城市轨道交通结构设计与施工之钢筋混凝土结构设计原理

城市轨道交通结构设计与施工StructuralDesignandConstructionofUrbanRailTransit第四章钢筋混凝土结构设计原理目录第一节材料的物理力学性质第二节钢筋混凝土受弯构建抗弯设计第三节受弯构件斜截面承载能力计算第四节钢筋混凝土受压构件计算第五节钢筋混凝土受弯构件的变

形计算及裂缝控制第六节预应力混凝土构件抗弯设计概论钢筋混凝土结构优点耐久性和耐火性较好，维护费用低。充分发挥了钢筋和混凝土两种材料的特点，其构件有较大的强度和刚度。可模性好，可根据需要浇筑成各种形状的结构。耐辐射、耐腐蚀性能较好。混凝土材料中大部分为砂石，便于就地取材。钢筋混凝土结构缺点检查、加固、拆除等比较困难。自重较大，使得结构的很大一部分承载能力消耗在承受其自身重量上。概论预应力混凝土结构优点可以节省材料，减少自重。提高了构件的抗裂强度和刚度，增加了结构的耐久性。可以减小混凝土梁的竖向剪应力和主拉应力。预应力可作为结构构件连接的手段，促进了新型大跨度结构体系与施工方法的发展。结构质量安全可靠。预应力混凝土结构缺点需要有专门的设备如张拉机具、灌浆设备等。施工工艺较复杂，对施工质量要求很高。概论预应力混凝土结构的施工费用较大。预应力反拱度不易控制。结构的功能要求适用性。安全性。耐久性。1.材料的物理力学性质钢筋钢筋分类钢筋混凝土结构对钢筋的性能要求钢筋的计算强度钢筋的计算强度（Mpa）表4-1

1.材料荒的物危理力林学性李质钢筋宁牌号埋的表地示方麻法：热轧哈带肋令钢筋桨：HR航B3革35、HR摩B4译00、HR艺B5桂00；细晶花粒热庸轧钢臣筋：HR卧BF骆33近5、HR登BF阁40卵0、HR绪BF血50白0；有抗探震要首求的躁牌号定：HR跨B3袭35宝E、HR昏B4叠00彩E、HR晃B5役00培E；HR摸BF鸟33套5E、HR括BF脾40用0E、HR答BF疤50狗0E；热轧爱光圆森钢筋方：HP船B2芹35、HP妖B3饮00；钢筋励混凝徒土用贫余热宾处理咐钢筋寄：RR浑B4扎00；低碳绕钢热状轧圆部盘条暮：Q1党95、Q2挤15、Q2俯35、Q2尼75；冷轧瓜带肋艺钢筋晒：CR谢B5劝50、CR把B6药50、CR活B8差00、CR凭B9轨70；预应析力混私凝土篇用钢刺棒：PC泥B；20厨23箱/7迟/5混凝宿土结版构基易本原恒理9这四黎个等钻级钢惠筋中旦，HP恰B3党00级(Ⅰ级)为表腿面光峡圆钢始筋，拢而其内余的HR升B3者35、HR肺BF吸33喝5、HR逝B4驳00、HR冒BF责40腔0、RR亏B4凤00、HR沃B5跳00、HR附BF述50偿0钢筋护为表厅面变夏形（店带肋逐）钢椅筋，基表面短形状棵有螺季纹、晃人字钥纹、愁月牙喊纹等嫂，以医月牙遥纹居勉多。女如图2-伞20。我国送在此订是以短钢材往的用痰途分橡类作烫为表肃示方公法分奏类的掠基础做：1）碳孤素结涨构钢卷：宿表示谊方法抢：Q+数字+（质墓量等伯级符灰号）+（脱宜氧方透法符柄号）+（专意门用特途的恭符号墨）袖①稼钢号滥冠以发“Q”，代牛表钢升材的筋屈服郊点；反②“Q”后面沉的数评字表康示屈胀服点帆数值捧，单观位是MP卸a。例六如Q2条35表示统屈服妖点（σs）为23土5狂MP错a的碳劝素结象构钢杨；奶③腾必要文时钢权号后极面可纲标出企表示痕质量休等级耽和脱饺氧方晃法的熔符号挡。凤质谨量等庸级符巩号分底别为A、B、C、D。各脱咐氧方泪法符盼号：F表示稻沸腾夸钢；b表示洒半镇棕静钢谢：Z表示清镇静沙钢；TZ表示恩特殊舅镇静鸟钢，喂镇静筛钢可济不标商符号均，即Z和TZ都可疼不标永。2）优黄质碳站素结号构钢番表给示方应法：辣数字+（元车素符训号）+（脱蹈氧方妈法符闯号）+（专肃门用惨途的续符号少）赏①药钢号擦开头窄的两舞位数计字表益示钢堆的碳乓含量事，以柴平均禁碳含抢量的荡万分疼之几帜表示役，例洞如平芬均碳蹈含量捡为0.鼠45送%的钢原，钢企号为础“45混”，它蛾不是邻顺序快号，怒所以矛不能围读成45号钢诵。假②读锰含体量较辆高的弯优质台碳素暴结构中钢，弱应将华锰元漠素标傅出，计例如50壁Mn。学③蚊沸腾洒钢、管半镇逮静钢飘及专雀门用尖途的浓优质友碳素厅结构缘瑞钢应品在钢桑号最滴后特配别标似出，卧例如万平均卡碳含膛量为0.日1%的半傍镇静扔钢，肉其钢份号为10潮b。20纤23修/7顿/5混凝较土结链构基掘本原殿理12单轴爸向应解力状淡态下先的混爷凝土匆强度2.区1混凝枯土的纯物理规力学篮性能1、砼眨的立即方体菌抗压隙强度fcu兵,k和强洪度等杠级我国斜是以假边长元为15曲0毫米叹的立触方体售试块补，在20顾°±闸3°秘C的温全度和叙相对挤湿度拥在90练%以上小的潮围湿空看气中灵养护28天，黎按照览标准邪试验赚方法庆测得掀的具窄有95吗%保证斧率的者抗压尽强度(N电/m甘m2)作为锁砼的垄强度致等级,用fcu宫,k表示羽。注意胡：砼跨的立范方体寺试块若的抗故压强肾度比饲较稳秧定，吵也容乳易在镰实验赶室测疮出，舰因此乐我国蛛把砼矿立方咸体抗售压强莫度作腾为砼防强度唐的基补本指涨标，折它是关砼强略度的抛一种蔽象征载，而棒实际甜工程徐中的廉砼一跳般并届不是光以立庭方体淋形态缴出现证，因探此砼堡立方侄体抗杀压强膛度并公不能油直接种用于框工程窃设计纹。立响方体给抗压继强度萌也没腔有设屑计值否。20辅23传/7牌/5混凝坦土结菠构基沈本原补理13我国《混凝哄土结践构设鸭计规松范》规定贴的砼苹强度烟等级旨有C1都5、C2惭0、C2局5、C3袄0、C3参5、C4啦0、C4氧5、C5幅0、C5事5、C6嫁0、C6库5、C7森0、C7暂5、C8妥0共十绑四个徒等级直。其岭中C5穗0及以齿下为召普通横混凝耗土(n鸡or榆ma剪l-树st兄re第ng流th姻c糕on谱cr矛et慎e)，C5堡5及以烟上为和高强伞度混滑凝土(h闪ig鹅h-诞st可re萝ng剖th方c枝on捎cr闲et以e)。如C3穷0表示巩该强臭度等冶级的凭砼的赞立方肿体抗胸压强众度标堆准值尖为：fcu包,k=3披0N/类mm2。混凝奥土结衫构设倦计时疯的强葬度等笔级不行应低燥于C2惜0，同伪时，笔混凝眼土的纳强度雪等级宏应与蛋钢筋卷的强梳度级傅别相板匹配织，如致采用40犹0M艰Pa及以讯上钢跌筋时论，混映凝土怪强度体等级壮一般富不应鲜低于C2冠5。20尝23娘/7抓/5混凝湿土结悼构基引本原兼理142、砼槽的轴地心抗淹压强移度（讨棱柱纲体抗正压强亏度）fck实际王上砼响结构巡寿的受剥压一触般不耀是立骄方体格而是委棱柱昂体，步所以腰采用络棱柱络体试可件的瞎抗压省强度镰更能窑反映煎砼的里实际厨情况准，我戴国采衔用15杏0×谣15抖0×播30遮0的棱墓柱体悔作为谎标准颈试件效，在艘上述座标准珠条件戒下测牙得的佛具有95勤%保证乎率的靠抗压原强度核作为危棱柱秀体抗顿压强辛度即义轴心榨抗压谊强度妇的标草准值(c乓ha碑ra突ct肯er促is档ti球c汗va顺lu月e)，用fck表示沉。根据矮试验扛得到fck和fcu店,k的统圣计平赤均值绳之间爽的关叹系大鹊致如紧下：fck=0概.8迈8αc1αc2fcu睁,k（2-牲1）挡式皆中：αc1为棱啦柱体螺强度另与立裁方体扫强度秩之比绞，C5熟0以下~C雕80，αc1值对驻应为0.鱼76鸭~0士.8悼2，在雕此之岔间为逮线性天内插组；αc2为高榴强砼普脆性喉折减就系数乐，C4估0以下~C辽80，αc2值对捆应为1.肆0~跌0.租87，在揉此之躺间为稻线性岸内插墓；20制23车/7上/5混凝螺土结茄构基扑本原找理153、砼鞭的轴滴心抗浇拉强揪度ƒtk测定矛砼的悉抗拉系强度馆可采谱用直隶接轴岁拉试纷验和云劈裂僻试验认（间尿接）扇两种冰方法厨。150200150PP由试蚀验得殃到的ƒtk和ƒcu排,k的关辅系为饼：ƒtk＝0.允88×0.肉39苦5(绒ƒcu害,k)0.冤55(1－1.话64尺5δ悔)0.喇45×αc2(2滚-3捉)式中川，δ—变异吸系数直接墨轴拉仗试验果由10复0×钻10悼0×够50删0的标叮准试握件，茧两端区埋入伙直径寨为16的变监形钢移筋（伪试件索内长险度为15杀0）并爆对钢弯筋进久行张补拉（罩见下象图）诱。20乱23病/7千/5混凝撇土结惧构基渗本原岂理16劈裂雄试验碍比直咱接受否拉试卫验容抓易做籍，可压以采勤用圆亚柱体售或立币方体沉试块常，如迎右图:当测晴得试限块劈刚裂破建坏时响压力忙机的标压力F，则销根据价弹性辜理论节，可痛按下络式计时算砼少的抗隆拉强兵度：ddFFFF式中哈：d—圆柱唉体直样径或立方板体边舟长；l—圆柱蓝体长孔或立方体承边长奥。（2-她4）劈裂所面应匀力分捕布172、砼在闪荷载络长期跟作用资下的顾变形拴性能—徐变甘（cr齿ee触p）（1）徐版变的臣概念寇：曲砼在毫荷载服长期扭作用野下（龟保持珠应力俊不变倚），肿应变夕随时男间而相增长扫的现麦象称袄为砼身的徐埋变。εcrεelaεela´εela〞εcr´εT（徐变）（瞬时应变）（残余应变）（时间）（瞬时恢复）（弹性后效）183、砼的尿收缩抱变形店和膨卧胀变减形（sh湖ri绿nk能ag椒e践a叠nd养d善il取at拐an滥cy岭of拴co沸nc撤re畏te）砼在梨硬化稠过程年中体诵积会奥发生驱变化吊，在丛空气维中硬侧化体裕积会这收缩豪，在讽水中缓硬化潮体积糟要膨床胀，贯一般裹收缩叛值远虫大于朝膨胀汉值。约普通姨砼的威收缩监值一惊般可占取0.快00界03。砼的傻收缩扣一般丝式两年虹后趋评于稳劫定，魂前两品周可馆完成25桐%，一高个月条可完低成50惑%，三乳个月琴后增阳长缓著慢。产生销收缩绝的原观因：①扮化学永收缩猫（水供泥水晚化反钉应）趁；②干分燥失舍水（恰水们泥水境化凝悼固颗爽粒沉填陷析姥水，证干燥泊蒸发魔）；③碳角化作教用（臂氢氧众化钙血转化塌成碳忙酸钙烤）。影响彻因素：①迟水泥凤等级趟高收动缩大喘；②薯水泥炎用量叶多收涂缩大迅；③锁水灰橡比大识收缩宜大：根④骨违料弹效性模攀量小阿收缩源大；掘⑤体漫表比亲小收杯缩大助；⑥饲养护两条件煌等。1.材料夺的物哄理力赛学性且质钢筋穷与混浇凝土炸的黏涌结黏结矿力的铲作用黏结抓力的对组成保证宅钢筋买与混带凝土早之间设黏结榜力的欲构造赛措施满足酿钢筋损的锚翻固长恼度光圆概钢筋涝端头终做弯谅钩保证条钢筋奋的塔凑接长炕度保证抄钢筋相与砼撤共同个作用巩，阻畅止钢栗筋在找混凝凶土中迹滑移疾。化学尺胶着嫩力、渴摩擦韵力、疾机械托咬合栋力、则钢筋繁端部吓锚固论力。2.钢筋场混凝影土受干弯构唉件抗欧弯设狭计钢筋弃混凝槐土受溜弯构导件的硬破坏角形态少筋锁梁破钩坏——梁的丛配筋鸟率很泥低，盈属脆还性破离坏。适筋的梁破哄坏——梁的圾配筋罩率适兄当，馋属延丢性破锦坏。超筋航梁破遥坏——梁的资配筋过率很表高，员属脆男性破脸坏。（a)适筋俊梁弯秤矩-挠度岂关系舟曲线（b)）适筋笔梁弯代矩-应变现关系因曲线2.钢筋季混凝资土受继弯构违件抗嫩弯设拳计图4-盐2矩形礼截面纤适筋求梁受蜻弯构耳件破敲坏的锈三个膨阶段振的应寒力应暂变分傅布适筋淘梁破昂坏过棉程2.钢筋循混凝愚土受蕉弯构欢件抗伐弯设坛计正截艳面受敌弯承弱载力源计算诉基本果假定平截四面假阵定。不考何虑受身拉区床的混际凝土禁参与搬工作围假定镇。受压纤区混之凝土款应力-应变劫曲线叹采用叛抛物跨线加异直线物的曲诉线形偷式，缸如图4-仙3所示狐。钢杂筋应锣力-应变景曲线盏采用熔两段绳直线此的曲肃线形泉式，伴如图4-剪4所示耳。图4-笨3混凝迟土应怕力应坑变曲益线图4-孟4钢筋论应力衬应变销曲线2.钢筋紫混凝俘土受盆弯构庆件抗全弯设鬼计受弯讯构件夜正截盲面受绿弯的渠应力饲图形图4-转6矩形怖截面居受弯永构件宜正截猛面等帖效应旱力分伟布及呀受压隔区高毙度图4-疗5混凝罩土正朵截面耍理论紫应力去应变板分布露图2.钢筋横混凝忙土受能弯构初件抗叨弯设庆计基本闯计算贷公式我国予现行《铁路胜桥涵毁钢筋槐混凝铁土和萝预应议力混寸凝土唤结构上设计堤规范》（TB望10蹲00蛛2.感3规定类对于月钢筋彻混凝古土结国构应魔按容挨许应榆力法伐进行恐设计怪。钢筋使混凝悲土适肢筋受秩弯构捧件，蓝处于跨弹性钉工作妄状态售，其赏混凝获土的视压应肥力计臭算式钢筋无拉应播力：中性料轴处薯的剪千应力叙：单筋创矩形走截面减梁计唯算公见式根据《混凝始土结焰构设供计规抄范》（GB奶50咬01锁0-谊20阁10）进景行极哲限状呼态法岂设计洪，其粱计算词公式悉如下扫：我国喜现行《铁路扮桥涵策钢筋屠混凝推土和所预应平力混茧凝土资结构驼设计雾规范》（TB拼10餐00疲2.研3规定标对于垮钢筋我混凝第土结黄构应感按容肯许应南力法怀进行仆设计篇。钢筋干混凝途土适揪筋受危弯构窝件，忆处于部弹性廊工作赖状态刚，其仅混凝伍土的膏压应难力计咱算式钢筋可拉应碑力：我国是现行《铁路氧桥涵旁钢筋重混凝车土和银预应机力混网凝土拜结构容设计饺规范》（TB秤10谋00艰2.按3规定鹿对于拘钢筋麦混凝彼土结祖构应置按容怀许应桶力法移进行正设计捷。钢筋主混凝宇土适处筋受悉弯构运件，亮处于订弹性地工作秃状态比，其仰混凝粮土的著压应淡力计残算式中性屈轴处不的剪馅应力酸：钢筋勺拉应师力：我国剧现行《铁路留桥涵壳钢筋蹈混凝序土和棋预应善力混浙凝土贴结构姻设计椒规范》（TB希10莫00回2.张3规定玩对于墨钢筋宵混凝破土结贝构应轰按容福许应肤力法说进行掘设计库。钢筋涂混凝再土适被筋受膜弯构葛件，赤处于哲弹性答工作轰状态讨，其胡混凝悠土的腰压应龄力计每算式我国砌现行《铁路氏桥涵眯钢筋迹混凝魄土和毯预应抬力混压凝土微结构浅设计意规范》（TB仍10呆00盘2.等3规定霉对于致钢筋柄混凝块土结味构应采按容阁许应嫌力法两进行良设计似。钢筋蛾混凝谎土适谎筋受愿弯构躲件，却处于拿弹性原工作版状态柏，其悲混凝锁土的蔬压应结力计掘算式钢筋泉拉应肃力：我国庸现行《铁路墨桥涵咸钢筋趴混凝煮土和迎预应坦力混催凝土芒结构谅设计画规范》（TB炉10采00鞭2.排3规定吴对于防钢筋腥混凝迟土结掌构应葱按容娘许应阿力法楚进行逆设计桃。钢筋舞混凝寇土适奶筋受后弯构逃件，透处于模弹性厨工作舱状态乔，其烂混凝宣土的塌压应泊力计露算式中性垦轴处弄的剪够应力戚：钢筋滴拉应戴力：我国术现行《铁路勿桥涵梳钢筋慰混凝周土和的预应卖力混章凝土摩结构谈设计燥规范》（TB扭10病00自2.与3规定葵对于榴钢筋瓜混凝茧土结植构应瘦按容淹许应甲力法耐进行体设计油。钢筋吼混凝棕土适秃筋受占弯构赛件，浸处于说弹性哭工作是状态读，其售混凝随土的命压应谜力计括算式2.钢筋次混凝劲土受半弯构芦件抗父弯设炊计双筋洁矩形按截面余梁计晓算公袍式双筋省矩形层截面要梁承男载能工力极可限状零态计绣算公挤式如悔下：2.钢筋貌混凝幅土受左弯构妈件抗彻弯设烂计2.钢筋方混凝岸土受毅弯构保件抗贱弯设勿计2.钢筋宜混凝圾土受蛮弯构圆件抗叉弯设甚计3.受弯僵构件问斜截依面承泪载能碰力计灾算受弯剃构件办斜截类面破仇坏形订态剪压性破坏斜拉筋破坏斜压计破坏影响裁斜截违面受己剪承少载力孩的主稻要因紧素混凝渠土强朽度剪跨活比纵筋伏配筋滤率荷载带作用滥形式梁截肌面尺熄寸3.受弯佛构件段斜截租面承城载能碍力计城算有腹鸦筋梁该受剪遮性能有腹愈筋梁猎受剪厉承载桑力基喊本公逼式：均布绣荷载奔作用骑下的录梁受幕剪承面载力冰计算弃公式欺：4.钢筋饶混凝目土受批压构肥件设纲计轴心戚受压驰构件轴心做受压史构件闸分类轴心女受压值构件看强度粒计算轴心定受压糕构件陵稳定底性计羞算轴心记压力拔作用缠下的亭构件护的破皆坏4.钢筋换混凝颂土受另压构寻件设掩计偏心仅受压吊构件偏心同压力执作用腰下的忍构件跑的破纱坏轴心苦受压醉构件赠混凝奖土正持应力四计算5.钢筋篇混凝丢土受马弯构纲件的叫变形洽计算及裂脾缝控蜜制变形扫计算挠度透控制晒理由使用为功能道要求安全柳行车础要求用户笔心理殊要求砖墙究（板饭）稳卷定要惠求造成齐挠度掏过大善的荷饶载条柴件对正岩常使塌用极毛限状母态按己荷载巡寿持续史时间俗长短饶可分杏：荷载利短期秃效应忙组合荷载钓长期骡效应赌组合5.钢筋赞混凝坚土受贪弯构洋件的工变形钉计算及裂萍缝控缩慧制裂缝痰控制裂缝奋开裂格控制昂理由外观赖要求耐久罩性要滚求裂缝遍开裂远控制集标准《混凝享土结屯构设洲计规扶范》（GB乏5底00镜10布-2废01煤0）《铁路榨桥涵赔钢筋忘混凝矩土和筐预应衡力钢锯筋混痰凝土朗结构氏设计姻规范》（TB闯1喷00型02翁.3陕-2罢00寨5）6.预应酸力混拍凝土芳受弯柴构件恰抗弯艳设计预应播力混饰凝土障构件弯受弯细性能预应心力施诱加方舍法预应薄力混管凝土拖从预田加应讯力到毅破坏草，根围据所策受应连力分吩为三艳阶段先张严法、蹈后张璃法、皇电热季法等弹性袋阶段拔、开举裂阶沫段和赞破坏罢阶段全预百应力钥混凝环土受才弯构情件设插计6.预应域力混奥凝土豆受弯各构件裁抗弯困设计预应颤力损超失计控算预应凭力筋季与孔暴壁壁崇间的液摩擦告引起域的损波失张拉乞端锚匙具变方形和苗钢筋英内缩港引起映的预清应力讲损失对于滔先张炉法构弦件，猾混凝摸土加莲热养衔护时率，先昼张拉脂的预叮应力压筋与轮台座杨之间拖的温盈差引碑起的匹损失6.预应砍力混的凝土杆受弯亚构件恶抗弯漫设计预应棍力损