张老师新规范讲评jiu

1、学 习 与 应 用 讲 评n结构极限状态n概率极限状态设计基本原理n承载能力极限状态设计原则n荷载分项系数及荷载效应组合n材料强度的标准值，分项系数和设计值n混凝土的耐久性n影响混凝土结构耐久性的因素n混凝土结构耐久性设计原则n桥梁结构使用环境条件分类n结构混凝土耐久性的基本要求n提高混凝土结构耐久性的构造措施n适当提高混凝土的强度等级是结构工程的重大技术进步n中、高强钢筋的应用 新桥规JTG D62给出的钢筋混凝土及预应力混凝土轴向受力构件的承载力计算的基本程式，与老桥规JTG023相比，无实质性差别。值得进一步说明的问题有：一、改进了偏心受压构件附加偏心增大系数计算公式二、矩形截面偏心受压

2、构件正截面承载力的实用计算方法三、圆形截面偏心受压构件正截面承载力实用计算 钢筋混凝土及预应力混凝土受扭及弯扭构件承载力计算是承载能力极限状态计算的重要内容之一。一、矩形或箱形截面纯扭构件抗扭承载力计算二、受弯、剪、扭共同作用的矩形（或箱形）截面构件的承载力计算 预应力混凝土结构的抗裂性及裂缝宽度验算是正常使用极限状态计算的核心内容。 （一）抗裂性验算的内容及控制条件（二）全预应力混凝土及部分预应力混凝土A类构件正截面抗裂性验算（三）预应力混凝土受弯构件斜截面抗裂性验算（四）部分预应力混凝土B类构件的裂缝宽度计算n一、深受弯构件的受力性能n二、深梁的内力计算n三、深受弯构件的承载力计算n四、钢

3、筋混凝土盖梁（短梁）承载力计算 SRSR1.永久作用 在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计。但是永久作用（或荷载）的取值具有随机性，例如构件自重，由于材料容重的变化和构件尺寸的偏差可能与计算值不符，是随机变量。2.可变作用 在设计基准期内量值随时间变化，且变化值与平均值比较不可忽略。例如，作用于桥梁上的车辆荷载和人群荷载的作用位置和数值大小都是变化的，其随机性是很明显的。3.偶然作用 在设计基准其内出现的概率很小，一旦出现其值很大，且持续时间很短，例如罕遇地震，车辆或船舶撞击力等。 结构抗力的大小，主要取决于结构所用材料强度和构件的几何尺寸。 材料强度是随机变量。无

4、论是钢筋或是混凝土的强度都是有变异的。来自不同钢厂的同一种类的钢筋，其实际强度并不完全相同，即使是同一钢厂，甚至同一炉的钢筋强度抽样试验结果也是有差异的。同一设计强度等级的混凝土，由于材料称量不准，施工条件和技术水平的影响，其实际强度的变化幅度就更为显著。 构件几何尺寸也是随机变量。由于制造工艺和操作技术等因素，构件的实际尺寸与设计尺寸不可能完全一致。 基于以上各种影响因素的随机性，结构抗力亦具有随机性。 由于作用效率与结构抗力都具有随机性，其统计值都可以用概率分布曲线来表示，并用概率来描述结构的可靠和失效。 作用效应和结构抗力都可以用内力表示，因此可以将其分布曲线并列于同一坐标内进行分析。现

5、以横坐标表示作用效应（S）和结构抗力（R），纵坐标表示出现的概率密度f（见图1-1）。结构设计应满足公式（1-1）的要求，即 。 SR 将公式（1-1）反映在图1-1上，结构抗力概率分布曲线应位于作用效应概率分布曲线的右侧。这样才能使绝大多数情况下作用效应小于结构抗力（ ）。但是，这两个概率分布曲线不可避免地要有一小部分重合。在重合的区域内可能出现作用效应大于结构抗力，即 。例如，在重合区的a点，结构抗力Ra，在a点右边阴影线范围内的作用效应值S都比Ra大，这就意味着在阴影线范围内结构是不安全的，或者说结构可能失效。如果在作用效应不变的情况下，增加构件截面尺寸、提高配筋率或提高材料强度，使结构

6、抗力提高，结构抗力概率分布曲线向右移，与作用效应分布曲线的距离拉开，使两个概率分布曲线的重合区减小，即 出现 的概率减小。但是，要完全消除重合区是不可能的。即失效的可能性要完全消除是不可能的，只能减小到最低限度。SRSRSR图1-1 作用效应（S）、结构抗力（R）概率分布曲线示意图R 概率密度曲线R Saf (Ra)f (Sa)S 概率密度曲线f (S)f (R)0Ra 为了便于说明问题，我们可将公式（1-1）改写为下列形式； （1-2） 式中，Z为结构抗力与作用效应之差，即结构抗力抵消作用效应后的多余抗力。若假定R与S为正态分布的随机变量，则Z值也必然是一个正态分布的随机变量。将结构抗力与作

7、用效应两条概率分布曲线合成后示于图（1-2），横坐标表示多余抗力Z，纵坐标为多余抗力的概率密度f(z)。ZRS图1-2 多余抗力概率分布图zzf Z=R-Sf (z)P 当Z0，意味着结构抗力大于作用效应，结构处于可靠状态； 当Z = 0，意味着结构抗力等于作用效应，结构处于极限状态； 当Z0，意味着结构抗力小于作用效应，结构处于失效状态； 可靠状态和失效状态的大小用概率表示，前者称为可靠概率，后者称为失效概率。在图1-2中，纵坐标右边概率分布曲线与横坐标所包围的面积即为可靠概率，纵坐标左边概率分布曲线与横坐标所包围的阴影面积即为失效概率。其数值由概率分布曲线f(z)积分求得，即 可靠概率 （

8、1-3） 失效概率 （1-4） 可靠概率与失效概率之和为 0(0)( )spp zf z dz0(0)( )fpp zf z dz100%sfpp（1）结构的可靠度 结构可靠性是结构安全性、适用性和耐久性的总称，用结构可靠度来表示。结构可靠度是指结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。 结构的可靠度可用可靠概率 表示，亦可用失效概率 表示。但习惯上都采用失效概率 表示，因为失效概率具有明确的物理意义，能较好地反映问题的实质，但是计算失效概率比较复杂，因此国内外都采用可靠指标 代替失效概率 来度量结构可靠度。spfpfpfp（2）可靠指标的概念 前面已指出失效概率等于图1-2原点左边

9、的阴影面积，其大小随概率分布曲线位置而变。概率分布曲线的位置与平均值 有关，平均值 与原点的距离越大，则阴影的面积越小，即失效概率越小图1-3(a)；反之，平均值 与原点的距离越小，则阴影面积越大，即失效概率越大图1-3(b)。因此，平均值 的大小在一定程度上可反映失效概率的大小。但是只用平均值 一个指标不能反映曲线离散程度（或标准差 ）的影响。对于平均值相同的两个随机变量，由于离散程度（或标准差 ）的不同，失效概率亦不相同，离散程度越大，即标准差 越大，则阴影面积越大（图1-3(a)中的虚线），即失效概率就越大。zzzzzzzz图1-3 可靠指标与失效概率关系图(a)P fZzf (z)zz

10、z(b)Zf (z)Pfzzz 因此，用平均值 和标准差 的比值 来反映失效概率 ， 称为可靠指标。 （1-5）式中 结构可靠指标； 多余抗力的平均值； 多余抗力的标准差。 由图1-3可以看出， 值越大，失效概率越小； 值越小，失效概率越大。因此，可靠指标 值能直接说明可靠度的大小。zzzzfpzz（3）失效概率与可靠指标的关系 失效概率与可靠指标的关系，可根据标准正态分布的函数表，按公式计算。对应关系如表1-1所示。 由表1-1可以看出，随着可靠指标的提高，失效概率迅速减少。用可靠指标 代替失效概率 来度量结构的可靠度，概念清楚，计算简单，已被国内外普遍采用。 fp（4）设计可靠指标（即目标

11、可靠指标） 前已指出，结构设计应满足公式（1-1）即 的要求。若将其转换为以失效概率或可靠指标来度量，公式 （1-1）可改写为下列形式： （1-6） （1-7）式中 允许失效概率； 设计可靠指标，又称目标可靠指标。 为设计规范所规定的作为设计结构或构件时所应达到的可靠指标，称为设计可靠指标，它是根据设计所要求达到的结构可靠度而选定的，所以又称为目标可靠指标。SRffpp fp 目标可靠指标，理论上应根据各种结构构件的重要性，破坏性质（延性、脆性）及失效后果等因素，并结合国家技术政策以优化方法分析确定。但是，限于目前统计资料还不够完备，并考虑到规范的现实继承性，一般采用“校准法”，并结合工程经验

12、加以确定。所谓“校准法”就是根据各种变量的统计参数和概率分布类型，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标的主要依据。这种方法在总体上承认了以往规范的设计经验和可靠度水平，同时也考虑了渊源于客观实际的调查统计分析资料，是比较现实和稳妥的。 公路统一标准GB/T50283根据对公路钢筋混凝土及混凝土桥梁设计规范（JTJ023-85）进行的“校准”，并参照工业与民用建筑工程和铁路桥梁的有关规定，给出的公路桥梁结构的目标可靠指标列于表1-2。 注：1.表中延性破坏系指结构构件有明显变形或其他预兆的破坏；脆性破坏系结构构件无明显变形或其他预兆的破坏； 2.当有充分依据时

13、，各种材料桥梁结构设计规范采用的目标 可靠指标值，可对本表的规定值作幅度不超过0.25的调整。 目标可靠指标选后，按公式（1-5）计算可靠指标，进行可靠指标验算，或进一步建立包括作用（或荷载）效应和结构抗力基本变量的统计参数、目标可靠指标的极限状态方程，进行结构的承载能力计算。 应该指出，目前由于作用（或荷载）效应和结构抗力基本变量的统计资料还很不充分，概率模式和统计参数还很不完善，直接采用可靠指标进行具体设计是有困难的。为了实际工作的需要，必须在可靠指标计算公式的基础建立近似的实用概率极限状态设计法。（1）概率极限状态设计表达式 概率极限状态设计的表达式可根据可靠指标计算公式（1-5）演变求

14、得。 按着随机变量代数运算规则，随机变量差的平均值等于随机变量平均值之差，即 （1-8） 随机变量差的标准差的平方，等于随机变量标准差的平方之和，即 （1-9）将公式（1-8）和（1-9）代入公式（1-5），则可求得可靠指标的表达式为 （1-10）将 代入上式，并引入变异系数 ，zRs222zRs22zRs22RszzRs222zRs,SRRSRS则得： （1-11） 荷载效应的标准差 和变异系数 可通过荷载效量标准值 和分项系数 、 表示。 结构抗力的标准差 和变异系数 ，可通过结构抗力标准值 和材料分项系数 表示。 将上述有关系数代入（1-11），经整理后得概率极限状态设计的基本表达式为：

15、 （1-12）式中 永久荷载标准值； 可变荷载标准值； 永久荷载分项系数，其数值与永久荷载的均方差 ，变异系数 及可靠指标 有关；(1)(1)SSRRRSzz SSkSGQRRkRR()kckskGGkQQkdcdsddkcsRffSSRR ffGkSQkSGGG 可变荷载分项系数，其数值与可变荷载的均方 差 ，变异系数 及可靠指标 有关； 、 混凝土抗压强度标准值和设计值； 、 钢筋抗拉强度的标准值和设计值； 结构抗力系数，其数值与结构抗力标准差 、变异 系数 及可靠指标有关； 混凝土材料分项系数； 钢筋材料分项系数； QQQckfcdfskfsdfRcsRR 对于不同安全等级的结构，具有不

16、同的可靠度要求，为此，引入结构重要性系数，则上式可改写为 （1-13） 从形式上看，上面给出的概率极限状态表达式（1-13）与过去采用的多系数极限状态表达式基本一致，但实质上是有很大差别的。公式（1-13）中各项分项系数的 、 、 、 的确定与作用（或荷载）、材料强度等基本变量的统计参数与可靠指标有关，是通过选定的目标可靠指标 换算出来的。换句话说，公式（1-13）中各项分项系数中隐含了目标可靠指标 ，满足了结构可靠度的要求。这一点在概念上不能与过去定值设计法中的安全系数混淆。0dcdsddSR ffG QCS 设计公路桥涵结构时有关作用（或荷载）及其组合按公路桥涵设计通用规范JTG D60（

17、以下简称）采用。 构件自重及恒载的标准值按构件设计尺寸乘以材料标准容重计算。 作用分项系数 、 ，严格讲应根据作用（或荷载）基本变量的统计参数和目标可靠指标按公式计算确定。根据调查统计资料计算，并参照其他有关规范，取永久作用分项系数 ；可变作用分项系数 。 结构上几种作用（或荷载）分别产生的效应的随机叠加称为作用（或荷载）效应组合。在作用（或荷载）效应组合中，由于几个独立可变作用（或荷载）效应最不利同是出现的概率较小。 引入作用（或荷载）效应组合系数，对作用（或荷载）效应予以折减。GQ1.2G1.4Q 通用规范JTGD60规定，承载能力极限状态计算采用的作用（或荷载）效应基本组合为 （1-14

18、） 对公路桥梁结构最基本作用（或荷载）效应组合是永久作用效应+汽车荷载效应+人群荷载效应。 当永久作用效应与可变作用效应同号时，取永久作用分项系数 ，汽车荷载分项系数 ，人群荷载分项系数 ，组合系数 。将其代入公式（1-14），则得： （1-15）1112()ndGGKQQ KQQiKiSSSS1.2G11.4G21.4G0.8121.21.41.12dgkQ kQ kSSSS 当永久作用效应与可变效应异号时，永久作用分项系数应取0.9，代入公式（1-14），得： （1-16）式中 作用（或荷载）效应组合设计值； 永久作用（恒载）效应标准值； 汽车荷载（包括冲击系数影响）效应标准值； 人群荷载

19、效应标准值。120.91.41.12dgkQ kQ kSSSSdSGkS1Q kS2Q kS 由于钢筋和混凝土的强度都是随机变量，而且一般呈正态分布，因此强度标准值应按概率统计确定。（1）混凝土强度标准值桥规JTG D62规定，混凝土强度标准值取其概率分布的0.05分位值确定，其保证率为95%。（2）钢筋强度标准值 为了保证钢材的质量，我国冶金工业部门规定了一个检验用的废品限值。根据全国主要钢厂生产的钢材试样的统计，废品限值约相当于钢材屈服强度的平均值减去二倍均方差，其保证率为97.73%。为了与治金部颁布的钢材检验标准一致，桥规JTG D62规定，受拉热轧钢筋强度标准值取等于屈服强度的废品限

20、值。无明显屈服台阶的钢绞线、碳素钢丝强度标准值取等于极限强度的限值。1材料强度标准值（1）混凝土材料分项系数 混凝土材料分项系数可通过对轴心受压构件作可靠度分析确定。桥规JTG D62给出的混凝土材料分项系数 ，是采用“校准法”，按新老规范轴心受压构件承载能力相等的原则换算而得的。（2）钢筋材料分项系数 钢筋材料分项系数可通过轴心受拉构件作可靠度分析确定。由于试验统计资料不足，各类钢筋的材料分项系数还不可能全部由可靠度分析确定。桥规JTG D62给出的钢筋钢筋分项系数，是采用“校准法”，按新老规范轴心受拉构件承载力相等的原则换算后，并结合工程实践确定。对各类热轧钢筋，取 ；对无明显屈服台阶的钢

21、绞线，碳素钢丝取 。C1.45CS1.25S1.47S2材料分项系数 材料强度的设计值由材料强度标准值除以材料分项系数而得： 混凝土的抗压强度设计值 （1-17） 钢筋的抗拉强度设计值 （1-18）式中 、 混凝土、钢筋强度设计值； 、 混凝土、钢筋强度标准值； 、 混凝土、钢筋材料分项系数。 sksdsffckcdcffcdfsdfckfskfcs3材料强度的设计值 通过上述分析，最后给出钢筋混凝土构件承载能力极限状态计算的基本表达式为： （1-19） 对于常用的汽车荷载加人群荷载组合情况，可简化为 （1-20）0dSR012nGGKQ kQiQikcdsddiSSR ff 01121.21

22、.41.12G KQ kQ kcdsddSSSR ff 混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道，汽泡，孔穴等），环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，产生碳化，冻融，锈蚀作用而影响结构的受力性能。并且结构在使用年限内还会受到各种机械物理损伤（腐损，撞击等）及冲刷、溶蚀、生物侵蚀的作用。混凝土结构的耐久性问题表现为：混凝土损伤（裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等）；钢筋的锈蚀，脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等三个方面。从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看，则为降低

23、结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构的使用寿命。1影响混凝土耐久性的因素影响混凝土耐久性的因素（1）混凝土的碳化 混凝土中水泥石含有氢氧化钙Ca(OH)2而呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜而保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。但大气中存在的酸性介质及水通过各种孔道、裂隙而渗入混凝土，可以中和这种碱性。例如，工业污染造成的酸雨，或者大气中的二氧化碳（CO2）与水（H2O）形成碳酸（H2CO3），尽管其酸性很弱，也能中和氢氧化钙，而生成碳酸钙（CaCO3），这一过程称为“碳化”。 混凝土碳化的速度十分缓慢，并且与混凝土的质量、环境条件等因素有关。碳化的速度与许多因素有关，但最主要

24、的是时间（t）。 研究分析表明，混凝土碳化深度dc (mm)与暴露在大气中的结构表面碳化时间t（年）有关，两者之间存在下列关系： (2-1) 式中的碳化系数与混凝土强度等级，水灰比、施工质量、结构所处环境、表面状态，气候环境等因素有关。以北京地区为例，根据统计资料分析，室外环境下混凝土的碳化深度可按下列经验公式确定： （mm） (2-2) 式中 混凝土的强度等级（Mpa）； t 时间（年）。.108.7(1.7)ccu kdtfcdt.cu kf（2）化学侵蚀 水可以渗入混凝土内部，当其中溶入有害化学物质时，即对混凝土的耐久性造成影响。酸性物质对水泥水化物的侵蚀作用最大，酸性侵蚀的混凝土呈黄色

25、，水泥剥落，骨料外露。工业污染、酸雨、酸性土壤及地下水均可能构成对混凝土的酸性腐蚀。 此外，浓碱溶液渗入后结晶使混凝土胀裂和剥落；硫酸盐溶液渗入后与水泥发生化学反应，体积膨胀也会造成混凝土破坏。（3）碱骨料反应 碱骨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，与含碱性骨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。碱骨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。 碱料骨反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱骨料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，

26、所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构的“癌症”。（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钢筋腐蚀的机理及其对结构耐久性的影响钢筋腐蚀的机理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

27、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入，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，钢筋截面面积减少，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。（1）电化学腐蚀 电化学腐蚀是钢筋腐蚀的主要形式。电化学腐蚀必须具备两个条件： 钢筋表面形成电位差，即在钢筋表面不同电位区段形成阳极与阴极； 阳极部位的钢筋表面处于活化状态可以自由地释放电子，在阴极部分钢筋表面存在足够的水和氧。

28、 由于钢筋材质和表面的非均匀性，钢筋表面总有可能形成电位差，因此，在潮湿的环境下钢筋就有可能发生电化学反应。阴极、阳极反应生成铁离子和水中的氢氧根离子结合生成氢氧化铁Fe(OH)2，氢氧化铁与水中的氧进一步氧化形成铁锈（Fe(OH)3、3H2O）。 影响电化学腐蚀的因素主要有湿度、温度、氧气浓度等。湿度越大，温度越高，氧气浓度越大，腐蚀越严重。（2）化学腐蚀 钢筋的化学腐蚀包括酸腐蚀，碱腐蚀和盐腐蚀等，其中酸腐蚀是化学腐蚀的主要形式，钢筋与酸性溶液反应生成金属碱或不溶性氧化物，使钢筋腐蚀。（3）应力腐蚀 钢筋由电化学腐蚀等原因使表面形成大小不一、分散分布的腐蚀坑。腐蚀坑相当于一个缺口，在钢筋受

29、拉过程中，将引起应力不均匀分布，造成钢筋早期断裂，这种现象称为应力腐蚀。应力腐蚀对高强预应力钢筋的危害很大。 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需要有水作介质。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。 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，一般是从以下三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，提高

30、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。 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，对影响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。 应该指出对影响混凝土自身耐久性的主要指标加以控制，提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久性的前提和基础。满足这些限值规定是混凝土结构耐久性设

31、计的基本内容。规范中对影响混凝土耐久性的其他问题（例如：混凝土保护层厚度，构造钢筋设置、防水层设计等），没有做为耐久性设计的专门条款单独列出，而分散在其他章节中。 使用环境条件是影响混凝土结构耐久性的外部因素，应根据其对混凝土耐久性的影响进行分类：根据公路桥梁的使用情况，并参照,的规定，将桥梁结构使用环境条件划分四类：类环境系指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。类环境系指标严寒地区的大气环境；使用除冰盐环境；滨海环境。类环境系指海水环境。类环境系指受侵蚀性物质影响的环境。 在上述环境分类中，严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准GB5017693的规定： 严寒地区：累年最

32、冷月平均温度低于10地区； 寒冷地区：累年最冷月平均温度高于10，低于或等于0的地区。 累年是指近30年，不足30年的取实际年数，但不得小于10年。 除冰盐环境是指北方城市依靠喷洒盐水除冰化雪的且其主梁受到侵蚀的环境；滨海环境是指海水浪溅区以外且其前无建筑物遮挡的环境；海水环境是指潮汐区，浪溅区及海水中的环境；受侵蚀性物质影响的环境是指某些化学工业和石油化工厂的气态、液态和固态侵蚀物质影响的环境。 规定，公路桥涵应根据所处环境进行耐久性设计。结构混凝耐久性的基本要求应符表2-1的要求：表表2-12-1 结构混凝土耐久性的基本要求环境类别环境条件最大水灰比最小水泥用量(kg/m3)最低混凝土强度

33、等级最大氯离子含量（%）最大碱含量（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0.55275C250.303.0严寒地区的大气环境；使用除冰盐环境；滨海环境0.50300C300.153.0海水环境0.45300C350.103.0受侵蚀性物质影响的环境0.40325C350.103.0注：1、有关规范对海水环境结构混凝土中最大水灰比和最小水泥用量有关详细规定时，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；3、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一个等级；4、预应力混凝土构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06%，最小水泥用量为

34、350kg/m3，最低混凝土强度等级为C40，或按表中规定类环境提高三个等级，其他环境类别提高二个等级。5、特大桥和大桥混凝土中的最大碱含量为1.8kg/m3，当处于、类或使用除冰盐和滨海环境时，宜使用非碱活性骨件。 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2-2的规定。表2-2 水位变动区混凝土抗冻等级选用标准 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）F350F250受冻地区（最冷月月平均气温在48之间）F300F200微冻地区（最冷月月平均气温在04之间）F250F150注：1、混凝土抗冻性试验方法应符合现行标准JTJ053的规定。2、墩、台

35、混凝土应选比表列值高一级的抗冻等级。 应该指出，表2-1中给出的影响结构混凝土耐久性的各项限值规定中，控制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量的十分重要的。水灰比和水泥用量不仅影响混凝土的强度，而且是影响混凝土耐久性的主要因素。为了防止钢筋腐蚀以及提高混凝土的抗冻性，混凝土应尽可能地密实，使其具有良好的抗渗透性能。为此，除了选择级配良好的集料和精心施工保证混凝土充分捣实和水泥充分水化外，水灰比是影响混凝土密实性的最重要的条件。为了保证混凝土有足够的耐久性，控制最低水泥用量也很重要的，因为单位水泥用量较高的混凝土，混凝土拌合物比较均匀，可减少混凝土捣实中出现的局部缺陷。混凝土抗冻融的能力与其含气量有

36、密切关系，因此，有抗冻要求的结构混凝土应掺入适量的引气剂。1加大钢筋的混凝土保护层厚度加大钢筋的混凝土保护层厚度 前已指出，混凝土碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。 给出的钢筋最小混凝土保护层厚度列于表2-3。序号构 件 类 型环境条件、1基础、桩基承台（1）基坑底面有垫层或侧面有模板 （受力钢筋） （2）基坑底面无垫层或侧面无模板4060507560852墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑（受力主筋）3040453人行道构件

37、、栏杆（受力主筋）2025304箍筋2025305缘石、中央分隔带、护拦等行车道构件3040456收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋152025注：对于环氧树脂涂层钢筋，可按环境类别取用；表表2-3 普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度（mm）2 2加强构造配筋加强构造配筋 加强构造配筋，特别是采用小直径变形钢筋，对防止和分散混凝土裂缝的作用十分明显，是提高混凝土结构耐久性的重要措施之一。（1）提高了水平防收缩钢筋配筋率 ：T形、I形截面梁或箱形截面梁的腹板两侧，应设置直径68mm的纵向钢筋，每腹板内钢筋截面面积宜为（0.0010.002）bh

38、，其中b为腹板宽度，h为梁的高度，其间距在受拉区不大于腹板宽度，且不大于200mm，在受压区不应大于300mm。在支点附近剪力较大区段和预应力混凝土梁的锚固区段，腹板两侧纵向钢筋截面面积应予增加，纵向钢筋的间距宜为100150mm。（2）提高了箍筋间距限制 箍筋宜采用直径不小于8mm的变形钢筋，其间距应符合的规定： 箍筋间距不应大于梁高的1/2，且不大于400mm；当所箍钢筋为按受力需要的纵向受压钢筋时，不应大于所箍钢筋直径的15倍，且不应大于400mm。在钢筋绑扎搭接接头范围内的箍筋间距，当绑扎搭接钢筋受拉时，不应大于主钢筋直径的5倍，且不大于100mm；当搭接钢筋受压时，不应大于主钢筋直径

39、的10倍，且不大于200mm。在支座中心向跨径方向长度相当于不小于一倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于100mm。（3）加强桥面铺装及防水设计 桥面铺装层应采用密实性较好的C30以上等级的混凝土，混凝土铺装层内应设置钢筋网，防止混凝土开裂。 桥面铺装层顶面应设置防水层，特别是连续梁（或悬臂梁）的负弯矩段更应十分重视防水层设计。 应加强洩水管设计，应特别注意洩水管周边的构造细节处理。 加强伸缩缝处的排水设计，防止水分从伸缩缝处渗入梁内。 解决混凝土结构耐久性问题还涉及施工及养护管理等方面的问题，应参照有关规范执行。 新修订的（以下简称建混规GB50010）和在混凝土和钢筋材料选择上有较大变化：适当提

40、高了混凝土强度等级，将C50C80高强混凝土列入规范；明确提出，在钢筋混凝土结构中推荐采用HRB400钢筋（新级钢）做为主导钢筋，HRB330（原级钢）做为辅助钢筋；在预应力混凝土结构中推荐采用高强度钢绞线做为主导钢筋。这些重大措施，对提高我国混凝土结构的质量，提高经济效益，将产生重大影响。 长期以来，我国建筑工程采用的混凝土强度偏低，因此不得不加大构件的截面尺寸，肥梁、胖柱、深基、厚墙就在所难免。结构自重加大，降低了结构的有效承载力，同时增加了材料运输、加工、吊装、施工中的各种费用。因此，尽管我国传统的混凝土结构安全度总体上比国外低，但建造结构的材料一点也不比国外少，费用也不见得节省。国际上

41、，特别是发达国家，建筑结构较高的安全度是靠高强度材料来实现的。所以，要加大我国建筑结构的安全度并提高混凝土结构的技术水平，改变我国传统混凝土强度等级偏低的状况，就成为十分现实而紧迫的事情。 20世纪90年代以来，由于技术进步和经营方式的变化，我国结构混凝土强度偏低的状况有了很大的变化。首先是混凝土的成分不再局限于传统的水泥、砂、石和水，外加剂（如减水剂）和掺合料（如粉煤灰）的普遍采用，已成为混凝土材料不可缺少的新的组成部分。其次混凝土的生产不再局限于施工单位自行拌制，取而代之以市场化经营的高品质混凝土。这对保证混凝土质量，提高混凝土强度创造了条件。目前，一般工程采用C30以上混凝土已很普遍；使

42、用C40C50混凝土也已无困难；C60甚C80的高强混凝土的应用已经开始。 提高混凝土强度等级带来的直接效益是可以减小结构截面尺寸，减轻结构自重，提高结构承受外荷的承载力，特别是对于承受轴向压力为主的构件，效果更为明显。在混凝土结构中，混凝土材料的用量取决于其强度设计值。强度等级高的混凝土价格当然较高，但其强度设计值也高，因此可以减少材料用量。决定混凝土经济性是其强度价格比，即每元钱可以购买到的单位体积（m3）强度设计值（MPa）。以1998年北京建筑市场商品混凝土的价格为例，不同强度等级混凝土的强度价格比列于表3-1。混凝土强度等级（Mpa）C20C25C30C40C50强度价格比（m3Mp

43、a/元）0.03560.03970.04400.05460.0608表表3-1 混凝土强度价格比混凝土强度价格比 由表3-1可以看出，随着混凝土强度等级的提高，强度价格比迅速增长，上下相差达1.7倍。因此，在结构中采用强度等级较高的混凝土，特别是对墩、柱等受压为主的构件及预应力混凝土构件具有显著的经济效益。 此外，适当地提高混凝土的强度等级是提高混凝土结构耐久性的需要。在耐久性设计中，对混凝土强度等级的要求是由于其与混凝土的密实性有关，强度等级高的混凝土其密实性好，耐久性好。 从混凝土结构耐久性要求，规定，最低混凝土强度等级为：I类环境（非寒冷或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性的水或土接触的环境

44、）为C25；类环境（严寒地区的大气环境与无侵蚀性的水或土接触的环境；使用除冰盐环境；滨海环境）为C30；类环境（海水环境）C35；类环境（受人为或自然侵蚀性物质影响的环境）C35。 笔者建议：改变传统的设计习惯，适当提高设计时选取用的混凝土强度等级：对钢筋混凝土受弯构件采用C30；钢筋混凝土受压构件采用C30C40；预应力混凝土构件采用C40C60。采用C50以上高强混凝土应参照CECS104：1999执行。 长期以来，我国钢筋混凝土结构的主导钢筋是强度为335Mpa的级钢筋，强度为235Mpa的I级钢筋大量用作辅助配筋，比国外低了一个强度等级。低强度带来的配筋率增加，不仅经济效益降低，还造成

45、配筋密集难以设计、施工困难；加之运输、加工、现场绑扎等工作量的增加，已成为混凝土结构应用中的一个不利因素。预应力混凝土结构，特别中小型的房建预制构件，大量采用冷加工（冷拉、冷拔、冷轧）钢筋。这类钢筋利用低碳钢的冷加工强化，以大幅度牺牲延性为代价获得强度的提高，是我国处于短型经济条件下，由于物资匮乏搞“瓜菜代”的产物。冷加工钢筋用作预应力配筋，由钢筋的延性差，易于发脆性破坏。 新修订的建混规GB50010基于混凝土结构对钢筋性能的要求，分析了我国钢筋应用中的问题，参考了国际上用钢的趋势，以及我国冶金工业所能提供的产品， 提出选用钢筋的原则是： 钢筋混凝土结构以HRB400热轧带肋钢筋（新级钢筋）

46、为主导钢筋，以HRB335热轧带肋钢筋（原级钢筋）为辅助钢筋； 预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝，钢绞线为主导钢筋。 各种形式的冷加工钢筋应整顿市场、加强管理，保证质量，提高性能，通过市场竞争优化或淘汰。新修订的规范不再列入，但并不等于禁止使用。 20世纪90年代以来，我国冶金部门引进国外的技术和设备，开始按国际标准的要求生产新型钢筋，同时为满足建筑市场的需求，调整了产品结构。 首先，利用我国的钒（V）资源优势，对热轧钢筋微合金化而生产出质高价低的HRB400热轧钢筋（新级钢筋），其强度较HRB335钢筋（原级钢筋）提高了20%，且具有较高的延性和锚固性能及可焊性，品种规格也比较齐全，其强度

47、价格比为HRB330钢筋（原级钢）的1.12倍。 其次，用于预应力混凝土结构的中、高强度低松弛钢丝、钢绞线也增加了许多新品种；性能优良的螺旋肋钢丝逐渐取代刻痕钢丝；二股、三股钢绞线使高效预应力构件小型化成为可能，强度等级也基本齐全，最高可达1860Mpa，甚至更高。目前我国中、高强钢丝、钢绞线的生产能力已超过100万吨，完全有条件实现向高效预应力结构构件转化。 但是，所有这些质优价低的新钢筋品种推广速度太迟缓。特别是HRB400钢筋（新级钢），早在20世纪80年代已完成了产品研制及应用研究，20世纪90年代已经鉴定，但至今仍未能普遍推广，在桥梁结构中很少有人采用。究其原因除设计人员受传统设计习

48、惯的影响外，与陈旧设计规范和所谓“标准图”设计的约束有直接的关系。在向市场经济转轨，特别是我国加入WTO以后，设计管理体制如何适应技术进步是值得我们深思的问题。 新修订的虽然没有明确提出钢筋混凝土结构以HRB400为主导钢筋的设计思想，但已将其作为钢筋混凝土结构主要用钢之一列入规范。我们相信，随着科研和工程实践的进展，HRB400钢筋在桥梁工程中的应用，必然会有更大的发展。 钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件正截面抗弯承载力计算是承载能力极限状态计算的重要内容。 新桥规JTG D62规定，构件正截面承载力计算以下列基本假定做为计算的基础： 1构件弯曲后，其截面仍保持平面； 2截面受压混凝土的应力

49、图形简化为矩形，其压力强度取混凝土的轴心抗压强度值fcd；截面受拉混凝土的抗拉强度不予考虑； 3钢筋应力等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值。极限状态时，受拉区钢筋应力取其抗拉强度设计值fsd或fpd（小偏心受压构件除外）；受压区或受压较大边钢筋应力取其抗压强度设计值fsd或fpd。图4-1 预应力混凝土T形截面受弯构件正截面承载力计算图式popd(f - )Appdpoasapapas(f - )Aph0-ash0-aph0-x/2 fsdAsaas fcdapa0 Mdapas fsdAs fcdbfx fpdAp fsdAs fcdbx fsdAsh0-aph0-x/2h

50、0-ash0-hf/2 fcdaap0 Mdasaapas fcd(bf-b)hf fpdApxAsbfAp）xhfh0asaAsApbaphhfAsxh0ApbfxhfhfAsasaApapbh 新桥规JTG D62给出的适用于钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件正截面抗弯承载力的基本方程式为（以 的T形截面为例）： 由 得， （4-1） 由 得， （4-2） 公式的适用条件是 （4-3） （4-4） 将上述公式与老公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ02385（以下简称）相比可以看出，方程式的基本组成是一样的，只是设计弯矩和材料强度设计值的表达形式有所不同。 fxh0X0()()sd

51、spdpcdffsdspdppf AfAfbxbb hf AfA0zM000000()()()()()()22fdcdffsdsspdppphxMfbx hbb hhf A hafA haboxh2xa在具体计算时，应注意以下两点变化： 1当进行预应力混凝土连续梁等超静定结构承载能力极限状态时，应考虑预应力次效应（二次力的影响）。式中 预应力（扣除全部预应力损失）引起的次效应； 预应力的荷载分项系数，当预应力效应对结构有利时，取，对结构不利时取 。 应该指出，老规定“对于预应力混凝土连续梁，在弹性阶段计算中，尚应计入由预加应力引起的混凝土弹性变形的二次力，但在塑性阶段计算中则可不计由预加应力引

52、起的二次力。”新桥规JTGD62强调了预应力混凝土连续梁等超静定结构，即使是承载能力极限状态计算仍应考虑由预应力引起的次效应。这是因为试验表明，这种结构在破坏时次效应部分或全部存在。当用软钢作连续梁的预应力钢筋时，122dggkqQ kqQ kppMr Mr MMr M2pMpr1.2pr 若配筋率较低，受压区高度较小，可以形成塑性铰转动，破坏时预应力钢筋部分进入流限，次效应虽然消失较多但仍存在。当用硬钢作预应力钢筋或仍用软钢但受压区高度较大时，截面不能形成明显的塑性铰转动，破坏时次效应始终存在。 2关于“纵向受拉钢筋极限拉应变取为0.01”的限制。 新修订的建混规50010在正截面承载力计算

53、的基本假设中，增加了“纵向受拉钢筋的极限应变取为0.01”。关于这一限值的物理意义，规范条文说明解释为“对纵向受拉钢筋的极限拉应变规定为0.01，作为构件达到承载能力极限状态的标志之一”。“此值对于有屈服点的热轧钢筋相当于已经进入屈服台阶，意味着钢筋的拉应变超过屈服应变后可得到控制，此外，极限拉应变的规定，表示钢筋的均匀伸长率不得小于0.01，以保证构件具有较充分的延性。” 从理论上讲，引入纵向受拉钢筋极限拉应变限制后，正截面承载力计算应以受压区边缘处混凝土应变达到极限值 或纵向受拉钢筋应变达到极限值 两种情况控制设计。换句话说，这两个极限应变中只要具备其中一个，即标志构件达到极限状态，（图4

54、-2）。（1）以混凝土极限压应变控制设计时，承载力实用简化计算公式的适用条件。 众所周知，前面介绍的桥规JTGD62给出的正截面承载力计算公式（4-1）（4-2），是以适筋梁的塑性破坏为基础，按受压区混凝土的应变达到极限值控制设计的计算图式导出的。公式适用条件 （公式4-3）规定了混凝土受压区高度的最大值限制，其实质是规定纵向受拉钢筋的应变必须大于或等于钢筋的屈服应变（ ），保证在极限状态下，钢筋进行塑性状态。但对钢筋的最大应变值没有加以限制，显然这与“纵向受拉钢筋极限应变值为0.01”的基本ccu0.01ssuboxh/ssdsfEh0hoxoxoycho-ycycho-yc(a)(b) 断

55、面图 应变图 应力图图4-2 不同控制条件的正截面承载能力计算图式 （a）以混凝土压应变 控制设计；（b）以纵向钢筋拉应变 控制设计ccussussuccuodModM(b)sAsATTCCho-ycycho-ycycssuccuhohoxoxo假设是相矛盾的。按照图4-1（a）给出的以混凝土压应变控制设计的计算图式，在极限状态下，混凝土压应变达到极限值 ，而纵向钢筋拉应变应小于极限值 。纵向钢筋拉应变控制可以通过规定混凝土受压区高度最小值的限制条件来实现： （4-5） 式中， 为混凝土压应变达到极限值的同时，恰好纵向受拉钢筋应变也达到极限值时 的混凝土受压区相对高度，其数值可由平截面假设求得

56、： 对钢筋混凝土构件 （4-6） 对C50及 以下的混凝土，取代入上式，则得到 。 ccu0.01ssusuoxhsu0.01cu00.01sucusucuxh0.0033,0.8cu0.1985su 对预应力混凝土构件： 当采用钢丝和钢绞线时 (4-7) 对C50及以下混凝土取 ， ，近似按 MPa计算，则得 。 当采用精轧螺纹钢筋时 (4-8) 对C50及以下混凝土，取 ， ，近似按 MPa，则得 。 这样，前面给出的正截面承载力计算公式的适用条件（公式3-3）应改写为下列形式： （4-9）00.02(0.01/)pucusucupopxhE000.01/pucusucuppxhE0.00

57、33cu0.81000po0.2563pu0.0033cu0.80500p0.2444su000()supubhhxh或 对于 的情况，说明梁高过小，属于超筋梁范围，一般应修改设计。 对于 情况，说明梁高偏大，在满足最小配筋率限值的前提下，其正截面抗弯承载力应以纵向受拉钢筋的应变达到极限值 控制，按图4-2（b）所示的图式计算。 (2) 以纵向钢筋应变达到极限值 控制设计时正截面承载力实用简化计算。 按照图4-2（b）所示的计算图式，在极限状态下，纵向受拉钢筋的应变取极限值 ，受压区边缘处混凝土的应变小于极限值 ，其数值可通过变形零点至受压区的边缘的距离 来表示。 （4-10） 一般情况下，

58、不宜小于 。0bxh00()supuxhh或0.01su0.01su0.01sucuox0000.01ccuxhxc00.002 距变形零点 处混凝土的应变为： （4-11） 受压区混凝土取曲线应力图，不同截面高度处的应力值 ，根据应变值 由混凝土应力一应变曲线确定。纵向受拉钢筋的应力取钢筋抗拉强度设计值 。 承载力计算公式由内力平衡条件求得： 由 得： （4-12） 由 得： （4-13） 式中， 为混凝土受压区合力作用点至截面受压边缘的距离。 应该指出，在给定混凝土的应力应变曲线数学模型的情况下，利用计算机完成上述积分运算并不困难。0000.01cucxxxhxxcxcxsdf0X0Mcy

59、0AccxcssddAfA0.0()ddu ssdscMMf A hy 我们以常用的矩形和T形截面受弯构件为例，按推荐的混凝土应力应变曲线，代入公式（4-12）和（4-13），通过积分运算，给出了不同配筋率时以纵向钢筋极限拉应变为控制条件的正截面承载力（结构抗力） 。并将其与按前面介绍的不考虑纵向钢筋拉应变控制的实用简化公式求得的正截面假想名义抗弯承载力（假想名义结构抗力） 加以比较。计算结果表明， 。从图4-1所示的计算图示可以看出，当钢筋达到屈服后，纵向钢筋合力 是个定值，与其相平衡的混凝土压应力合力也是一个定值，结构抗力只随内力臂的大小而变。以纵向钢筋极限拉应变控制设计时，受压区混凝土边

60、缘应变值较小，受压区混凝土合力作用点下移，使内力臂减小，结构抗力降低。但混凝土压应变对其合力作用点位置的影响不大，加之在简化计算中 值取值的近似性，最终导致系数 和 相差不大也是预料之中的。.du sM.du cM./0.96 0.97du sdu cMMssdsZf A.du sM.du cM 这样，当截面高度较大（相对配筋率较小），按常规计算方法计算出现 时，应改为以纵向钢筋极限拉应变 控制设计。但在实际设计中，对这种情况仍可按常规方法计算求得截面的假想名义承载力 ，然后乘以修正系数 ，求得真实的承载力 ，笔者建议取 。 此外，当以纵向钢筋极限拉应变控制设计时，受压区混凝土边缘压应变将小于