導語：如何才能寫好一篇鋼筋混凝土基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

ABAQUS是一套功能強大的工程模擬有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。被廣泛用于土木工程專業(yè)領域的科學研究和工程設計。許多高等院校也爭相開設ABAQUS有限元課程，一些學者也將ABAQUS有限元軟件用于教學研究工作，得出了很多有益的成果［1-4］。將有限元ABAQUS軟件用于《混凝土結構基本原理》課程的教學具有以下優(yōu)勢:

1)直觀化教學，有利于學生對混凝土結構基本理論知識的理解。比如在講授混凝土材料的抗壓強度時，學生很難理解為什么混凝土抗壓強度遠低于砂漿和骨料任一單一材料的強度。其原因可從混凝土受壓破壞的機理來分析。由于水泥、水、骨料組成的混凝土，在硬化過程中水泥和水形成的水泥石與骨料粘結在一起。凝結初期由于水泥石收縮、骨料下沉等原因，在水泥石和骨料之間的交界面上形成微裂縫。在外力作用下，微裂縫將有一個發(fā)展過程，混凝土的破壞過程就是裂縫不斷產生、擴展和失穩(wěn)的過程。這些過程無法直觀觀測到，只能通過超聲波、X光、電子顯微鏡進行直接或間接觀測。引入有限元軟件后，這些問題就能得到解決。圖1就是通過有限元軟件數值模擬了混凝土材料內部微裂縫在荷載作用下擴展、貫通破壞的全過程，形象直觀，有利于學生們對混凝土結構抗壓強度概念的理解，也增強了學生的學習興趣［5，6］，通過指導學生建立混凝土有限元模型和對模型進行數值模擬實驗，能夠提高學生的動手能力，學習掌握有限元基本概念和軟件操作，為學生今后從事混凝土領域的科學研究工作打下基礎。

2)部分替代混凝土構件承載力實驗，具有一定的經濟效益?！痘炷两Y構基本原理》課程中軸心受力構件承載力方程、受彎構件正截面承載力方程、受彎構件斜截面承載力方程等均是通過對鋼筋混凝土構件的承載力實驗破壞現(xiàn)象、特征規(guī)律和材料的破壞程度等進行一定的理論分析得到，因此《混凝土結構基本原理》課程的教學離不開鋼筋混凝土構件的承載力實驗。通過實驗過程中鋼筋混凝土構件的設計、制作和受力全過程的實驗，對構件承載力、剛度和裂縫進行測定，并對破壞形態(tài)進行觀測等工作，進一步加強了學生對鋼筋混凝土構件受力性能、承載力計算理論、裂縫及變形性能的理解，初步掌握結構實驗測量數據的整理和分析，提高了實驗分析報告的撰寫能力。根據筆者對多個大專院校《混凝土結構基本原理》課程教學的調查分析，鑒于實驗條件和學時限制，大多數院校所開設的實驗項目較少，僅開展了鋼筋混凝土適筋梁正截面破壞的受力全過程實驗、鋼筋混凝土梁斜截面剪壓破壞的受力全過程實驗和大偏心受壓構件正截面破壞的受力全過程實驗。對于鋼筋混凝土少筋梁、超筋梁正截面破壞的受力全過程實驗;鋼筋混凝土梁斜截面斜壓破壞、斜拉破壞的受力全過程實驗以及小偏心受壓構件正截面破壞的受力全過程實驗并未開設。個別院校未開設任何混凝土構件承載力破壞實驗，僅通過觀看實驗錄像了解混凝土承載力破壞現(xiàn)象。由于缺乏混凝土構件承載力破壞實驗，學生對混凝土構件的承載力基本原理與鋼筋設計計算方法理解不透徹，教師在授課時也感覺底氣不足。然而如果大面積開展混凝土構件承載力實驗又是不現(xiàn)實的。首先經濟投入大，成本高?；炷翗嫾休d力破壞實驗需要有加載裝置、測試儀器及制作構件等費用，需要幾十萬的經費投入，同時要有相關的場地及人工成本。另一方面，《混凝土結構基本原理》課程的學時有限，目前課程普遍為64學時，如果在混凝土結構實驗方面投入太多學時，就會出現(xiàn)《混凝土結構基本原理》理論知識學時不夠的難處。因此采用有限元軟件對混凝土構件破壞發(fā)展過程進行數值模擬實驗，并且可以重復性觀看，使學生獲得更多的混凝土知識，取得較好的經濟效益。數值模擬實驗研究，在某些方面可以取代或優(yōu)于實驗室實驗研究［7，8］。

2ABAQUS有限元軟件在《混凝土結構基本原理》課程教學中的應用案例

混凝土材料的強度尺寸效應是指混凝土強度隨著結構體積的增大而降低的現(xiàn)象。該理論是《混凝土結構基本原理》課程教學中的難點，學生往往很難理解混凝土材料的強度尺寸效應現(xiàn)象。如果采用試驗教學，經濟投入高且占用學時。為此我們在《混凝土結構基本原理》課程中引入新的教學手段。借助于ABAQUS有限元軟件，建立不同體積的混凝土立方體、棱柱體有限元仿真模型，開展了直接拉伸和壓縮荷載作用下的混凝土強度尺寸效應的數值模擬。圖2為邊長150mm，250mm，350mm和450mm的立方體混凝土細觀力學模型，開展立方體單軸拉伸數值實驗，測得了不同體積混凝土試件模型的抗拉強度，如表1所示。

3結語

篇2

關鍵詞：腐蝕混凝土、無損檢測、應用探討

中圖分類號：TU528.33文獻標識碼： A

包括許多方面的耐久性混凝土結構問題，混凝土化學侵蝕、鋼筋銹蝕、凍融損傷、堿骨料反應等。其中，已引起各國工程界的極大關注就是混凝土中鋼筋銹蝕，混凝土結構耐久性被認為是當今影響的首要問題，銹蝕的過程在鋼筋混凝土中發(fā)生，是鋼筋氧化層被破壞的外保護性，F(xiàn)e203、Fe304的混合物為鋼筋電子過程中銹蝕的產物。初始的銹蝕，混凝土的空隙中應受到鋼筋銹蝕產物的滲透，當鋼筋周圍被填滿混凝土孔隙之后，鋼筋周圍生成聚集的銹蝕產物在繼續(xù)，產生徑向膨脹應力在鋼筋混凝土上，該膨脹應力產生拉應力在混凝土內部，當混凝土抗拉強度被拉應力超過時，隨裂縫的進一步縱向擴展，混凝土開裂，順筋脹裂在混凝土表面出現(xiàn)。

有效地進行評估性檢測對銹蝕混凝土構件，采集銹蝕結構或構件的表現(xiàn)裂縫深度、混凝土強度性能、銹蝕構件阻尼系數、寬度、以及鋼筋銹蝕程度、銹蝕速率、自振頻率等基本數據，以便進行綜合分析對無損檢測結果，構件剩余承載力被推斷，形成耐久性的綜合評判體系與銹蝕混凝土構件承載能力，從而，進行準確評估和預測對銹蝕混凝土結構的耐久性。

一、無損檢測技術

最近幾年，在銹蝕混泥土常用的無損檢測技術主要有：超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測以及射線檢測這五大常用檢測方法。其中射線檢測和超聲檢測主要是用于檢測物體的內部異常的方法；磁粉檢測和滲透檢測主要是用于檢測物體外表缺陷的方法。無損檢測技術的主要特點有：不損壞試件的結構和性質。在能保證試件的結構和性質不受到損壞的情況下對試件實施檢測?；旧显谶M行檢測完之后，物品的檢出率能達到百分之百，這是無損檢測的最大特點。

各種無損檢測方法都有它的優(yōu)缺點，應根據設備的材料和性質等多方面的因素，取長補短，選擇合適的無損檢測方法來提高檢測結果的正確率。無損檢測技術不能檢測需要進行破壞性檢測的工程，只有將無損檢測得出的結論和進行破壞性試驗得出的結論進行分析和對比，才能最終做出準確的評定。

二、腐蝕混凝土性能檢測與評估

通常，作為混凝土主要性能的混凝土抗壓強度。對銹蝕混凝土的強度進行測量，采用無損檢測法，技術規(guī)程由于相應的設有，可行性不具有。試驗儀器率銹蝕構件進行無損檢測，并采用無損檢測與破壞性試驗相結合的方法，從而可以進行有效評估對銹蝕結構的強度。

目前，壓痕法、回彈法、聲速衰減綜合法、射線法、拔出法、超聲脈沖法、鉆芯法、超聲法、超聲回彈等綜合法，可以對普通混凝土的強度測定。但腐蝕混凝土的強度檢測應用這些方法應，相應的試驗研究還很缺乏，混凝土標準立方體通過遭受15%的硫酸腐蝕后，對比測量后發(fā)現(xiàn)，在進行45組回彈抗壓中，對混凝土經過硫酸腐蝕，進行強度回彈檢測，宜采用分級強度的專用回彈曲線，還未見相關的記載，在其它腐蝕類型的混凝土強度檢測中。

但是我們發(fā)現(xiàn)，通過研究，在銹蝕鋼筋混凝土結構，混凝土中的鋼筋銹蝕產物滲透，混凝土脹裂之前在鋼筋，由于孔隙率降低在混凝土內部，致密性增強在混凝土中，可以一定程度上提高混凝土強度。出現(xiàn)較大的裂縫時，在混凝土銹裂損傷的內部，受到破壞后的混凝土水泥結構，才會降低混凝土強度。

三、銹蝕混凝土損傷位置與損傷區(qū)域的動力測量

銹蝕混凝土結構沒有出現(xiàn)明顯順筋開裂時，要確定其銹蝕損傷區(qū)域與銹蝕損傷位置，其銹蝕狀態(tài)阻尼系數和自振頻率，一般采用共振法測定，通過鋼筋混凝土梁的原始技術資料與已經掌握的頻率測量值，參數進行識別，對鋼筋的銹蝕程度與銹蝕位置等。

通過簡支梁銹蝕損傷位置的模擬，利用能量法導出梁的自由振動的數學模型，從而得到梁的低階頻率，然后運用最小二乘法建立目標函數，鋼筋銹蝕參量通過非線性迭代識別出，但人為假定的鋼筋輕微銹蝕時損傷區(qū)域剛度，是否與鋼筋均勻銹蝕區(qū)域剛度在自然條件下是否相符，試驗研究有待于進一步提高，利用傳感器接收鋼筋銹蝕的聲發(fā)射探測法，彈性應力波是引起周圍混凝土開裂釋放前奏，其要發(fā)生變化波形與振幅，混凝土損傷的確切位置在鋼筋發(fā)生銹蝕膨脹引起。

四、銹蝕混凝土裂縫深度與寬度測量

由于在15mm~45mm之間的普通混凝土保護層厚度，對淺裂縫的混凝土 (小于5Omm的深度)，超聲檢測方法可以采用，如圖1所示是其基本檢測方法:

圖1

由銹蝕鋼筋表面開始產生微裂縫的銹蝕混凝土裂縫開展順序，裂縫向四周擴展，隨銹蝕程度加深，直達保護層表面的混凝土，裂縫在表觀可見。由此可見，必然有鋼筋從裂縫中間穿過，對銹蝕裂縫而言。技術規(guī)程的條文說明指出的超聲法檢測混凝土缺陷，是當靠近換能器時的鋼筋穿過裂縫時，使聲信號短路的鋼筋，不反映裂縫深度在讀取時?？梢员苊怃摻钜鸬挠绊懺诔暡ㄊ撞ㄏ辔环崔D法里，因此，銹蝕混凝土裂縫深度的檢測可用，如圖2所示是其的基本原理：

圖2

在0.1cm~2cm之間的銹蝕混凝土結構表觀裂縫寬度，銹蝕裂縫超過2cm時，暴筋現(xiàn)象大都出現(xiàn)，意味正常使用極限狀態(tài)在結構超過出現(xiàn)。測量銹蝕裂縫寬度，筆式讀數放大鏡可采用，刻度計與放大鏡相結合的原理，在0.1mm~10mm之間的讀數范圍，讀數精確的微裂縫寬度。自制裂縫寬度紙讀數或可直接用刻度尺，在大于1 cm的裂縫時。

五、銹蝕鋼筋的無損檢測

無損檢測技術發(fā)展很快在鋼筋銹蝕中，包括兩個方面的檢測：一是檢測鋼筋銹蝕程度；二是檢測鋼筋銹蝕速率。

1、檢測鋼筋銹蝕程度

在鋼筋混凝土陰極區(qū)與陽極區(qū)存在著電位差，是半電池電位法基本原理，導致鋼筋腐蝕是電子流動。一個放在混凝土表面的半電池與我們通過測量的鋼筋之間的電位差，可以對鋼筋可能的銹蝕程度來預測。

鋼筋銹蝕程度進行用半電池電位法預測，可見表1參照標準：

表1

要嚴格遵照操作規(guī)程在半電池電位法測量過程中，碳化深度、環(huán)境相對濕度、氯離子含量、水泥品種、水灰比、保護層厚度等因素，都會產生影響對測量結果。原因在于高阻抗的混凝土表而會使表面負電勢降低，從而難以確知鋼筋實際銹蝕情況：由于氧氣缺乏引起的陰極極化會使負電勢增大，實際上用銹蝕速率法時測值反而降低。另外，決定銹蝕情況的銹蝕電流與半電池電位之間始終未能找到相應的關系，所以，該方法較多地應用于銹蝕程度的定性測量。

六、無損檢測技術在銹蝕混泥土檢測應用中建議

對銹蝕混泥土的檢測要采用多種方法，綜合進行檢測。這些方法都是對混凝土的某些物理量的變化進行檢測。一般采用兩種、兩種以上的方法進行檢測，以物理量的變化為依據，這樣可以使得檢測結果更為準確，以往的檢測內容比較單一，要擴展檢測內容。無損檢測技術除了檢測銹蝕混泥土內部結構的損壞情況，還需要檢測建筑材料，如混凝土的耐久性、結構的損壞程度等各個方面。

總之，結構工程領域的重要課題就是腐蝕結構耐久性研究，結構工程的加固、結構可靠度計算、結構的耐久性評估、結構剩余壽命預測等，研究銹蝕檢測新方法，都要以銹蝕結構物的準確檢測為前提，專用儀器用在開發(fā)銹蝕檢測中，在不同環(huán)境的腐蝕中，進行評定對已有的結構檢測儀器，檢測精度可以提高，腐蝕混凝土結構耐久性檢測方面的關鍵技術，就是我們的無損檢測技術。

參考文獻：

篇3

【關鍵詞】混凝土；腐蝕；鋼筋；耐久性

一、鋼筋銹蝕的基本原理

（1）氯化物的作用。氯化物是一種鋼筋的活化劑，當其濃度不高時，亦能使處于堿性混凝土有害物質中鋼筋的鈍化膜破壞。這與氯離子的高吸附性有直接關系。它置換吸附的氧破壞鈍化膜而導致鋼筋發(fā)生潰爛銹蝕。（2）鈣鹽的作用。當含鹵氣體，如氯化氫、氯氣、二氧化氯、溴和碘的蒸氣滲入混凝土孔隙時，溶解在其液相中形成酸，該酸又與水泥石中的氫氧化鈣、硅酸鹽、鋁酸鹽及其它化合物發(fā)生反應生成相應鈣鹽、硅酸凝膠等水化物，于是混凝土被中和而導致水泥石變質，逐漸喪失鈍化鋼筋的能力。這種鈣鹽具有可溶性、吸濕性，在高濕度的條件下其對鋼筋的溶蝕作用也是強烈的。（3）PH值大小。混凝土的堿性及其孔隙中的PH值為12～13的氫氧化鈣飽和溶液有利于形成和保持鋼筋的鈍化膜，則鋼筋處于高抗腐蝕狀態(tài)。當混凝土的PH值由于各種原因降至11.8或更低時，由于不能保存鈍化膜，則鋼筋的鈍化變得不穩(wěn)定，甚至被破壞。

二、鋼筋銹蝕破壞的形式及其危害

鋼筋銹蝕后產生的垢塊之體積是其銹蝕層體積的2.5～3倍，因而擠壓周圍的混凝土并發(fā)生超過其抗拉強度的拉應力，結果使保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫。接著有害有害物質沿著裂逢大量侵入，則鋼筋的銹蝕不斷加快。這時，鋼筋與混凝土的粘結力遭到破壞，共同工作能力大幅度下降。鋼筋在混凝土中因銹蝕而發(fā)生破壞是由于其表面層變成銹斑而削弱截面積引起的。在含氯鹽的混凝土中的鋼筋之銹蝕是典型的不均勻的坑銹蝕。對鋼筋混凝土結構物物來說，局部的鋼筋受損要比勻質受損更危險。其原因是：第一，在坑腐蝕情況下，鋼筋局部的斷面削弱發(fā)展比勻質銹蝕要快；第二，結構物損害到危險程度時沒有象保護層剝落的明顯預兆。

三、預防鋼筋銹蝕的措施

（1）設計、施工方面。第一，在工程設計中采取切實可行措施，預防有害有害物質對鋼筋的侵蝕。一是采取通風措施排除、過濾有害氣體，凈化建筑物的使用環(huán)境；二是在建筑物發(fā)生有害有害物質的一面做保溫、隔熱、隔氣層，避免主體結構物受高溫、冷凍或濕汽的作用，保護鋼筋混凝土結構物始終處于不發(fā)生鋼筋銹蝕的限度以內。第二，在結構物中設置可靠的鋼筋保護層。第三，嚴格控制混凝土中氯化物的含量。我國公路工程規(guī)定：“在鋼筋混凝土中不得摻用氯化鈣、氯化鈉等氯鹽。位于溫暖和嚴寒地區(qū)、無侵蝕性有害物質影響及與土直接接觸的鋼筋混凝土構件，混凝土中的氯離子含量不宜超過水泥用量的0.3%……”建筑工程《鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范》中對氯的含量也作了嚴格規(guī)定。第四，在工程中使用高效減水劑。減水劑摻入混凝土拌合物中對水泥顆粒有強烈的分散作用，能顯著降低水灰比，提高混凝土的密實度，增強其抗?jié)B能力，阻礙有害物質的侵入。第五，在混凝土中摻加亞硝酸鈉、亞硝酸鈣等阻銹劑，可有效地提高混凝土的保護性能，但在摻加前應進行配合比試驗，確定其最佳摻量。（2）對鋼筋、混凝土進行防護。第一，對鋼筋進行保護。一是開發(fā)鋼筋新品種，如在鋼材中加入微量元素，從而提高其防銹蝕能力；二是給鋼筋涂覆保護層，如鍍鋅、涂覆環(huán)氧層、特種涂料或特種漆等，能有效防護有害有害物質的侵入。第二，對混凝土進行防護。一是可以在混凝土表面涂刷防水膜，能隔斷含有氯離子的水、汽侵入混凝土中對鋼筋造成腐蝕；二是對混凝土結構物用聚合物浸漬，填充已硬化混凝土的一些孔隙，使混凝土變?yōu)楦邚姟⒛途?，而且?guī)缀醪煌杆?；亦可用聚合物混凝土或乳液改性混凝土做構件的覆蓋層，不僅有較好的力學性能和耐久性，其隔離性也很強。第三，采取陰極保護法。由前所述我們可以看到，如果減小電位差，即減少電子在金屬中移動的電動力和減小金屬表面陽極與陰極之間電解質中離子移動的電動力（即銹蝕電流），就可能使銹蝕過程減慢。

鋼筋混凝土結構物是公路工程中廣泛應用的結構物形式之一。這些鋼筋混凝土結構物物由于惡劣的自然環(huán)境或生產工藝的制約，長期受著有害有害物質的侵蝕作用，造成了鋼筋混凝土結構物的腐蝕性破壞，其損失是驚人的。因此，鋼筋混凝土結構物中鋼筋的銹蝕與保護是一個十分重要的課題，必須引起工程界技術人員的廣泛重視。

參 考 文 獻

篇4

關鍵詞：高層建筑設計 結構特點措施

1高層建筑結構設計的特點

水平荷載起控制作用，側面位移必須加以限制，軸向變形在側移中占有很大的份額，所以在結構體系選型時應充分考慮這幾個特點。對于低層、多層或高層建筑，其豎向和水平結構體系設計的基本原理是相同的。但隨著高度的增加，由于以下兩個原因，豎向結構體系成為設計的控制因素：一個是較大的豎向荷要求有較大的柱、墻和井筒；另一個更重要的是，側向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，高層建筑結構設計人員必須以精心設計來保證。

2高層建筑結構的設計中采用鋼和鋼筋混凝土的特點

鋼筋混凝土結構造價低，材料來源豐富，能澆注成各種復雜斷面形狀，可組成多種結構體系，并可節(jié)省鋼材，耐久性、耐火性好，承載能力也不低，經過合理設計，可獲得較好的抗震性能。它的主要缺點是構件斷面大，自重大，費模費工。而鋼材強度高，韌性大，易于加工。高層鋼結構具有結構斷面小，自重輕，抗震性能好的優(yōu)點。鋼結構構件可在工廠加工，能縮短現(xiàn)場施工工期，施工方便。但是高層鋼結構用鋼量大，造價很高，而且耐火性能不好，需要用大量防火涂料，增加了工期和造價。由于鋼筋混凝土和鋼結構各有所長，又各有所短，所以更為合理的結構是同時采用鋼和鋼筋混凝土材料的組合結構。

3高層建筑結構設計過程中的幾個問題及措施

3.1 結構體系的最大適用高度問題

按我國現(xiàn)行《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2002)規(guī)定，綜合考慮經濟與適用的原則，給出了各種常見結構體系的最大適用高度，詳見下表。

鋼筋混凝土結構高樓的最大適用高度（m）

結構體系 非抗震設計 抗震設防烈度

6度 7度 8度 9度

框架 現(xiàn)澆 70 60 55 45 25

整體裝配 60 50 35 25 不應采用

框架―剪力墻和框架簡體 現(xiàn)澆 140 130 120 100 50

裝配整體 100 100 90 70 不應采用

現(xiàn)澆剪力墻 無框支墻 150 140 120 100 60

部分框支墻 130 120 100 80 不應采用

簡中簡及成束簡 200 180 150 120 80

這個高度是在我國目前建筑科研水平、經濟發(fā)展水平和施工技術水平下，較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個土木工程規(guī)范體系相協(xié)調的。可實際上，已有許多混凝土結構高層建筑的高度超過了這個限制，如：采用組合結構體系的金茂大廈，高達420.15m(建筑高度)；采用混凝土結構體系的中信廣場，也高達322m(建筑高度)。對于超高限建筑物，應當采取科學謹慎的態(tài)度。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化。隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質變，即有些參數本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。

3.2 建筑材料的選用和結構體系問題

在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結構體系較為合理是工程技術人員非常重視的問題。我國150m以上的建筑，采用了三種主要結構體系：框一筒、筒中筒和框架一支撐。這些也是其他國家高層建筑經常采用的主要結構體系。但國外在地震區(qū)，多是以鋼結構為主，而在我國，鋼筋混凝土結構及混合結構占了90%。如此高的鋼筋混凝土結構及混合結構，在國內外都還沒有經受較大地震作用的考驗?；旌辖Y構的鋼筋混凝土內筒往往要承受80%以上的地震作用剪力，有的高達90%以上。由于結構以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規(guī)范側移限值。此外，在結構體系或柱距變化時，需要設置結構轉換層。加強層和轉換層都在本層形成大剛度而導致結構剛度突變，常常會使與加強層或轉換層相鄰的柱構件剪力突然加大，且加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處很難實現(xiàn)強柱弱梁。此在需要設置加強層及轉換層時，要慎重選擇其結構模式，盡量降低其本身剛度，以減少不利影響。

在高層建筑中，根據現(xiàn)在我國建筑鋼材的類型、品種和鋼結構的加工制造能力，建議盡可能采用鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土(柱)結構或鋼結構，以減小柱斷面尺寸，并改善結構的抗震性能。在超過一定高度后，為減小風振，鋼骨(鋼管)混凝土通常作為首選。采用格構式的型鋼時，震害嚴重，采用實腹式的熱軋型鋼或焊接工字鋼的，則震害要減少許多。

3.3 控制柱的軸壓比與短柱問題

在鋼筋混凝土高層建筑結構中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋。即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài)，防止受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，則結構的延性就差，當遭遇地震時，耗散和吸收地震能量少，結構容易被破壞。但是在結構中若能保證強柱弱梁設計，且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能性就大大減少，此時可放松軸壓比限值。另外，許多高層建筑底幾層柱的長細比雖然小于4，但并不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2的柱才是短柱。有專家學者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應采用較高軸壓比。但是即使能調整軸壓比限值，柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。

3.4 高烈度區(qū)要采用抗震措施與抗震構造措施

現(xiàn)在許多專家學者提出，現(xiàn)行的建筑結構設計安全度己不能適應國情的需要，認為我國“取用了可能是世界上最低的結構設計安全度”并主張“建筑結構設計的安全度水平應該大幅度提高”。此外，對于“小震不壞，中震可修，大震不倒”這個抗震設計原則，在新形勢下也有重新審核的必要。我國現(xiàn)行抗震設防標準比較低，當取50年為分析年限時，小震烈度對應的被超越概率為63.2%，重現(xiàn)期為50年，中震烈度對應的被超越的概率為10%，重現(xiàn)期為475年，大震對應的超越的概率為2%左右，重現(xiàn)期為2000年左右，同時規(guī)定抗震設防烈度與設計基本地震加速度的對應關系。

設防標準低的根本原因在于國家財力物力有限。我國建筑結構抗震設計除了設防烈度較低外，具體抗震計算方法和構造規(guī)定的安全度也不如國外；在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上，與外國相比，也有異同，其中的8度區(qū)，我國就明顯不如外國嚴格。隨著社會財富的增長，結構失效帶來的損失愈來愈大，加之結構造價在整個投資中的比例下降，因而結構在設防烈度下應該采用彈性設計，特別是高烈度區(qū)要有嚴格的抗震措施與抗震構造措施來保證結構的安全。

篇5

【關鍵字】：橋梁加固、八種方法、臺后加孔

中圖分類號： K928 文獻標識碼： A

1 前言

對原有橋梁進行加固補強、改造翻新，最大程度利用現(xiàn)有資源，保證其使用安全，延長其使用壽命是當今國際工程界關注的重大課題之一。

2 橋梁加固常用的方法

橋梁加固常用的方法有以下八種：

2.1 橋面補強層加固法

在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層，一般先鑿除舊橋面，使其與原有主梁形成整體，達到增大主梁有效高度和抗壓截面強度，改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達到提高橋梁的承載能力的目的。

2.2 外包混凝土加固法

外包混凝土加固法又稱增大截面加固法，它是通過增大構件的截面和配筋，以提高構件的強度、剛度、穩(wěn)定性并減少裂縫寬度。對于梁橋、拱橋、剛架橋、墩臺、基礎等，在條件許可的情況下均可采用該方法加固。外包混凝土將使原結構增加一部分恒載重量，因而在擬定外包混凝土尺寸時，應同時考慮外包構件以下的結構承載能力是否足夠，這是外包混凝土方案是否成立的前提。

2.3 鋼板粘貼加固法

由于交通量的增加，主梁承載力不足，或縱向主筋出現(xiàn)嚴重的銹蝕，或梁板橋的主梁出現(xiàn)嚴重橫向裂縫，此時，可用粘結劑及錨栓將鋼板粘貼錨固在混凝土結構的受拉緣或薄弱部位，使其與結構形成整體，以鋼板代替增設的補強鋼筋，提高橋梁的承載能力與耐久性。

2.4 噴錨混凝土加固法

首先是用植筋法將錨筋植入待補強部位的結構內，掛設補強鋼筋網，然后再噴射一定厚度的混凝土，形成與原結構共同受力的組合結構。噴錨混凝土是借助噴射機械，利用壓縮空氣將新混凝土混合料，通過噴嘴高速噴射到已錨固好鋼筋的受噴面上，凝結硬化后形成一種鋼筋混凝土。

2.5 改變結構受力體系的加固法

這種加固、改造方法是通過改變橋梁結構受力體系，達到提高橋梁的承載能力的目的。它的基本原理是以減少控制截面的內力為目的進行加固。對于拱橋加固，可通過體系轉換法將單純拱的受力狀態(tài)改變?yōu)楣傲航M合體系受力狀態(tài)，即將拱上建筑變?yōu)榱菏浇Y構，拱梁組合體系受力狀態(tài)較單純拱更為均勻。另外，對于拱式拱上建筑的舊橋，改拱式為梁式拱上建筑，所帶來的恒載重量減少量是非常顯著的。

2.6 體外預應力加固法

體外預應力加固法主要用于梁式橋（包括簡支梁、懸臂梁、連續(xù)體系梁橋等）正常使用極限狀態(tài)超限的結構，通過對舊橋施加體外預應力，能夠達到減少或消除裂縫，減小梁體下?lián)?，改善結構各截面應力狀態(tài)的目的。其基本原理是通過在梁體外設鋼質的拉桿或撐桿，并與被加固梁體錨固連接，然后施加預應力，強迫后加拉桿受力，從而改變原結構內力分布，并降低原結構應力水平，使結構承載力顯著提高，且可減少結構變形，縮小裂縫寬度甚至閉合。

2.7 減輕拱上自重加固法

減輕拱上自重也是一種調整拱上恒載分布的手段，盡管它們的目的都是為了恢復和提高原橋的承載能力，但它們的出發(fā)點和適用場合卻是不相同的。調整拱上恒載分布是針對主拱圈變形過大，通過調整拱上恒載的辦法來調整拱軸線與壓力線；采用減輕拱上建筑的自重，則主要是針對某些雙曲拱橋的基礎承載能力較低，通過這一措施降低對基礎承載力的要求。

2.8 拱橋的拱圈和拱肋常用的幾種加固方法

為了提高拱橋的承載能力，往往采用增加拱圈厚度和剛度，加大拱肋截面、增設新拱肋等方法，下面介紹不同情況下的不同加固方法。

（1） 磚石拱橋的拱圈內壁出現(xiàn)表層剝落、松散、老化等情況且不適應目前交通時，可采用在肋圈內壁掛鋼絲網，并噴射水泥砂漿的加固法。

（2）鋼筋混凝土拱圈內壁澆筑加固法。拱橋拱圈內壁損壞嚴重時可采用此法，具體做法與上述方法相似。

（3）原拱上增設鋼筋混凝土拱圈加固法。此法是拱橋中較常用的加固法之一，它不僅加固了拱圈，且將原有開裂拱聯(lián)結在一起，也利于橋面排水。

（4）拱橋鋼板箍與螺栓錨固法。石拱橋可在拱圈的跨中和 1/4 處加設三道（或多道，視情況而定）鋼板箍（鋼板厚可用 6～8mm）或鋼拉桿，用螺栓在拱底及拱側鉆孔錨固，并注意將錨固點設在拱圈厚度的 1/3 處，此法可提高拱橋的整體強度，達到較好的加固效果。

以上介紹的常用加固方法為傳統(tǒng)的混凝土結構加固方法，雖然有效，但均受到一定條件的限制，存在以下缺點：對結構的外觀及使用空間均有一定的影響；施工時的濕作業(yè)和大型設備對環(huán)境和生產有一定影響；在有的方法中新舊兩部分的連接對原結構有一定的損傷；加固材料易腐蝕或脫落；增加結構物的荷重等。

3 采用在臺后加孔的方法處理橋臺

在軟土地基上修建橋梁可能會造成軟基病害，經常由于設計上壓縮孔徑過多、總體布置欠妥，地基土質松軟及承載能力過低而致使橋臺位移，特別是拱式體系上部結構，由于橋臺位移而使主拱圈開裂等常有發(fā)生。盡管是梁式上部結構，也會因橋臺位移而產生病害，有的時侯因臺后填土過高且臺后填土夯實不夠，加之軟土地基的影響，發(fā)生土體滑塌，甚至會出現(xiàn)橋臺樁基剪斷等事故。對于上述情況，如采用橋臺后加孔減載的改造措施，尚可取得較好的效果。

某地區(qū)一座雙曲拱橋，全橋建成后即發(fā)現(xiàn)原橋臺明顯下沉，致使拱頂3-4m范圍內拱肋下緣開裂，拱腳處主拱圈和拱座脫開，裂縫寬度達9到13mm，呈上窄下寬狀。分析原因，主要是由于橋位處土質較差，表層為淤泥，下為深2m的粘土，下層為亞砂土類粉砂且含腐植質雜質，經果大量地試驗，在3米深處土基容許承載力僅為0.15MPa。最終確定采用臺后加孔減載的方法進行改造，先拆除臺后10m長的駁坎及填土，改為2孔5米的鋼筋混凝土板橋。在拆除駁坎時要分兩次進行處理，先拆掉其中一部分，待加孔的墩臺基礎間的混凝土支撐地梁澆筑完畢并達到一定強度以后，然后將駁坎拆除至與原橋臺基礎頂面相平。澆筑支撐地梁是，在拱腳肋座脫離處塞入三角形楔形鐵塊后進行。橋臺處理后，對原拱肋可采用加大拱肋截面的方法進行補強。經過以上技術處理以后，橋臺的沉降量增加甚少，效果十分明顯。從以上的案例來分看，對于軟土地基地區(qū)的橋梁，特別是高填土的情況，還要進行設計以確定橋梁的總體布置，這些因素都要慎重的進行考慮，不但要考慮到工程造價，還要對各種施工中可能給橋梁結構帶來的危害的不利因素進行分析，以便在設計中引起足夠的重視并采取一定的措施。

篇6

關鍵詞：受彎構件；抗剪承載力；剪跨比

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A

1概述

鋼筋混凝土受彎構件的承載能力計算主要包括正截面抗彎承載力計算和斜截面抗剪承載力計算，其中正截面抗彎承載力計算公式較詳盡且使用方便。受彎構件抗剪承載力計算由于影響因素較多，受力狀態(tài)和混凝土受剪機理復雜，因此抗剪計算相對抗彎計算沒有形成一套成熟的理論，一直是混凝土研究的重點和難點。

2受彎構件的抗剪承載力分析

2.1 受彎構件分類

《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2002）(以下簡稱"規(guī)范")依據跨高比將受彎構件分為兩類：深受彎構件和一般受彎構件?？绺弑菼0/h≥5.0為一般受彎構件；深受彎構件是指跨高比I0/h＜5.0的單跨梁或連續(xù)梁。深受彎構件又可分為深梁和短梁，根據分析和試驗的結果，國內將跨高比I0/h≤2.0的簡支梁和I0/h≤2.5的連續(xù)梁視為深梁，I0/h大于深梁但小于5.0的梁稱為短梁。

2.2 破壞模式和抗剪承載力分析

在荷載作用下，鋼筋混凝土受彎構件力的傳遞隨剪跨比、跨高比的減小由桁架作用過渡到拱的作用，破壞模式也相應地由剪壓破壞模式過渡到梁腹拱身混凝土開裂破碎的斜壓破壞模式。

一般受彎構件的抗剪承載力計算模型采用如圖1所示的桁架-拱模型，在該模型中假設鋼筋為桁架結構，混凝土形成拱形承載體，兩者共同作用抵抗外荷載。對于深梁，由于剪跨a較小，破壞模式以斜壓破壞為主，桁架-拱模型轉化為縱向鋼筋（包括縱向腹筋）為拉桿，混凝土為受壓弧形拱的拉桿-拱模型，該模型中，縱形鋼筋和豎向垂直腹筋（通常為箍筋）共同作用形成對拱的骨架約束作用，但垂直腹筋的作用較小。短梁的破壞模式處于斜壓破壞和剪壓破壞的過渡，該模式可采用桁架-拱模型，此時腹筋所起的約束作用增強。

圖1桁架-拱模型

由上述深梁的破壞模式可以發(fā)現(xiàn)，深受彎構件的受剪承載力須考慮垂直水平腹筋和垂直腹筋對"拱"的增強作用。

受彎構件的抗剪承載力公式可歸結為： 式（1）

Vu--構件斜截面抗剪承載力；Vc--斜截面上混凝土的抗剪承載力；Vsv--斜截面上垂直腹筋的抗剪承載力；Vsh--水平縱筋的抗剪承載力。

根據《規(guī)范》，受彎構件抗剪承載力計算公式如下：

均布荷載作用下一般受彎構件的斜截面抗剪承載力計算公式：

式（2）

集中荷載作用下一般受彎構件的斜截面抗剪承載力計算公式：

式（3）

均布荷載作用下深受彎構件的斜截面抗剪承載力計算公式：式（4）

（1）對于一般受彎構件中式3中的剪跨比 ， ，當 時，取 ，當 時，取 ，a為集中荷載到受彎構件支座的水平距離。

（2）為簡化計算，深受彎構件抗剪承載力計算不再劃分深梁和短梁，將 的簡支鋼筋混凝土單跨梁和 的簡支鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁統(tǒng)一，當 時，均取 ；對于 的計算， 時，取 ， 時，取 。

（3）由式4可以發(fā)現(xiàn)，均布荷載作用下的深受彎構件的受剪承載力只與 有關。當 時，Vc項系數為1.4，與式5中集中荷載作用 時的Vc項計算結果相同。

（4）規(guī)范做到了深受彎構件與一般受彎構件較好的銜接，即當 時，式（4）、（5）與一般受彎構件抗剪承載力計算公式一致。

（5）一般受彎構件不考慮縱向鋼筋對抗剪承載力的貢獻。

（6）對于集中荷載作用下的受彎構件，剪跨比是梁內彎矩與剪力的相對比值的最直接的表面反映，所以，它是影響鋼筋混凝土受彎構件抗剪強度的重要因素。

3影響受彎構件抗剪承載力的因素

（1）混凝土強度：當構件截面尺寸一定時，混凝土強度與受彎構件抗剪強度成正比。

（2）配箍率和箍筋強度：試驗表明，受彎構件配箍率和箍筋強度在一定范圍內增大時，受彎構件抗剪承載力越大。

（3）截面形式的影響：尺寸效應的存在使得梁高h0越大，在產生臨界斜裂縫的時候，裂縫撕裂作用越明顯，因此，隨著梁高的增大，抗剪強度會降低。

（4）剪跨比：試驗表明，受彎構件的抗剪承載力隨著剪跨比的增大而減小。

（5）荷載作用形式：荷載作用形式的不同將導致梁內應力狀態(tài)差異導致破壞模式的不同，從而決定了受彎構件抗剪強度的不同。

（6）縱向鋼筋配筋率的影響：縱筋對抗剪承載力的貢獻主要體現(xiàn)兩個方面：銷拴力直接承擔的剪力和縱筋對受壓區(qū)混凝土約束增強作用。

（7）支座形式：支座約束條件的差異將直接導致連續(xù)梁和簡支梁抗剪承載力的差異。

（8）軸向力的影響：承受軸向壓力和拉力的受剪構件，軸向為拉力時，抗剪能力減?。惠S向為壓力且小于一定范圍時，抗剪能力增大；軸向壓力超過一定范圍時，抗剪能力減小。目前，我國現(xiàn)行《規(guī)范》只考慮了因素（1）～（5）。

結語

《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2002）關于受彎構件的抗剪承載力計算公式簡單，物理概念明確，便于比較分析，但是現(xiàn)行《規(guī)范》并沒有充分考慮縱向鋼筋、支座形式和軸向力等有利因素的影響，且多方面的資料表明，按照現(xiàn)行規(guī)范中的抗剪承載力計算公式所得的計算結果是偏于安全的。

參考文獻

[1]艾紅梅，王寶民，曹明莉，呂興軍.建筑材料實驗教學有效性的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，(03):267-271.

篇7

介紹了在超長無縫混凝土結構中采用膨脹和加強帶替代后澆帶的技術要

點。

關鍵詞：超長無縫混凝土 膨脹加強帶

1 概述

在超長鋼筋混凝土結構的施工過程中，大概每隔30m設置一道后澆帶，40天后開始膨脹混凝土的澆筑。這種常規(guī)后澆帶施工，工序復雜，施工周期長，成本投入較大，且無法確保施工質量，也不利于開展建筑裝飾施工。秦皇島渤海明珠地下車庫工程運用UEA混凝土補償收縮的原理，用膨脹加強帶取代后澆帶，做到了超長鋼筋混凝土的無逢施工，使工程縮短了工期，提高了結構的整體性。

2 工程實例

秦皇島渤海明珠地下車庫工程為框剪結構，地下二層，建筑面積32910m2，長310m，寬55m。砼強度等級為C35～C45，中部設有九道伸縮后澆帶。為避免質量隱患，提高結構整體性，施工中采用UEA補償性混凝土來代替后澆帶，加強帶間距控制在50m。

3 基本原理

UEA混凝土在硬化時發(fā)生膨脹，受鋼筋及鄰位的限制，鋼筋受拉，同時混凝土受壓，在鋼筋拉應力和混凝土壓應力基本持平，

則：Ac?σc=As?Es?ε2

設：μ=As/Ac，

則σc=μ?Es?ε2……（1）

式中，σc、As、μ、Ac、Es、ε2分別表示混凝土預壓應力（Mpa）、鋼筋截面積、配筋率（%）、混凝土截面積、鋼筋彈性模量(Mpa)、混凝土的限制膨脹率(%)。

在（1）式中，σc和ε2成正比，當加大UEA的摻量時，限制膨脹率ε2也會隨之增加。因此，可對UEA的摻量做適當調整，使混凝土的預壓應力達到0.2～0.7MPa，然后參照水平法向力σx分布曲線，設想若將較大的膨脹應力σc施加在應力較大的部位，而使兩側施加的膨脹應力小一些些，對結構的收縮應力進行全面的補償，從而防止有序裂縫產生。UEA加強帶的性質只要是通過稍大的膨脹應力對溫差收縮應力的集中處進行補償，因此，它能夠代替伸縮后澆帶。

4 混凝土試配

膨脹混凝土的試配，關鍵問題在于開展超長無縫混凝土施工時，必須有效控制UEA摻量，減少混凝土水化熱。

數次試驗表明，UEA取代水泥量的范圍只要不超過10～12%，一般不會破壞混凝土強度，然后通過收縮膨脹測定儀測定其膨脹率為ε2=2－3×10-4，當鋼筋率μ=0.2－0.8%時，結構內部可設立0.2～0.7Mpa的預壓應力，該預壓應力對混凝土在硬化時出現(xiàn)的溫差及干縮的拉應力具有補償作用。

根據式（1）可知，σc和ε2成正比，當加大UEA的摻量時，限制膨脹率ε2也會隨之增加。因此，可對UEA的摻量做適當調整，以取得不同的混凝土預壓應力。

按上述施工條件及施工設計，在普通膨脹部位摻入10～12%UEA的混凝土；而在膨脹加強帶部位則需摻入14～15%UEA的混凝圖。根據右表比例要求進行混凝土的試配：

UEA混凝土配合比

■

UEA混凝土試配結果

■

因此，混凝土配合比可以滿足實際、施工要求。

5 膨脹加強帶施工

5.1 筏板膨脹加強帶施工

筏板混凝土的澆筑方向要按照現(xiàn)場的施工條件、商品混凝土的供應、澆筑兩方面的能力來確定。施工過程中，斜向推進、分層連續(xù)地澆筑混凝土，加強帶以外采用小膨脹混凝土（摻入量為12%UEA的C40、S8）進行澆筑。澆筑到加強帶時，使用摻入量為15%UEA的C45、S8大膨脹混凝土，到達另一側后，則改為摻入量為12%UEA的小膨脹混凝土繼續(xù)澆筑。

5.2 樓板膨脹加強帶施工

帶采用密目快易收口網將樓板膨脹加強隔開，澆筑過程中要齊頭并進，還要確保連續(xù)澆筑。套用筏板施工方式進行固定和澆筑。

6 主要技術措施

①混凝土澆筑過程中，為確保獲得預期設計效果，膨脹后澆帶內不要灌入其它部位的混凝土。開始混凝土澆筑時，先將潤管砂漿棄置，工作面上不允許使用廢棄的混凝土。為防止?jié)撛诶淇p或薄弱點的產生，不允許在尚未澆筑的部位散落堆放混凝土。將作業(yè)面上拆管倒出的混凝土或散落的混凝土、潤管漿等及時吊走。②混凝土澆筑作業(yè)進行到膨脹加強帶周圍時，振動棒插搗點和密目快易收口網之間必須保持至少30cm的間距，同時防止過振。③混凝圖振搗后和初凝前，在超長無縫筏板板面上的板面粗鋼筋處，極易產生沉降裂縫或早期塑性裂縫，只有有效控制了下料及二次振搗，將這種裂縫徹底消除，以防其發(fā)展成混凝土的缺陷，造成應力集中，不利于溫度收縮裂縫的防治。底板澆筑到標高時，為防止混凝土表面產生沉縮裂縫，最好在混凝土終凝前使用磨光機多次抹壓。④UEA混凝土的膨脹效能只能在徹底完成膨脹混凝土的養(yǎng)護之后才能真正發(fā)揮作用，所以一定要指派專業(yè)人員，按照混凝土養(yǎng)護的操作規(guī)范進行為期14d的養(yǎng)護。同時，必須在進入終凝階段的混凝土，必須灑水保濕養(yǎng)護，然后在其表面覆蓋一層麻袋或塑料膜。混凝土養(yǎng)護期間，為避免混凝土表面產生干縮現(xiàn)象，應噴灑霧狀水使環(huán)境濕度不低于80%。

7 實施效果

7.1 工程質量

施工時，要認真落實根據施工前提前制定的可行性施工方案及技術交底，溫度控制的取得的成效充分說明，混凝土的內外溫差均在25°C以下。連續(xù)、成功的完成了筏板混凝土澆筑的施工，取得了超長無縫結構筏板混凝土澆筑的成功，試水后地下車庫超長無縫結構沒有發(fā)生滲漏。

7.2 經濟效益分析

該工程設有六道膨脹加強帶，且都同步于樓層板的澆筑，無需砌筑磚墻來保護后澆帶，也沒必要在上面預制混凝土蓋板，這樣就大大縮減了后續(xù)施工步驟，也節(jié)省了建設成本。

篇8

（西北農林科技大學，陜西 楊凌 712100）

摘 要：文章以培養(yǎng)卓越水工結構工程師為目標，根據“水工鋼筋混凝土結構”課程的任務、特點以及教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求，提出了注重培養(yǎng)學生工程應用、科學思維、探索與創(chuàng)新能力的多目標教學改革路徑，旨在進一步提升工程技術人才的培養(yǎng)質量。

關鍵詞：水工鋼筋混凝土結構；多目標；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）07-0018-03

收稿日期：2014-10-31

作者簡介：楊艷（1983—），女，山東牟平人，西北農林科技大學水利與建筑工程學院講師，主要從事水工結構工程細觀數值模擬與研究。

基金項目：西北農林科技大學本科優(yōu)質課程建設重點項目“‘水工鋼筋混凝土結構’優(yōu)質課程建設”（2014）

一、課程任務特點

1872年，世界第一座鋼筋混凝土結構建筑的落成開啟了人類建筑史的新紀元。自1900年，鋼筋混凝土結構在工程中逐步得到了大規(guī)模使用。目前在水利水電工程中，鋼筋混凝土結構已成為最基本的結構形式之一，作為水利水電工程的設計、施工技術人才則必須掌握其設計計算的基本理論與構造知識，這使得“水工鋼筋混凝土結構”課程成為水利水電工程及相關水利類專業(yè)重要的專業(yè)基礎課之一。本門課程的主要任務是使學生掌握水工鋼筋混凝土結構構件的設計計算理論及構造要求，正確理解規(guī)范條文；培養(yǎng)學生從事鋼筋混凝土結構設計的技術技能，為學生學習后續(xù)專業(yè)應用課程及畢業(yè)后從事工程結構設計、施工和管理等相關工作奠定堅實的專業(yè)基礎。

該課程涉及了各種構件的承載力計算和正常使用驗算，不僅公式多、構造要求繁雜，而且計算理論不是很完善，多是在試驗和理論分析相結合的基礎上，并以一定假設條件為前提推導出計算公式，再結合工程實踐提出相應的設計表達式，因而教學內容不易于學生理解和掌握。此外，該課程既具有較為嚴密的理論計算，又具有很強的實踐性?；谠撜n程的上述特點，如何有效地幫助學生深刻理解鋼筋混凝土結構設計的基本原理、熟練掌握其設計方法與正確應用各種構造要求是該課程教學改革亟待解決的重要問題。目前，已有不少高校教師根據多年積累的教學經驗，從不同角度提出了多種形式的教學改革措施。例如浙江大學建筑工程學院自主研發(fā)了試驗教學演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使學生直觀地觀察試驗現(xiàn)象，有效地幫助了學生理解試驗成果并掌握相應理論[1]。

2010年教育部啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”），該計劃要求大力改革課程體系和教學形式，以強化學生的工程實踐能力、工程設計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，重構課程體系和教學內容[2]。因此，筆者從“水工鋼筋混凝土結構”課程的任務及特點出發(fā)，以“卓越計劃”的要求為目標，針對以往授課過程中遇到的問題及設計施工單位對工程應用型人才需求的現(xiàn)狀，提出了多目標教學改革措施。這些改革措施旨在通過實踐教學平臺與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式提高學生的工程應用能力，培養(yǎng)學生嚴謹的思維模式以及勇于探索、創(chuàng)新的科學精神，從而提高高校工程技術人才的培養(yǎng)質量。

二、課程教學改革方向

目前我國高等教育的師資結構偏重學術型，一線教師缺乏行業(yè)工作經驗，實踐教學能力薄弱，導致授課內容空洞、脫離工程實際，阻礙了學生實踐能力的培養(yǎng)和提高[3]，具有很強實踐性的“水工鋼筋混凝土結構”課程則表現(xiàn)尤為突出。為了改變這種不利于工程技術人才培養(yǎng)的教學模式，需在理論教學的基礎上搭建工程實踐教學平臺，為學生提供參與工程實踐的學習機會，使學生深刻意識到理論在工程實踐中的指導地位，有效地提高學生的工程應用能力，進而激發(fā)學生學習理論知識的主觀能動性，加強學生對鋼筋混凝土結構設計計算原理和構造要求的理解與掌握。

古人言，授人以魚不如授人以漁，尤其是在現(xiàn)如今知識爆炸、科學技術日新月異的時代更是如此，終身自主學習已成為社會發(fā)展的必然趨勢。如何培養(yǎng)學生嚴謹的思維模式和運用已知探索未知科學的創(chuàng)新能力是高校教師開展教學改革面臨的重要問題，同時也是高校實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標需要解決的首要問題。

此外，隨著多媒體技術的不斷創(chuàng)新與發(fā)展以及高校網絡教學資源的逐步建設與共享，在理論與實踐教學過程中恰當合理地運用這些技術與資源不僅可以有效地提高教學質量，還為進一步教學改革開拓了新思路。

三、多目標教學改革路徑

（一）工程應用能力的培養(yǎng)

工程教育的主要目標之一是培養(yǎng)具有工程應用能力的專業(yè)技術人才。為了培養(yǎng)學生鋼筋混凝土結構設計的技能，培養(yǎng)學生綜合運用理論知識解決工程問題的能力，“水工鋼筋混凝土結構”課程在理論教學結束后，配備了1—2周的課程設計。然而，這些教學設計一般過于教材化、模式化，而且與行業(yè)企業(yè)的設計流程和手段有較大差別[4]。若要克服傳統(tǒng)實踐教學的這些弊端，切實加強學生在工程實踐中的設計技能，有效提高學生的工程應用能力，則開展高校與設計施工單位間的協(xié)作教學模式勢在必行。

高校是向設計、施工等單位輸送優(yōu)秀工程技術人才的基地，因此，能否實現(xiàn)提高工程技術人才的培養(yǎng)質量，促進學生專業(yè)技能全面發(fā)展的目標不僅關乎高校教學改革的成敗，而且直接影響工程單位人才招聘質量的優(yōu)劣，進而對企業(yè)的未來發(fā)展產生深遠影響。然而，目前高校偏重理論的教學模式不利于學生工程應用能力的培養(yǎng)。為了快速適應社會發(fā)展的需求，“卓越計劃”要求行業(yè)企業(yè)深度參與人才培養(yǎng)過程。這種協(xié)作培養(yǎng)模式不僅在一定程度上可以提高高校的教學科研水平，更重要的是能夠為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供卓越的工程技術人才保證。由此可見，從高校和企業(yè)雙方的角度出發(fā)，開展協(xié)作培養(yǎng)模式將是互惠雙贏共同發(fā)展的重要改革措施。

目前筆者所在高校的水利類專業(yè)雖未加入“卓越計劃”，但本結構教研室的教師堅持以“卓越計劃”的培養(yǎng)要求作為教學改革的出發(fā)點，充分利用學校水利水電建筑勘察設計院，水利水電工程建設監(jiān)理中心、國家水利技能鑒定站等社會服務的各種資質資源搭建實踐教學平臺，緊密將社會服務與本科教學相融合。教學改革實踐表明，實踐教學平臺在提高教師的專業(yè)技能水平、培養(yǎng)學生的工程應用能力等方面均起到了良好的促進作用。一方面，教師通過參與實際的工程項目解決了自身的工程實踐鍛煉問題，特別是對剛畢業(yè)的青年教師而言，不僅增長了工程實踐經驗，而且完成了從理論到實踐再到理論的升華過程，避免了脫離實際閉門造車的現(xiàn)象。另一方面，這些社會服務機構為學生提供了參與實際工程的實踐機會，是最有利于培養(yǎng)學生工程實踐能力的平臺。目前學校水利類專業(yè)通過這些實踐教學平臺參與科技創(chuàng)新項目、技能競賽、畢業(yè)設計的學生已占水利類專業(yè)總人數的70%以上，并且每年有約80余學生通過技能鑒定，有效地促進了學生實際操作技能的提高。

在搭建工程實踐教學平臺的基礎上，2011—2012年西北農林科技大學先后啟動了網絡課程建設與優(yōu)質課程建設項目，全面促進了課程教學方式、教學內容的改革，進一步推動了協(xié)作教學模式的順利開展。目前，在教研室的集體努力下，“水工鋼筋混凝土結構”課程的網絡教學資源已基本建成，同時該課程也被列入優(yōu)質課程建設重點項目。通過這兩項課程建設，該課程在網絡教學平臺上實現(xiàn)了實驗教學及工程現(xiàn)場施工錄像、以往具有代表性的工程設計實例等基本素材的資源共享，豐富了學生的課外學習資源，開闊了學生的專業(yè)視野。與此同時，為了增進師生課后的互動交流，在網絡上建立了答疑平臺，通過該平臺教師能夠較全面地了解學生課后學習中遇到的問題，并及時地引導學生克服理論與實踐學習中的難點。

此外，在理論教學之后的課程設計實踐教學環(huán)節(jié)中，不僅注重課程設計的內容設計，而且力爭最大限度地培養(yǎng)學生的工程設計能力。課程設計的選題緊密結合工程實際，設計題目為水利工程中最常見的水工渡槽設計，設計內容主要包括槽身和支撐排架的結構設計，要求學生分別從渡槽槽身和支撐排架的截面內力分析、承載力設計、正常使用驗算等過程全面進行設計，并要求學生嚴格按照工程施工設計圖紙的要求繪制結構設計圖。學生最終提交的設計成果包括分析計算書、槽身和支撐排架的結構設計圖。在實施教學改革過程中，為了進一步充分訓練學生對一個整體結構的分析能力，將以往的U形渡槽變更為矩形渡槽，從而加強學生對板、梁、柱結構構件的內力分析能力，深化學生對肋形結構傳力途徑的認識及對各種構件之間鋼筋連接構造的理解。同時，要求學生在課程設計過程中應用相關的計算軟件（如結構力學求解器等），嚴格按照設計單位的設計流程和方法進行工程設計，使學生在進入工作崗位前能夠接受符合行業(yè)要求的、系統(tǒng)的水工鋼筋混凝土結構設計訓練。

（二）嚴謹思維模式的培養(yǎng)

除了具有很強的實踐性外，“水工鋼筋混凝土結構”還是一門理論性較強的專業(yè)基礎課程。每一種構件的設計公式不但具有一定理論推導，而且與其適用條件、構造要求緊密配合。這就要求學生必須養(yǎng)成嚴謹的思維習慣，才能在設計過程中針對不同的受力構件使用正確的設計公式，采取合理的構造措施。因而，教師在理論教學過程中需結合實際工程問題，采用啟發(fā)、漸進引導的教學方式，幫助學生理解基本理論、熟悉不同構件的構造要求，訓練學生嚴謹的推理能力。例如《水工混凝土結構設計規(guī)范》（SL191—2008及DL/T5057—2009）規(guī)定了在不同環(huán)境類別下混凝土保護層的最小厚度，其目的之一是為了避免鋼筋骨架發(fā)生銹蝕。那么鋼筋銹蝕會帶來哪些危害？箍筋銹蝕是否會影響混凝土梁斜截面的抗剪承載力？如有影響，那么箍筋銹蝕前后混凝土梁的斜截面抗剪承載力將如何變化？在課堂上可以通過這種設問方式，促進學生積極思考，避免出現(xiàn)滿堂灌的現(xiàn)象。同時還要鼓勵學生各抒己見，以提高學生獨立分析問題并完整清晰表述個人觀點和意見的能力，增進師生間的互動交流。在解問環(huán)節(jié)則根據學生已掌握的基礎及專業(yè)知識采用由淺入深、循序漸進的方式介紹最新的研究成果，并有意識地培養(yǎng)學生嚴謹的思維模式及科學的分析方法，使學生在知其然更知其所以然的基礎上，形成科學嚴謹的思維習慣。如試驗結果表明，箍筋銹蝕對混凝土梁斜截面抗剪承載力的影響規(guī)律與箍筋的銹蝕率有關[5]，因而絕不能想當然地得出有影響或無影響的片面結論。

經過多次設問—答問—解問環(huán)節(jié)的訓練，學生課堂發(fā)言的積極性、分析問題的嚴謹性、課后習題的完成質量等方面均有了明顯改善?？梢?，采用啟發(fā)、漸進式教學法不僅強化了學生對設計計算理論及構造要求的理解，而且培養(yǎng)了學生嚴謹的思維模式，有效地提高了學生正確分析與解決問題的能力。同時，形成科學嚴謹的思維模式也為進一步培養(yǎng)創(chuàng)新能力奠定了基礎。

（三）探索與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》制定了我國2020年躋身世界人才強國行列的目標。高校作為人才培養(yǎng)的中堅力量，則肩負著培養(yǎng)大批創(chuàng)新型實用人才的重要使命。

筆者所在教研室在開展教學改革的過程中，堅持以培養(yǎng)優(yōu)秀的結構工程技術人才為目標，一方面通過實踐教學平臺提高學生的工程應用能力，另一方面充分利用學院材料與結構工程試驗室的儀器設備，鼓勵并培養(yǎng)學生通過自行設計試驗探索未知理論與客觀規(guī)律的能力。目前學院材料與結構工程試驗室擁有液壓伺服萬能試驗機、電子萬能試驗機、長軸壓力機、多通道采集系統(tǒng)及傳感器等試驗儀器和設備，為學生參與大學生科創(chuàng)項目提供了良好的硬件條件。在此基礎上，專業(yè)課教師尤其是以試驗為基礎的“水工鋼筋混凝土結構”課程的任課教師應指導學生有計劃有步驟地開展相關試驗研究。經過閱讀文獻—提出科學問題—設計試驗方案—分析試驗結果—歸納試驗結論的系統(tǒng)鍛煉，不僅使學生深刻理解了試驗是探索未知科學的重要方法和途徑，而且培養(yǎng)了學生勇于探索的創(chuàng)新精神，使學生認識到只要善于發(fā)現(xiàn)、勤于思考、樂于實踐，開展科技創(chuàng)新活動并非高不可攀。近幾年，在教學改革實施過程中，通過指導教師與學生的共同努力，學院選派代表隊參加了歷屆全國大學生水利創(chuàng)新設計大賽，并取得了一等獎兩項、二等獎五項、優(yōu)勝獎一項的優(yōu)異成績，被授予“優(yōu)秀組織獎”榮譽單位稱號。

此外，在理論教學中，也應最大限度地提高學生的創(chuàng)新能力。例如我國高校均針對非計算機專業(yè)的大一學生開設了計算機編程語言類的公共基礎課，如VB，C，F(xiàn)ORTRAN等，但由于主講公共基礎課的教師往往不具備其他領域的相關專業(yè)知識，使得尚未接觸專業(yè)課的大一學生不了解編程語言在本專業(yè)領域中的應用，更不能體會到其發(fā)揮的重要作用。因此，專業(yè)基礎課的教師有義務結合專業(yè)課程內容培養(yǎng)學生運用編程語言解決專業(yè)問題的能力。如鋼筋混凝土構件的截面尺寸、鋼筋的間距等構造要求均規(guī)定在適宜的區(qū)間內，于是滿足設計要求的方案并不唯一。然而，傳統(tǒng)教學以構件設計的基本原理為重點，容易使學生只注重設計的安全性而忽略經濟性。為了幫助學生盡早樹立正確的結構設計理念，可以鼓勵學生運用計算機編制相應的計算程序，從而優(yōu)化設計方案。通過這種方式不僅可以強化學生對設計計算流程及結構優(yōu)化設計的理解，而且能夠提高學生運用基礎課知識解決專業(yè)問題的能力，加強了各科知識間的融會貫通，促進了學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

我國水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展以及鋼筋混凝土結構在水利水電工程中的重要地位有力地推動了“水工鋼筋混凝土結構”課程教學改革的進程。為了順應教學改革的潮流，滿足水利水電建設行業(yè)對高質量工程技術人才的需求，“水工鋼筋混凝土結構”課程的教學應以實踐教學、科學思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為改革的切入點，培養(yǎng)具有一定工程經驗、勇于運用科學思維方式進行探索和創(chuàng)新的鋼筋混凝土結構設計人才。目前，該課程的多目標教學改革工作已初見成效，今后將進一步完善改革方案，以提高工程技術人才的培養(yǎng)質量。

參考文獻：

[1]余世策，冀曉華，胡志華等.鋼筋混凝土結構實驗教學演示系統(tǒng)的開發(fā)和應用[J].高等建筑教育，2012，(6).

[2]教育部.關于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見[Z].教高[2011]1號.

[3]魏春明，趙星海，秦力等.基于“鋼筋混凝土”課程培養(yǎng)學生的實踐能力[J].中國電力教育，2013，(4).

篇9

關鍵詞：混凝土梁橋；鋼筋混凝土梁（板）；預應力鋼筋混凝土梁（板）；豎向裂縫；斜裂縫。

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：

一、鋼筋混凝土梁裂縫產生的機理

我們知道，鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種不同材料組成的。在鋼筋混凝土結構中，利用混凝土的抗壓能力強而抗拉能力很弱、鋼筋的抗拉能力很強的特點，用混凝土主要承受壓力，鋼筋主要承受拉力，二者共同工作，以滿足工程結構的使用要求。以橋梁結構中的簡支梁板為例：在外力和自身重力的作用下，梁截面的上部受壓，下部受拉，由于混凝土抗拉性能很差，當梁的截面中和軸以下受拉區(qū)的拉力在開始不大時，由于彎矩很小，梁的工作情況與勻質性體梁相似，混凝土和鋼筋共同工作，應力和應變成正比，受拉區(qū)的應力和應變分布為三角形，當彎矩增加一定數值時，受拉區(qū)邊緣混凝土纖維的應變值即將到達混凝土受彎時的極限拉應變，截面便處于即將開裂狀態(tài)。這時由于粘結力的存在，受拉鋼筋的應變與周圍同一水平處混凝土的抗拉應變值相等，故這時鋼筋承受應力較低，約為鋼筋抗拉強度標準值的1/10左右，遠遠沒有發(fā)揮出鋼筋的抗拉效用。如果這時彎矩繼續(xù)增大，在抗拉能力最薄弱的某一截面處，就會出現(xiàn)第一條混凝土裂縫。在裂縫處，混凝土一旦開裂，就把它原先承擔的那部分拉力轉給鋼筋，使鋼筋應力突然增大許多，梁的撓度和截面曲率會突然增大，在截面中和軸以下裂縫尚未延伸到的部位，混凝土仍可承受一小部分拉力，但是受拉區(qū)的拉力主要由鋼筋承擔。隨著彎矩繼續(xù)增大，裂縫的數目越來越多，寬度越來越寬，這時受壓區(qū)混凝土已有塑性變形，但不充分；受拉區(qū)大部分混凝土已退出工作，拉力主要由鋼筋承擔，但鋼筋沒有屈服。這個狀態(tài)就是鋼筋混凝土通常的使用工作狀態(tài)。所以說，從設計的原理講，鋼筋混凝土有裂縫是允許的。

但是，裂縫的寬度不能超過允許值。裂縫過寬，空氣中的水分和氧氣以及帶有腐蝕性的各種氣體就會侵蝕到鋼筋混凝土中去，從而引起鋼筋的銹蝕，鋼筋一旦被銹蝕，鋼筋的斷面就會縮小，抗拉能力下降，在應力集中效應下，斷面處的“病態(tài)”會發(fā)展很快，從而導致梁板的使用壽命大大縮短。因此，設計上必須采取相應的措施控制裂縫寬度。

二、豎向裂縫和斜裂縫

我國在混凝土結構設計理論和設計方法上采用按近似概率理論的極限狀態(tài)設計法。極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。承載能力極限狀態(tài)是保證結構和構件安全性，而正常使用極限狀態(tài)是滿足結構和構件的適用性和耐久性。例如，當結構或構件由于材料強度不夠而破壞，或因產生過大的塑性變形而不能繼續(xù)承載，結構或構件喪失穩(wěn)定，結構或構件就超過了承載能力極限狀態(tài)，就不能滿足安全性的要求；當結構或構件雖然滿足了安全性要求，但卻出現(xiàn)了影響正常使用的過大變形、過寬裂縫或局部損害時，可認為結構超過了正常使用狀態(tài)，構件就不可能保證適用性和耐久的要求。《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定，結構或構件按承載能力極限狀態(tài)進行計算后，還應該按正常使用極限狀態(tài)進行驗算。所以對橋梁的鋼筋混凝土梁板設計時，必須要對梁板的裂縫寬度進行驗算。

一般情況下，裂縫出現(xiàn)的部位多集中在剪力和彎矩最大的區(qū)段。對于鋼筋混凝土受彎構件在主要承受彎矩的區(qū)段內（梁中間部位）會產生豎向裂縫；同時還有可能在剪力和彎矩的共同作用的支座附近產生斜裂縫。因此，在保證受彎構件正截面受彎承載力的同時，還要保證斜截面承載力。豎向裂縫是由縱向受力鋼筋來控制的，而斜向裂縫是由彎起鋼筋和箍筋來控制的。

1． 對梁板縱向鋼筋的布置要求

1)下部鋼筋水平方向的凈距不小于鋼筋直徑，也

不小于25MM；上部鋼筋水平方向的凈距則不應小于1.5倍鋼筋直徑，也不應小于30MM。

2)豎向凈距不小于鋼筋直徑，也不應小于25MM。

為了滿足以上要求，梁的縱向鋼筋有時須放置兩層，甚至還有多于兩層的，上、下鋼筋應對齊，不能錯列，以方便混凝土的澆搗。

當梁的下部鋼筋多于兩層時，從第三層起，鋼筋的中距應比下面兩層鋼筋的中距增大一倍。

2.箍筋、彎起鋼筋統(tǒng)稱為腹筋，他們和縱筋、架立筋等構成梁的鋼筋骨架。按理說箍筋也應像彎起筋那樣做成斜的，以便與主應力方向一致，更有效地抑制裂縫的開展，但箍筋不便綁扎，與縱向鋼筋難以形成牢固的鋼筋骨架，故一般都采用豎向箍筋。

實驗研究表明，箍筋對抑制斜裂縫開展的效果比彎起筋要好，所以工程設計中優(yōu)先選用箍筋，然后再考慮彎起筋。由于彎起筋承受的拉力比較大且集中，有可能引起彎起處混凝土的劈裂裂縫，因此放置在梁側邊緣的鋼筋不宜彎起，位于梁底的角筋亦不能彎起，彎起鋼筋的直徑不宜過粗。

三、裂縫寬度的驗算

未出現(xiàn)裂縫時，受彎構件各截面上同一水平的鋼筋和混凝土的拉應力、拉應變大致相同，當拉應變接近混凝土的極限拉應變值時，就處于即將裂縫狀態(tài)，當受拉區(qū)邊緣一旦超過極限拉應變，就會出現(xiàn)第一批裂縫。在裂縫出現(xiàn)瞬間，緊張的混凝土就像剪斷的橡皮一樣向裂縫兩側回縮，這種回縮是不自由的，它受到鋼筋的約束。在回縮的那一段長度中，混凝土與鋼筋之間有相對滑移，產生粘結力。第一批裂縫出現(xiàn)后，在粘結應力作用長度以外的那部分混凝土仍處于受拉緊張狀態(tài)，當彎矩繼續(xù)增大時，就有可能在另一薄弱截面處出現(xiàn)新裂縫，按此規(guī)律，隨著彎矩的增大，裂縫逐條出現(xiàn)，當截面彎矩達到構件最大受彎承載力值的50%-70%時，裂縫將基本“出齊”，此時裂縫分布處于穩(wěn)定狀態(tài)。如果鋼筋與混凝土的粘結力強度高，則裂縫間距較短，裂縫分布則密些。在荷載長期作用下，由于混凝土的滑移徐變和拉應力的松弛，將導致受拉混凝土不斷退出工作，使裂縫開展寬度增大。此外，荷載的變動使鋼筋直徑時脹時縮等因素，也將引起粘結力強度降低，導致裂縫寬度增大?；炷僚c鋼筋的粘結力直接影響裂縫的離散性。而裂縫的離散性影響裂縫的寬度，裂縫間距越小，密度越大，則裂縫寬度越小。試驗表明，粘結強度大致與混凝土抗拉強度成正比，且受鋼筋表面特征（是否帶肋，還是光圓）的直接影響，與混凝土保護層厚度也有較大關系，同時還與構件配筋率、截面形狀有關。

由于裂縫的最大開展寬度是影響結構耐久性的重要因素，因此應對它進行驗算是十分必要的。驗算裂縫寬度時應滿足Wmax≤Wlim.

Wmax---計算出的最大裂縫寬度，其計算公式規(guī)范中已給定。

Wlim---《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定的允許最大裂縫寬度?？梢圆楸淼弥?/p>

裂縫寬度的驗算是在滿足構件承載力的前提下進行的。因而諸如截面尺寸、配筋率等均已確定。在驗算中可能會出現(xiàn)滿足了撓度的要求，不滿足裂縫寬度的要求，這通常在配筋率較低，而鋼筋選用的直徑較大的情況下出現(xiàn)。因當計算裂縫寬度超過允許值不大時，?？捎脺p小鋼筋直徑的方法解決，必要時可適當增加配筋率。

對于受拉及受彎構件，當承載力要求較高時，往往會出現(xiàn)不能同時滿足裂縫寬度或變形限值要求的情況，這時增大截面尺寸或增加用鋼量，顯然是不合理的，對此，有效的措施是施加預應力。

四、預應力鋼筋混凝土梁（板）

由于混凝土的抗拉強度及極限抗拉應變值都很低，其極限拉應變約為0.1×103-0.15×10-3，即每米只能拉長0.1-0.15mm,所以在使用荷載作用下鋼筋混凝土梁（板）通常是帶裂縫工作的。因而對于使用上不允許開裂的構件，受拉鋼筋只能用到20-30N/㎜2，不能充分利用其強度，對于允許開裂的構件，通常當受拉鋼筋應力達到250 N/㎜2時，裂縫寬度已達到0.2-0.3mm,構件耐久性降低，也不宜用于高溫度或侵蝕環(huán)境中。為了滿足變形和裂縫控制的要求，則需要增大構件的截面尺寸和用鋼量，這將導致自重過大，使鋼筋混凝土結構用于大跨度或承受動力荷載的結構成為不可能或很不經濟。如果采用高強度鋼筋，在荷載作用下，其應力可達500-1000 N/㎜2，此時的裂縫寬度將很大，無法滿足使用要求。因而為了充分利用高強鋼筋及高強度混凝土，設法在結構構件受荷載前，給它產生預壓應力來減小或抵消荷載所引起的混凝土拉應力，從而使構件在荷載的作用下拉應力不大，甚至仍處于受壓狀態(tài)，這樣產生的裂縫將很小，甚至完全消滅裂縫。由此可見，預應力混凝土構件可以減小或消除混凝土構件的開裂，提高構件的抗裂度和剛度，并取得減輕自重，節(jié)約鋼筋的效果，克服了鋼筋混凝土的主要缺點。

根據預應力值大小對構件截面裂縫控制程度不同，預應力混凝土結構分為全預應力和部分預應力兩類。

在使用荷載作用下，不允許截面混凝土出現(xiàn)拉應力的構件，稱為全預應力混凝土。裂縫控制等級為一級，即嚴格要求不出現(xiàn)裂縫；在使用荷載作用下，允許出現(xiàn)裂縫，但最大裂縫寬度不超過允許值，則成為部分預應力混凝土，裂縫控制等級為三級，即允許出現(xiàn)裂縫；在使用荷載作用下，根據荷載組織情況，不同程度地保證混凝土不開裂，稱為限值預應力混凝土，裂縫控制等級為二級，即一般要求不出現(xiàn)裂縫。（注：限值預應力混凝土也屬于部分預應力混凝土）。

五、混凝土梁橋工程

鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土廣泛使用在橋梁工程中，以鋼筋混凝土或預應力混凝土板、梁等受彎構件作為橋梁結構中主要承重構件的橋統(tǒng)稱為混凝土梁橋。按承重結構的受力圖式分類，混凝土梁橋主要有簡支梁橋、連續(xù)梁橋、懸臂梁橋三類。

1.簡支梁橋：簡支梁橋屬靜定結構，且相鄰橋孔各自單獨受力，故結構內力不受墩臺基礎不均勻沉降影響，從而適用于地基較差的橋位上建橋。

簡支梁主要受其跨中正彎矩的控制，當跨徑增大時，梁的跨中截面恒載彎矩和活載彎矩急劇增加。因此，混凝土簡支梁（板）的常用跨徑在20M以下。當采用預應力簡支板時，常用跨徑在13-16M,而預應力簡支梁常用跨徑在25-50M.

2.連續(xù)梁橋

連續(xù)梁橋在豎向力作用下支點截面處產生負彎矩，從而減小了梁跨中截面的正彎矩。這樣，不但可減小梁跨中的建筑高度，而且能節(jié)約混凝土數量，跨徑增大時，這種節(jié)約就愈顯著。連續(xù)梁是超靜定結構，所以對墩臺地基要求嚴格。

鋼筋混凝土連續(xù)梁橋主孔常用跨徑范圍為30以下，而預應力混凝土連續(xù)梁的主孔常用范圍為40-160M。

3.懸臂梁橋

將簡支梁梁體加長，并越過支點成為懸臂梁。對于較長的橋，可以借助掛梁與懸臂梁一起組成多孔。在受力方面，懸臂部分使支點上產生負彎矩，減小跨中的正彎矩。所以，懸臂梁跨中高度比簡支梁小。但掛梁與懸臂梁的連接處的構造較復雜，撓度曲線在這個連接處有折點，會加大荷載的沖擊作用，因而易于損害。

由于混凝土材料的不均勻性和施工的差異性，混凝土梁橋的承重構件可能會產生意外的過大的裂縫。特別是在施工過程中，對于容易產生裂縫的部位要心中有數，并且勤觀察，發(fā)現(xiàn)意外裂縫，應采取有效措施予以防治。例如對簡支梁橋的跨中梁底部位；連續(xù)梁的跨中梁底部位及支座處的梁頂部位應該做為重點觀察部位；對于現(xiàn)澆整體式梁板底模拆除時間要根據環(huán)境溫度情況合理安排計劃，拆除過早很可能發(fā)生梁底裂縫；對于整體式斜交板梁，最大主彎矩方向在板的中央，接近于垂直支承邊；在板的自由邊處，接近于自由邊與支承邊垂線之間的中間方向；在純角處有垂直于純角平分線的負彎矩，以上部位都容易產生意外裂縫，作為工程技術人員心中要清楚。

六、橋面鋪裝

橋面鋪裝層通常采用水泥混凝土鋪裝，它的作用是防止車輪輪胎或履帶車直接磨耗行車道板，保護主梁免受雨水侵蝕，分散車輪的集中荷載，在溫度應力和車輪荷載的反復作用下，鋪裝層容易開裂。因此，橋面鋪裝層要有一定強度，其混凝土強度等級不應低于梁（板）的混凝土等級。鋪裝層混凝土厚度最小為100mm，并應設置鋼筋網，鋼筋直徑宜為8-12mm，網口尺寸為150mm×150mm。

在橋面構造中，伸縮縫處是最為薄弱處，由于車輪的反復沖擊，最易造成伸縮縫處的混凝土損害。必須對其進行重點設防。通常的技術措施有，對伸縮縫處的后澆帶混凝土采用鋼釬維混凝土，混凝土強度等級比鋪裝層混凝土強度等級提高5 ∽10 N/㎜2，以提高耐磨性和抗沖擊能力，并在其上層布置一層防裂鋼筋網，鋼筋直徑宜為6mm，網口尺寸100mm×100mm。同時，在澆筑前，在新老混凝土界面上涂刷1：1純水泥漿，以增強后澆帶混凝土與鋪裝層混凝土的粘結性。

結束語：

本文只從混凝土結構設計原理的角度上，對混凝土結構中裂縫問題進行了探討，對于由于施工的不合理造成的混凝土裂縫問題本文未涉及，而可能通常發(fā)生梁板裂縫問題大多是由施工原因造成的。但是，作為工程技術人員必須弄清設計原理中的裂縫形成原因，是十分必要的?；炷两Y構的使用至今已約有150年的歷史，由于它在物理力學性能及材料來源等方面有許多優(yōu)點，所以發(fā)展速度很快，應用也最廣泛。近年來我國在混凝土基本原理與設計方法、結構可靠度與荷載分析等方面取得很多新成果，某些方面已達到和接近國際先進水平，與此同時，電子計算機的普及和多功能化，CAD等軟件系統(tǒng)的開發(fā)，縮短了建筑結構設計的時間和工作量。我國新頒布的《混凝土結構設計規(guī)范》（CB50010-2002）積累了半個世紀的工程實踐經驗和最新的科研成果，作為工程技術人員有必要深入地對混凝土結構設計規(guī)范的學習，這對指導施工，研究探討工程中發(fā)現(xiàn)的質量問題有很大的幫助。本文只是拋磚引玉，希望能對大家有點參考意義。

參考文獻：

篇10

關鍵詞：混凝土拌合物；氯離子；鹽橋；標準溶液

1氯離子對鋼筋混凝土結構的影響

大家都知道水泥水化后是呈堿性的，它的ph值在12以上。鋼筋在這種堿性環(huán)境下表面會形成一層У-Fe2O3鈍化膜，這層鈍化膜能夠保護鋼筋不受侵蝕。當混凝土中的氯離子含量足夠高時，其表面的鈍化膜即遭破壞，在空氣和水的作用下鋼筋便會開始銹蝕，致使混凝土膨脹、疏松，從而進一步導致混凝土的抗化學侵蝕性和耐磨性以及抗折強度的降低。大量的工程實例也證明了這種破壞的嚴重性：美國舊金山海灣的第二座San Mateo-Hayward大橋，其預制橫梁處于浪濺區(qū)，由于其底部裂縫給氯離子侵入創(chuàng)造了條件，發(fā)生了嚴重的鋼筋腐蝕，不得不花巨資修補。日本著名的新干線使用不到10年，由于氯離子的侵蝕，出現(xiàn)大面積的混凝土開裂、剝落現(xiàn)象。我國黑龍江的哈綏公路由于在路面大量撒除冰鹽后出現(xiàn)大面積的混凝土剝蝕破壞，破損全長19.5km。

2混凝土拌合物中氯離子含量測定的意義及重要性

以上提到了氯離子對鋼筋混凝土結構的影響，但鋼筋混凝土中的氯離子到底從何而來，主要有以下幾個方面：1.環(huán)境污染造成的空氣中氯離子含量的升高從而被鋼筋混凝土所吸附2.在一些鹽漬土環(huán)境土壤本身含有大量的鹽堿物會通過地下水的滲透進入到鋼筋混凝土中。3.處于海水（或鹽湖）環(huán)境的鋼筋混凝土由于海水（或鹽湖）中帶有的大量氯鹽進入鋼筋混凝土后產生氯離子。4.水泥生產過程中本身就會帶入一定的氯離子。5.拌合混凝土所使用的水中帶有的氯離子。6.拌合混凝土所使用的粗細骨料中帶有的氯離子。7.所使用的摻合料及外加劑中所含的氯離子等。8.其它人為因素。由于以上提到的第1點、第2點、第3點，都是環(huán)境影響的客觀存在。我們難以去控制它，只能做一些保護性措施。但下面的幾點就是屬于我們可以控制的范圍了。所以新的普通混凝土配合比設計規(guī)程JGJ 55-2011別加入了對混凝土拌合物中氯離子含量的要求。目的就在于我們配置混凝土的時候能夠通過對原材料的控制從而控制混凝土拌合物中的氯離子含量。由此可見混凝土拌合物中氯離子含量的測定，對于提高鋼筋混凝土建筑的質量和耐久性都有著重要的意義。

3適合快速測定混凝土拌合物中氯離子含量的方法

氯離子測定的方法有很多，現(xiàn)色滴定法、電位滴定法、氯離子選擇性電極法、分光光度法等。其中現(xiàn)色滴定存在滴定終點時顏色難以辨認、精確度不高，人為誤差較大的缺點。分光光度法雖然檢測精度高，但儀器設備昂貴。電位滴定法與氯離子選擇性電極法同屬于電化學方法，但氯離子選擇性電極不需要貴重試劑AgNO3，省去了AgNO3標準溶液的配制和滴定，所得數據標準偏差小，能夠簡單、經濟、快速、準確地測定混凝土拌合物中氯離子的含量，值得推廣。

我們現(xiàn)在使用的《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ 55-2011中提到所使用的測試方法就是《水運工程混凝土試驗規(guī)程》JTJ 270 -98中規(guī)定的海砂、混凝土拌合物中氯離子含量的快速測定法。也就是氯離子選擇電極法，這種方法快速準確、設備成本低，適合用來做混凝土拌合物中氯離子含量的快速測定。下面我就重點討論使用本方法測定混凝土拌合物中氯離子時一些容易出現(xiàn)的問題和需要注意的要點。

4使用的儀器設備：

下面是我們這次試驗所用的部分設備：

1.氯離子選擇電極 型號：PCI-1-01 測量范圍：（10-1—5×10-5）mol/L

溫度范圍：（5—45）℃

2.數字顯示pH計 型號：PHS-2F 測量范圍：pH：(0~14.00)pH mV: (0~±1400)mV

溫度范圍：（5—40）℃

3.參比電極：232型飽和甘汞電極

4.自制鹽橋：充硝酸鉀0.1mol/L

5 試驗基本原理：

用氯離子選擇電極和甘汞電極置于液相中，測得的電極電位 E ，與液相中氯離子濃度C的對數，呈線性關系，即 E ＝ K － 0.059lg C 。因此，可根據測得的電極電位值，來推算出氯離子濃度。

6實驗步驟

第一步我們需要建立電位——氯離子濃度關系曲線：

首先控制實驗室溫度到20± 2℃， 用蒸餾水（或去離子水）配置5.5×10-3mol/L 和 5.5×10-4mol／L兩種NaCL標準溶液，各250Ml ，這里需要特別注意，由于溶液濃度比較低，所需NaCL分量很少，如果馬上配置到標準濃度的話對稱量難度太高。我們用精度為萬分之一的電子天平稱量也十分困難。所以一個比較簡單的方法就是放大配置濃度，然后再稀釋。比如我們先配濃度為5.5×10-2mol/L的NaCL溶液250 Ml,然后取25 Ml用蒸餾水稀釋到250 Ml這樣就得到5.5×10-3mol/L的NaCL標準溶液了。當然你也可以通過2次甚至3次稀釋后得到所需溶液，這樣也能達到我們這次的實驗要求。