第二章结构按极限状态法设计的原则 (3)碱集料反应 碱集料反应是指混凝土中的水泥在水化过程中释放出的碱金属,含碱性集料中的碱活 性成分发生化学反应,生成碱活性物质。这种物质吸水后产生体积膨胀,造成混凝土开裂。碱 集料反应引起的混凝土开裂一般在混凝土表面形成网状裂缝,并在裂缝处渗出白色凝胶物 质。 碱集料反应一巳发生,很难加以控制,一般不到两年就会使结构出现明显开裂,所以有时 也称碱集料反应是混凝士结构的“癮症”。 (4)冻融破坏 渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀,从内部破坏混凝土的微观结构。经多次冻融循环 后,损伤积累将使混凝土剥落酥裂,强度降低 (5)温度变化的影响 混凝土会热胀冷缩,同样也会在干燥失水时收缩,而在浸水后膨胀。这种作用的交替进 行特别是在骤然发生时,会因混凝土表层与内部体积变化不协调而产生裂缝。这些因胀缩不 均引起的损伤日积月累,导致混凝土内部组织破坏,最终会削弱结构抗力。 2.钢筋的腐蚀及其对结构耐久性的影响 钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素。混凝土中钢筋腐蚀的首 要条件是混凝土的碳化和脱钝,只有将覆盖钢筋表面的碱性钝化膜破坏,加之有水分和氧的侵 人,才有可能引起钢筋的腐蚀。钢筋腐蚀伴有体积膨胀,使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝,造 成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏,钢筋截面面积减小,使结构构件的承载力降低,变形和裂 缝增大等一系列不良后果,并随着时间的推移,腐蚀会逐渐恶化,最终可能导致结构的完全破 坏。 钢筋腐蚀一般可分为电化学腐蚀化学腐蚀和应力腐蚀等三种形式 从上面分析的影响混凝土耐久性的因素可以看出,几乎所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都 霈要有水作介质。另一方面,几乎所有的侵蚀作用对钢筋混凝土结构的破坏,都与侵蚀作用引 起混凝土膨胀,并最终导致混凝土结构开裂有关。而且当混凝土结构开裂后,侵蚀速度将大大 加快,混凝土结构的耐久性将进一步恶化。 (三)混凝土结构耐久性设计原则 混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境,与结构设计、 施工及养护管理密切相关。综合国内外研究成果和工程经验,一般是从以下二个方面解决混 凝土桥梁结构的耐久性 (1)采用高耐久性混凝土,提髙混凝土自身抗破损能力; (2)加强桥面排水和防水层设计,改善桥梁的环境作用条件 (3)改进桥梁结构设计,采用具有防腐保护的钢筋(例如,体外预应力筋,无粘结预应力筋, 环氧涂层钢筋等);加强构造配筋,控制裂缝发展;加大混凝土保护层厚度等。 《桥规》(JTGD62-2004)增加了耐久性的设计内容,提出了按结构使用环境进行耐久性设 计的一般概念,明确规定了不同使用环境下,结构混凝土耐久性的基本要求,对影晌混凝土耐 久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量等做出了限值规 定,见表2-2
←、结构设计原理 结构混凝土耐久性的基本要求 表22 环境 最大水最小水泥用量最低混凝土最大氯离子最大碱含量 环境条件 类别 灰比 (kg/m) 强度等级含量(%)(kg/m3) 温暖或寒冷地区的大 气环境;与无侵蚀性的水 或土接触的环境 严寒地区的大气环境 使用除冰盐环境;滨海环 0.50 C30 0.15 3.0 海水环境 300 C35 0.10 受侵蚀性物质影响的 C35 注;①有关现行规范对海水环境结构混凝+中最大水灰比和最小水泥用量有更详细规定时,可参照执行 2表中氯离子含量系指其与水泥用量的百分率 当有实际工程经验时,处于!类环境中结构混凝土的最低强度等级可比表中降低个等级。 预应力混凝土构件混凝土中的最大氯离子含量为00%,最小水泥用量为350kg/m3,最低混凝土强度等级为CA 或按表中规定J类环境提高3个等级,其他环境类别提高2个等级。 ⑤特大桥和大桥混凝上中的最大碱含量为1.8kg/m3,当处于I、Ⅳ类或使用除冰盐和滨海环境时,宜使用非碱活性 集料。 《桥规》( JTG D)622004)规定,对水位变动区有抗冻要求的结构混凝土,其抗冻等级不应 低于表2-3的规定。 水位变动区混凝士抗冻等级选用标准 表23 桥梁所在地区 海水环境 淡水环境 严重受冻地区(最冷月月平均气温低于-8℃ F350 F250 受冻地区(最冷月月平均气温在-4~-8℃之间) 00 F200 微冻地区(最冷月月平均气温在0~-4℃之间) F2 F150 注:①混凝十抗冻性试验方法应符合现行标准《公路工程水泥混凝士试验规程》(m]053-94)的规定 ⑦墩、台混凝土应选比表列值高级的抗冻等级 思考题 1.什么是作用?作用有哪些类型? 2什么是作用效应?作用效应组合的分类有哪些? 3.结构进行设计时,作用为什么要采用代表值?作用的代表值有哪些?如何确定的?
第二章结构按极限状念法设计的原则N 4.结构的自重如何计算 5.荷载效应与荷载有何区别?有何联系? 6.什么叫极限状态?结构有哪些极限状态 7.结构的功能要求包括哪些?如何满足这些要求? 8.何谓结构的耐久性?影响结构耐久性的因素有哪些?
结构设计原理 爹第三章受弯构件正截面承载力计算 钢筋混凝土受弯构件是组成桥涵结构的基本构件,在桥梁工程中应用极为广泛。板、梁为 典型的受弯构件。 板和梁的区别主要在于截面高宽比(h/b)的不同,其受力情况基本相同,即在外力作用 下,板梁均将承受弯矩(M)和剪力(v)的作用,因而,截面计算方法也基本相同。 本章主要讨论梁和板的正截面承载力计算问题。 第一节钢筋混凝士受弯构件的构造要求 板的截面形式,常见的有实心矩形和空心矩形;梁的截面形式,常见的有矩形T形、箱形 如图3-1所示 受压区 受压钢筋 影灬 受拉钠筋 受拉钢筋 双筋矩形果 工字形繫 受压区 中性轴 子m 空心扳 图3-1梁、板的常用截面形式 板和梁按照它们的支承条件又可分为简支的、悬臂的和连续的几种类型,其受力简图、构 造是不相同的。 对于钢筋混凝土受弯构件的设计,承载力计算与构造措施都很重要。工程实践证明,只有 在精确计算的前提下,采取合理的构造措施,才能使设计出的结构安全适用和经济合理。现将 钢筋混凝土板、梁正截面的有关构造分述如下。 钢筋混凝土板的构造 钢筋混凝土板在桥涵工程中应用很广,经常遇到的有板桥的承重板梁桥的行车道板、人
第三章受弯构件正截面承截力计算N 行道板等。工程中实心矩形板多适用于小跨径,当跨径较大时,为减轻自重和节省混凝土体 积,常做成空心矩形板。 (一)板厚 板的厚度主要是由其控制截面上的最大弯矩和构造要求决定的。但是为了保证施工质 量,《桥规》规定了各种板的最小厚度 行车道板跨间厚度 20mm,悬臂端00mm 就地浇筑的人行道板 80mm 预制的混凝土板 60mm,空心板梁的底板和顶板80mm (二)钢筋 板的钢筋由主钢筋和分布钢筋所组成,如图3-2所示。 主筋 分布钢筋 图3-2钢筋混凝上板内钢筋构造图 主钢筋布置在板的受拉区。为了使板的受力尽可能均匀,主钢筋常采用小直径,小间距的 布置方式(即多根密排)。但直径过小又会增加施工上的麻烦,也影响混凝土的浇筑质量。因 此,行车道板内的主钢筋直径不宜小于10mm;人行道板内的主钢筋直径不应小于8nm。在跨 中和连续板支点处,板内主钢筋间距不宜大于200mm 分布钢筋一般垂直于主钢筋方向布置,并设置在主钢筋的内侧在交叉处用铁丝绑扎或点 焊以固定主钢筋和分布钢筋的相互位置。分布钢筋的数量按其面积不应小于板截面面积的 0.%确定;也可以根据具体情况和经验确定。但钢筋的直径不能小于8mm,其间距不能大于 200mm。在所有主钢筋的弯折处均应设置分布钢筋。 分布钢筋的作用在于能很好地将集中荷载分布到板受力钢筋上;抵抗因收缩及温度变化 在垂直于板跨方向上所产生的应力;浇筑混凝土时能保持受力钢筋的规定间距。 (三)混凝土保护层 为了不使钢筋锈蚀而影响构件的耐久性,并保证钢筋与混凝士紧密粘结在一起,必须设置 混凝土保护层。行车道板、人行道板的主钢筋最小保护层厚度:I类环境条件为30mm,Ⅱ类环 境条件为40m,Ⅲ、Ⅳ类环境条件为45m;分布钢筋的最小保护层厚度:I类环境条件为 15m,Ⅱ类环境条件为20mm,Ⅲ、类环境条件为25mm 钢筋混凝土梁的构造 (一)槭面形式及尺寸 梁的截面常釆用矩形、T形、工字形和箱形等形式。一般在中、小跨径时常采用矩形及T (33