就称为混凝土的各项“强度标准值”。

不同强度等级混凝土的轴心抗压强度标准值和轴心抗拉强度标准值是由立方体抗压强度标准值推算出来的，其中假定混凝土的各种强度的概率分布具有相同的变异系数
默然微笑ゝ   14:35:45

混凝土的收缩过程很长，但在结硬初期和前六个月中，可以完成全部收缩量的康豫~怨豫,在浇注后的几天内收缩变形#为强烈。

造成混凝土收缩的原因很多，主要因素有水泥用量,强度等级、品种,集料的物理性能,施工过程中振捣.养护,构件的体表比。混凝土收缩的结果会使钢筋混凝土结构产生裂缝,预应力混凝土结构产生预应力损失等,故应当设法减小。减少混凝土收缩的措施有:在浇筑混凝土时认真振捣，混凝土密度愈大,孔隙率愈小,收缩愈小;在混凝土浇筑的#初几天里，注意浇水养护(或蒸汽养护),避免混凝土中的水分过快地蒸发,可以比较有效地减少收缩和收缩裂缝;在满足强度等级要求的前提下,尽量减少用灰量，也可以减少混凝土的收缩。此外,还可以用增设伸缩缝来解决，对于较厚的和体积较大的混凝土板,在靠近上F表面的部位配置防止收缩裂缝展开的钢筋(常用φ远~φ园间距园~猿想。

圆混凝土的徐变

在荷载的长期作用下(即压应力不变的情况下),混凝土的变形(即应变)随时间继续增长的现象称为混凝土的徐变(图隙。

在钢筋混凝土板、梁中,混凝土的徐变会降低板.梁的刚度，导致板.梁变形(挠度)的增加，故在计算板、梁的挠度时应考虑长期荷载作用下混凝土产生的徐变影响。

在预应力混凝土结构中,混凝土徐变会造成预应力钢筋中的应力损失。因此,在设计预应力混凝土结构时,必须考虑混凝土的徐变的影响。

试验表明，徐变变形具有如下特征:

(员在不变静力作用下,徐变开始增长较快,然后逐渐减慢，直至接近水平渐近线。(圆在荷载作用下,混凝土的应力愈大,徐变愈大。(猿加荷载时,混凝土龄期愈长,徐变就愈小。(源混凝土强度愈大,徐变愈小。

(缘混凝土的组成成分对徐变影响很大,水泥用量愈大，水灰比愈大，徐变亦愈大;增加集料的含量,集料越坚硬,弹性模量越大,对徐变的约束作用越大，混凝土徐变就减小。

(远混凝土的制作方法、养护条件对徐变也有重要影响，养护条件好，养护时温度高、湿度大、水泥水化作用充分,徐变就减小。

徐变分为线性徐变和非线性徐变。试验表明,当应力较小时(如σ约园器,徐变变形与愿
默然微笑ゝ   14:37:09

应力可近似看作成正比关系，曲线接近等间距分布这种情形称为线性徐变。其特点是加荷初期徐变增长较快,六个月时一-般已完成大部分,之后徐变增长逐渐减小并趋于稳定。当混凝土应力较大时(如σ胭粱时,徐变变形增量与应力增量不成正比,徐变比应力增长更快,故称此为非线性徐变。非线性徐变的特点是，徐变变形急剧增加且呈现非稳定现象。

应该指出,混凝土的徐变和收缩具有本质上的不同，收缩是混凝土本身在结硬过程中的物理化学现象,它与外力无关:而徐变是在静力荷载长期作用下，发生在力的作用方向的塑性变形。

猿馄凝土的变形模量

变形模量是指材料产生单位应变所需要的应力,它是衡量材料刚度性能的重要指标。

在进行结构设计时,计算钢筋混凝t构件的变形或抗裂性能以及预应力混凝土构件的截面应力时,均需要混凝土的弹性模量。

快易收口网：对于弹性材料,应力和应变之间的关系符合线性规律，其弹性模量耘越是--个常量。混凝土不是弹性材料,而是弹塑性材料,应力原应变图呈曲线状态(图圆赖,即应力与应变之间不存在线性关系。因此，混凝土的变形模量不是弹性模量,而应该是包括塑性变形(即不可恢复原状的变形)在内的弹塑性模量。

快易收口网：为消除混凝土的塑性变形影响，求得有代表性的弹性模量,规范采用棱柱体试件在应力σ越园园辣之间反复加荷#次的方法，从大量的试验数据中来确定混凝土的弹性模量(图郾远。每次卸荷至应力为零，都要残存一-部分塑性变形，随着加荷次数增加,塑性变形逐渐减小，当重复加荷园次后，应力一应变曲线接近于直线，此时求得的直线斜率即为规范所决定的弹性模量值耘即:


摇摇第陨介段一带裂缝工作阶段。当荷载继续增加时,受拉区混凝土出现裂缝，并向上不断扩展,受压区混凝土的塑性变形加大，其应力图形呈曲线形。在开裂载面，中和轴以下裂缝尚未延伸到的部位,混凝土可承担--小部分拉力,而开裂的混凝土退出工作，把拉力转移至受拉钢筋,使钢筋应力突然增大。当继续加载,使梁达到陨阶段极限隰时，受拉钢筋应变达到其屈服时应变值拉应力达到屈服强度,相应的弯矩为配

受拉区混凝上开裂标志着梁的受力进入带裂缝工作阶段。钢筋混凝土梁的正常使用阶段即处于这-阶段之内,梁一-般都是带裂缝工作的，故将陨阶段作为受弯构件变形.裂缝宽度计算的依据。

第陨阶段一破环阶段:在第陨阶段末(即陽阶段)钢筋应力已经达到屈服强度,σ%越赛随着荷载进一步增加,钢筋应力将保持不变，而应变增长加速,裂缝随之护展并向上延伸，中和轴继续上移;挠度急剧增加:受压区高度不断减少,受压区混凝土应力迅速增大，其塑性特征更加明显,应力图形呈更丰满的曲线形。中和轴不断上移,内力臂随之增大，截面承载力提高，受拉区混凝土几乎全部退出工作。当受压区边缘达到混凝土的极限压应变时，受压区混凝土被压碎。这个阶段被称为隰陽阶段是正截面破坏的极限状态。因此,把它作为构件正截面承载力计算的依据。

受拉区混凝土开裂和钢筋达到屈服强度是三个受力阶段的转折点。表報列出钢筋混凝土梁正截面的工作阶段及其特征。

快易收口网：由于适筋梁在破坏前钢筋已达到屈服强度，所以构件在破坏前裂缝开展很宽挠度很大，这就给人以即将破坏的预兆。这种破坏,称之为塑性破坏。

钢筋混凝土受弯构件正截面的破坏特征与截面配筋率大小、钢筋及混凝土的力学性能等因素有关，可分为塑性破坏和脆性破坏两种情况。因为塑性破坏属于有预兆的破坏,且材料强度可以得到充分发挥,而脆性破坏属于无预兆的破坏，且部分材料强度不能充分发挥应有的作用，所以应保证前者,而避免出现后者。

圆超筋梁

快易收口网：受拉区钢筋含量过多的梁称为超筋梁。这种梁在破坏试验时发现，由于受拉区钢筋配置过多，钢筋应力在梁破坏时尚未达到屈服强度,而受压区混疑土先被压碎而使梁破坏，破坏前钢筋没有屈服，所以裂缝开展不大，挠度亦小，破坏是突然发生的，没有明显的预兆，属于脆性破坏。所以，超筋梁是不安全的。同时,由于钢筋应力未达到流限,强度未被充分利用，因而也是不经济的。在工程中不允许采用超筋梁,在强度计算中为保证钢筋用量适当，就以#大含筋率P来加以限制。