unit_6 reinforced concrete structures郑州大学研究生专业英语课程

UNIT6REINFORCEDCONCRETESTRUCTURES钢筋混凝土CONCRETEANDREINFORCEDCONCRETEAREUSEDASBUILDINGMATERIALSINEVERYCOUNTRYINMANY,INCLUDINGTHEUNITEDSTATESANDCANADA,REINFORCEDCONCRETEISADOMINANTSTRUCTURALMATERIALINENGINEEREDCONSTRUCTIONTHEUNIVERSALNATUREOFREINFORCEDCONCRETECONSTRUCTIONSTEMSFROMTHEWIDEAVAILABILITYOFREINFORCINGBARSANDTHECONSTITUENTSOFCONCRETE,GRAVEL,SAND,ANDCEMENT,THERELATIVELYSIMPLESKILLSREQUIREDINCONCRETECONSTRUCTION,ANDTHEECONOMYOFREINFORCEDCONCRETECOMPAREDTOOTHERFORMOFCONSTRUCTIONCONCRETEANDREINFORCEDCONCRETEAREUSEDINBRIDGES,BUILDINGSOFALLSORTS,UNDERGROUNDSTRUCTURES,WATERTANKS,TELEVISIONTOWERS,OFFSHOREOILEXPLORATIONANDPRODUCTIONSTRUCTURES,DAMS,ANDEVENINSHIPS在每一个国家混凝土和钢筋混凝土都被作为建材使用。在很多国家，包括美国、加拿大，在工程建设中钢筋混凝土是一种主要的结构材料。钢筋混凝土建筑的普遍性源于钢筋和混凝土、碎石、砂、水泥广泛的可用性，混凝土施工中需要的技能相对简单，和相比其他形式的建设相比钢筋混凝土的经济性。混凝土和钢筋混凝土被用于桥梁，各种建筑，地下结构，水箱，电视塔，海洋石油勘探和生产结构，水坝，甚至船舶。MECHANICSOFREINFORCEDCONCRETECONCRETEISSTRONGINCOMPRESSIONBUTWEAKINTENSIONASARESULT,CRACKSDEVELOPWHENEVERLOADS,ORRESTRAINEDSHRINKAGEORTEMPERATURECHANGES,GIVERISETOTENSILESTRESSESINEXCESSOFTHETENSILESTRENGTHOFTHECONCRETEINTHEPLAINCONCRETEBEAM,THEMOMENTSDUETOAPPLIEDLOADSARERESISTEDBYANINTERNALTENSIONCOMPRESSIONCOUPLEINVOLVINGTENSIONINTHECONCRETESUCHABEAMFAILSVERYSUDDENLYANDCOMPLETELYWHENTHEFIRSTCRACKFORMSINAREINFORCEDCONCRETEBEAM,STEELBARSAREEMBEDDEDINTHECONCRETEINSUCHAWAYTHATTHETENSIONFORCESNEEDEDFORMOMENTEQUILIBRIUMAFTERTHECONCRETECRACKSCANBEDEVELOPEDINTHEBARS混凝土受压强、受拉弱。因此，每当受荷、收缩受阻或温度变化引起的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，便会发生开裂。在素混凝土梁中，因外力引起的力矩由内部的拉压形成的力偶来抵抗，此力偶中包含了混凝土的拉力。当第一条裂缝形成时，此梁会突然、完全地失效。在钢筋混凝土梁中，钢筋埋置在混凝土内的方式应能使混凝土开裂后在钢筋中产生平衡力矩所需的拉力。THECONSTRUCTIONOFAREINFORCEDCONCRETEMEMBERINVOLVESBUILDINGAFORMORMOLDINTHESHAPEOFTHEMEMBERBEINGBUILTTHEFORMMUSTBESTRONGENOUGHTOSUPPORTTHEWEIGHTANDHYDROSTATICPRESSUREOFTHEWETCONCRETE,ANDANYFORCESAPPLIEDTOITBYWORKERS,CONCRETEBUGGIES,WIND,ANDSOONTHEREINFORCEMENTISPLACEDINTHISFORMANDHELDINPLACEDURINGTHECONCRETINGOPERATIONAFTERTHECONCRETEHASHARDENED,THEFORMSAREREMOVED钢筋混凝土构件的施工包括以在建构件的形状搭建模板或模具。模板必须足够强劲以支承湿混凝土的重量和静水压力，以及任何由工人、混凝土料车、风等施加给它的力。钢筋置于模板中，并在混凝土浇筑过程中固定就位。当混凝土硬化后便拆除模板。THECHOICEOFWHETHERASTRUCTURESHOULDBEBUILTOFCONCRETE,STEEL,MASONRY,ORTIMBERDEPENDSONTHEAVAILABILITYOFMATERIALSANDONANUMBEROFVALUEDECISIONS一个结构选择由混凝土、钢材、砌体还是木材建造取决于材料的可得性和许多价值判断。ECONOMYFREQUENTLY,THEFOREMOSTCONSIDERATIONISTHEOVERALLCOSTOFTHESTRUCTURETHISIS,OFCOURSE,AFUNCTIONOFTHECOSTSOFTHEMATERIALSANDTHELABORNECESSARYTOERECTTHEMFREQUENTLY,HOWEVER,THEOVERALLCOSTISAFFECTEDASMUCHORMOREBYTHEOVERALLCONSTRUCTIONTIMESINCETHECONTRACTORANDOWNERMUSTALLOCATEMONEYTOCARRYOUTTHECONSTRUCTIONANDWILLNOTRECEIVEARETURNONTHISINVESTMENTUNTILTHEBUILDINGISREADYFOROCCUPANCYASARESULT,FINANCIALSAVINGSDUETORAPIDCONSTRUCTIONMAYMORETHANOFFSETINCREASEDMATERIALCOSTSANYMEASURESDESIGNERCANTAKETOSTANDARDIZETHEDESIGNANDFORMINGWILLGENERALLYPAYOFFINREDUCEDOVERALLCOSTS经济性通常情况下，最重要的考虑是结构的总成本。当然，建立它们的材料和劳动成本的函数是必要的。然而，通常情况下，总承包商和业主的施工时间同样多或更多地影响整体成本，因为承包商和业主必须分配资金进行建设，直到建筑可以入住他们才会收到这个投资回报。因此，由于施工速度快节省的财政开支可能超过抵消增加的材料成本。设计人员可以采取任何措施以规范设计和成型，一般要在降低整体成本中抵消。INMANYCASESTHELONGTERMECONOMYOFTHESTRUCTUREMAYBEMOREIMPORTANTTHANTHEFIRSTCOSTASARESULT,MAINTENANCEANDDURABILITYAREIMPORTANTCONSIDERATIONS在很多情况下，结构长期的经济性可能比初始费用更重要。因此，维护和耐久性是重要的考虑因素。SUITABILITYOFMATERIALFORARCHITECTURALANDSTRUCTURALFUNCTIONAREINFORCEDCONCRETESYSTEMFREQUENTLYALLOWSTHEDESIGNERTOCOMBINETHEARCHITECTURALANDSTRUCTURALFUNCTIONSCONCRETEHASTHEADVANTAGETHATITISPLACEDINAPLASTICCONDITIONANDISGIVENTHEDESIREDSHAPEANDTEXTUREBYMEANSOFTHEFORMSANDTHEFINISHINGTECHNIQUESTHISALLOWSSUCHELEMENTSASFLATPLATESOROTHERTYPESOFSLABSTOSERVEASLOADBEARINGELEMENTSWHILEPROVIDINGTHEFINISHEDFLOORANDCEILINGSURFACESIMILARLY,REINFORCEDCONCRETEWALLSCANPROVIDEARCHITECTURALLYATTRACTIVESURFACESINADDITIONTOHAVINGTHEABILITYTORESISTGRAVITY,WIND,ORSEISMICLOADSFINALLY,THECHOICEOFSIZEORSHAPEISGOVERNEDBYTHEDESIGNERANDNOTBYTHEAVAILABILITYOFSTANDARDMANUFACTUREDMEMBERS材料对建筑和结构功能的适应性钢筋混凝土系统常常允许设计者将建筑和结构的功能结合起来。混凝土的优势是能以塑性的状态放置，并通过模板和加工技术给出需要的形状和结构。当楼面和顶棚面完成时，允许这些构件诸如平面板或其他类型的板充当承重构件。类似地，钢筋混凝土墙除了能抵抗重力、风或地震荷载外，还能提供建筑上吸引人的外观。最后，尺寸和形状的选择由设计者来决定，而不是由标准制造构件的可得性来决定。FIRERESISTANCETHESTRUCTUREINABUILDINGMUSTWITHSTANDTHEEFFECTSOFAFIREANDREMAINSTANDINGWHILETHEBUILDINGISEVACUATEDANDTHEFIREISEXTINGUISHEDACONCRETEBUILDINGINHERENTLYHASA1TO3HOURFIRERATINGWITHOUTSPECIALFIREPROOFINGOROTHERDETAILSSTRUCTURALSTEELORTIMBERBUILDINGSMUSTBEFIREPROOFEDTOATTAINSIMILARFIRERATINGS抗火性当房屋被撤空、火被熄灭时，建筑中的结构必须经得起火的影响，并仍能保持直立。混凝土房屋在没有采取特殊的防火措施或其他构造的情况下本来就有13小时的耐火等级。钢结构或木结构的房屋必须采取防火措施，以得到相似的耐火等级。RIGIDITYTHEOCCUPANTSOFABUILDINGMAYBEDISTURBEDIFTHEIRBUILDINGOSCILLATESINTHEWINDORTHEFLOORSVIBRATEASPEOPLEWALKBYDUETOTHEGREATERSTIFFNESSANDMASSOFACONCRETESTRUCTURE,VIBRATIONSARESELDOMAPROBLEM刚性如果房屋在风中摇动，或者人们走过时底板振动，则房屋的居住者可能会被干扰。由于混凝土结构具有较大的刚度和质量，振动很少成为问题。LOWMAINTENANCECONCRETEMEMBERSINHERENTLYREQUIRELESSMAINTENANCETHANDOSTRUCTURALSTEELORTIMBERMEMBERSTHISISPARTICULARLYTRUEIFDENSE,AIRENTRAINEDCONCRETEHASBEENUSEDFORSURFACESEXPOSEDTOTHEATMOSPHERE,ANDIFCAREHASBEENTAKENINTHEDESIGNTOPROVIDEADEQUATEDRAINAGEOFFANDAWAYFROMTHESTRUCTURE低维护性混凝土构件比结构钢构件或结构木构件需要的维护本来就少。特别是当暴露在空气中的表面混凝土采用密实的加气混凝土，并在设计中小心地让水分充分地排出结构时更是如此。AVAILABILITYOFMATERIALSSAND,GRAVEL,CEMENT,ANDCONCRETEMIXINGFACILITIESAREVERYWIDELYAVAILABLE,ANDREINFORCINGSTEELCANBETRANSPORTEDTOMOSTJOBSITESMOREEASILYTHANCANSTRUCTURALSTEELASARESULT,REINFORCEDCONCRETEISFREQUENTLYUSEDINREMOTEAREAS材料的可得性砂、碎石（砾石）、水泥以及混凝土的搅拌设施可以非常广泛的得到，且钢筋比结构钢更容易地运至多数施工现场。因此，钢筋混凝土经常用在偏远的区域。ONTHEOTHERHAND,THEREAREANUMBEROFFACTORSTHATMAYCAUSEONETOSELECTAMATERIALOTHERTHANREINFORCEDCONCRETETHESEINCLUDE另一方面，有许多因素可能导致一个人选择的材料不是钢筋混凝土。这包括LOWTENSILESTRENGTHASSTATEDEARLIER,THETENSILESTRENGTHOFCONCRETEISMUCHLOWERTHANITSCOMPRESSIVESTRENGTHABOUT1/10,ANDHENCECONCRETEISSUBJECTTOCRACKINGINSTRUCTURALUSESTHISISOVERCOMEBYUSINGREINFORCEMENTTOCARRYTENSILEFORCESANDLIMITCRACKWIDTHSTOWITHINACCEPTABLEVALUESUNLESSCAREISTAKENINDESIGNANDCONSTRUCTION,HOWEVER,THESECRACKSMAYBEUNSIGHTLYORMAYALLOWPENETRATIONOFWATER低的抗拉强度正如前面所述的，混凝土的抗拉强度比它的抗压强度要低得多（约1/10），因而混凝土易遭受开裂。在结构使用中，通过采用钢筋承受拉力，并限制裂缝宽度在可接受的数值内来克服这一点。但是，除非在设计与施工中小心谨慎，否则这些裂缝可能会难看或使水渗透。FORMSANDSHORINGTHECONSTRUCTIONOFACASTINPLACESTRUCTUREINVOLVESTHREESTEPSNOTENCOUNTEREDINTHECONSTRUCTIONOFSTEELORTIMBERSTRUCTURESTHESEAREATHECONSTRUCTIONOFTHEFORMS,BTHEREMOVALOFTHESEFORMS,ANDCPROPPINGORSHORINGTHENEWCONCRETETOSUPPORTITSWEIGHTUNTILITSSTRENGTHISADEQUATEEACHOFTHESESTEPSINVOLVESLABORAND/ORMATERIALSWHICHARENOTNECESSARYWITHOTHERFORMSOFCONSTRUCTION模板和支撑现浇结构的施工涉及到三个步骤在钢结构或木结构的施工中不会遇到。它们是A模板的施工；B模板的拆除；C支撑新浇混凝土，支撑其重量直至混凝土达到足够的强度。每一步都包括其他建筑形式中不必要的人工和/或材料。RELATIVELYLOWSTRENGTHPERUNITOFWEIGHTORVOLUMETHECOMPRESSIVESTRENGTHOFCONCRETEISROUGHLY5TO10THATOFSTEEL,WHILEITSUNITDENSITYISROUGHLY30THATOFSTEELASARESULT,ACONCRETESTRUCTUREREQUIRESALARGERVOLUMEANDAGREATERWEIGHTOFMATERIALTHANDOESACOMPARABLESTEELSTRUCTUREASARESULT,LONGSPANSTRUCTURESAREOFTENBUILTFROMSTEEL相对低的单位重量或单位体积的强度混凝土的抗压强度大约是钢材的610，而它的单位密度约是钢材的30。因此，混凝土结构与类似的钢结构相比需要较大的材料体积和较重的材料重量。因此，大跨结构常常由钢材制造。TIMEDEPENDENTVOLUMECHANGESBOTHCONCRETEANDSTEELUNDERGOAPPROXIMATELYTHESAMEAMOUNTOFTHERMALEXPANSIONANDCONTRACTIONBECAUSETHEREISLESSMASSOFSTEELTOBEHEATEDORCOOLED,ANDBECAUSESTEELISABETTERCONDUCTORTHANCONCRETE,ASTEELSTRUCTUREISGENERALLYAFFECTEDBYTEMPERATURECHANGESTOAGREATEREXTENTTHANISACONCRETESTRUCTUREONTHEOTHERHAND,CONCRETEUNDERGOESDRYINGSHRINKAGE,WHICH,IFRESTRAINED,MAYCAUSEDEFLECTIONSORCRACKINGFURTHERMORE,DEFLECTIONSWILLTENDTOINCREASEWITHTIME,POSSIBLYDOUBLING,DUETOCREEPOFTHECONCRETEUNDERSUSTAINEDLOADS体积随时间变化混凝土与钢筋都经过了大约相同量的热膨胀和收缩。因为变热或变冷的钢材质量较少，且钢材与混凝土相比是一种较好的导体，因此，钢结构通常受温度变化的影响程度比混凝土结构要大。另一方面，混凝土经历了干缩，如果受到约束，干缩可能会引起挠度或开裂。而且，挠度往往会随着时间增加，其值由于混凝土在持续荷载作用下的徐变而可能会是两倍。THEFIRSTSETOFBUILDINGREGULATIONSFORREINFORCEDCONCRETEWEREDRAFTEDUNDERTHELEADERSHIPOFPROFESSORMORSCHOFTHEUNIVERSITYOFSTUTTGARTANDWEREISSUEDINPRUSSIAIN1904DESIGNREGULATIONSWEREISSUEDINBRITAIN,FRANCE,AUSTRIA,ANDSWITZERLANDBETWEEN1907AND1909在STUTTGART（斯图加特）大学MORSCH教授的领导下起草了第一套钢筋混凝土的建筑规范，并于1904年在PRUSSIA（普鲁士）发布。19071909年在英国、法国、奥地利和瑞士发布了设计规范。THEAMERICANRAILWAYENGINEERINGASSOCIATIONAPPOINTEDACOMMITTEEONMASONRYIN1890IN1903THISCOMMITTEEPRESENTEDSPECIFICATIONSFORPORTLANDCEMENTCONCRETEBETWEEN1908AND1910ASERIESOFCOMMITTEEREPORTSLEDTOTHESTANDARDBUILDINGREGULATIONSFORTHEUSEOFREINFORCEDCONCRETEPUBLISHEDIN1910BYTHENATIONALASSOCIATIONOFCEMENTUSERSWHICHSUBSEQUENTLYBECAMETHEAMERICANCONCRETEINSTITUTE美国的铁路工程协会在1890年任命了一个砌体委员会。该委员会在1903年提出了波特兰水泥混凝土的规范。19081910间，一系列的委员会报告使国家水泥用户协会在1910年发表了钢筋混凝土使用的标准建筑规范，其随后成为美国混凝土协会。AJOINTCOMMITTEEONCONCRETEANDREINFORCEDCONCRETEWASESTABLISHEDIN1904BYTHEAMERICANSOCIETYOFCIVILENGINEERS,AMERICANSOCIETYFORTESTINGANDMATERIALS,THEAMERICANRAILWAYENGINEERINGASSOCIATION,ANDTHEASSOCIATIONOFAMERICANPORTLANDCEMENTMANUFACTURESTHISGROUPWASLATERJOINEDBYTHEAMERICANCONCRETEINSTITUTEBETWEEN1904AND1910THEJOINTCOMMITTEECARRIEDOUTRESEARCHAPRELIMINARYREPORTISSUEDIN1913LISTSTHEMOREIMPORTANTPAPERSANDBOOKSONREINFORCEDCONCRETEPUBLISHEDBETWEEN1898AND1911THEFINALREPORTOFTHISCOMMITTEEWASPUBLISHEDIN1916THEHISTORYOFREINFORCEDCONCRETEBUILDINGCODESINTHEUNITEDSTATESWASREVIEWEDIN1954BYKEREKESANDREID水泥与钢筋混凝土的联合委员会于1904年建立，包括美国土木工程师协会、美国测试和材料协会、美国铁路工程协会和美国波特兰水泥制造协会。该团体中后来又加入了美国混凝土协会。在19041910年间，联合委员会进行了研究。在1913年发布的初步报告中列出了在18981911年间发表的关于钢筋混凝土的较重要的文件和书籍。该委员会最后的报告发表于1916。KEREKESANDREID在1964对钢筋混凝土建筑规范在美国的发展历史作了回顾。THEDESIGNANDCONSTRUCTIONOFBUILDINGSISREGULATEDBYMUNICIPALBYLAWSCALLEDBUILDINGCODESTHESEEXISTTOPROTECTTHEPUBLICHEALTHANDSAFETYEACHCITYANDTOWNISFREETOWRITEORADOPTITSOWNBUILDINGCODE,ANDINTHATCITYORTOWN,ONLYTHATPARTICULARCODEHASLEGALSTATUSBECAUSEOFTHECOMPLEXITYOFBUILDINGCODEWRITING,CITIESINTHEUNITEDSTATESGENERALLYBASETHEIRBUILDINGCODESONONEOFTHREEMODELCODESTHEUNIFORMBUILDINGCODE,THESTANDARDBUILDINGCODE,ORTHEBASICBUILDINGCODETHESECODESCOVERSUCHTHINGSASUSEANDOCCUPANCYREQUIREMENTS,FIREREQUIREMENTS,HEATINGANDVENTILATINGREQUIREMENTS,ANDSTRUCTURALDESIGN建筑的设计和施工是由称为建筑规范的市政细则来控制的。这些规范是用以保护公众的健康和安全。每个城市和城镇允许编制或采用其自己的建筑规范，并且在那个城市或城镇只有那个特定的规范才有合法的地位。由于建筑规范编制的复杂性，美国的城市通常将它们的建筑规范以三个典型规范中的一个为基础，即统一建筑规范、标准建筑规范或基本建筑规范。这些规范包括诸如使用和居住的要求，防火要求、供热和