緒論

0.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及分類

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土兩種材料組成共同受力的結(jié)構(gòu)。

混凝土是一種抗壓能力較強(qiáng)而抗拉能力很弱的建筑材料。這就使得素混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到很大限制。例如，一根截面為200mm×300mm，跨長(zhǎng)為2.5m，混凝土立方體強(qiáng)度為22.5N/mm²的素混凝土簡(jiǎn)支梁，當(dāng)跨中承受約13.5kN集中力時(shí)，就會(huì)因混凝土受拉而斷裂，如圖0-1（a）所示。這種素混凝土梁不僅承載能力低，而且破壞時(shí)是一種突然發(fā)生的脆性斷裂。但是，如果在這根梁的受拉區(qū)配置兩根直徑20mm、屈服強(qiáng)度為318.2N/mm²的鋼筋［圖0-1（b）］，用鋼筋來(lái)代替開(kāi)裂的混凝土承受拉力，則梁能承受的集中力可增加到72.3kN。由此說(shuō)明，同樣截面形狀、尺寸及混凝土強(qiáng)度的鋼筋混凝土梁比素混凝土梁可承受大得多的外荷載。而且鋼筋混凝土梁破壞以前將發(fā)生較大的變形，破壞不再是脆性的。

圖0-1 混凝土及鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的承載力

一般來(lái)說(shuō)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土主要承擔(dān)壓力，鋼筋主要承擔(dān)拉力，必要時(shí)也可承擔(dān)壓力。因此在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，兩種材料的力學(xué)性能都能得到充分利用。

鋼筋和混凝土這兩種性能不同的材料能結(jié)合在一起共同工作，主要是由于它們之間有良好的粘結(jié)力，能牢固地粘結(jié)成整體。當(dāng)構(gòu)件承受外荷載時(shí)，鋼筋和相鄰混凝土能協(xié)調(diào)變形而共同工作。而且鋼筋與混凝土的溫度線膨脹系數(shù)較為接近，當(dāng)溫度變化時(shí)，這兩種材料不致產(chǎn)生明顯的相對(duì)溫度變形而破壞它們之間的結(jié)合。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)除了較合理地利用鋼筋和混凝土兩種材料的力學(xué)性能外，還有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）耐久性好。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋因受到混凝土保護(hù)而不易銹蝕，且混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間有所增長(zhǎng)，因此鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在一般環(huán)境下是經(jīng)久耐用的，不像鋼、木結(jié)構(gòu)那樣需要經(jīng)常的保養(yǎng)和維修。

（2）整體性好。目前廣泛采用的現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，整體性好，有利于抗震及抗爆。

（3）可模性好。鋼筋混凝土可根據(jù)設(shè)計(jì)需要澆制成各種形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)，尤其適合于建造外形復(fù)雜的大體積結(jié)構(gòu)、空間薄壁結(jié)構(gòu)等。這一特點(diǎn)是磚石、鋼、木等結(jié)構(gòu)所不能代替的。

（4）耐火性好?；炷潦遣涣紝?dǎo)熱體，遭火災(zāi)時(shí)，由傳熱性較差的混凝土作為鋼筋的保護(hù)層，在普通的火災(zāi)下不致使鋼筋達(dá)到變態(tài)點(diǎn)溫度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體坍塌。因此，其耐火性比鋼、木結(jié)構(gòu)好。

（5）可就地取材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中所用的砂、石材料一般可就地或就近取材，因而材料運(yùn)輸費(fèi)用少，可顯著降低工程造價(jià)。

（6）節(jié)約鋼材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合理地發(fā)揮了材料各自優(yōu)良性能，在某些情況下可以代替鋼結(jié)構(gòu)，因而能節(jié)約鋼材。

但是，事物總是一分為二的，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也存在一些缺點(diǎn)，主要有：

（1）自重大。這對(duì)于建造大跨度結(jié)構(gòu)及高層抗震結(jié)構(gòu)是不利的，但隨著輕質(zhì)、高強(qiáng)混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，這一矛盾已得到緩解。

（2）施工比較復(fù)雜，工序多，施工時(shí)間較長(zhǎng)，但隨著泵送混凝土和大模板的應(yīng)用，施工時(shí)間已大大縮短。冬季和雨天施工比較困難，必須采用相應(yīng)的施工措施才能保證質(zhì)量，但采用預(yù)制裝配式構(gòu)件可加快施工進(jìn)度，施工不受季節(jié)氣候的影響，從而可緩解這一矛盾。

（3）耗費(fèi)木料較多。澆筑混凝土要用模板，木材耗費(fèi)量較大，但隨著鋼模板的廣泛應(yīng)用，木材的耗費(fèi)量已大為減少。另外，采用預(yù)制裝配式構(gòu)件也可少用模板。

（4）抗裂性差。普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)往往帶裂縫工作，這對(duì)要求不出現(xiàn)裂縫的結(jié)構(gòu)很不利，如水池、貯油罐等。這類結(jié)構(gòu)若出現(xiàn)裂縫會(huì)引起滲漏，影響正常使用。采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可顯著改善抗裂能力，控制裂縫的開(kāi)展。

（5）修補(bǔ)和加固工作比較困難。但隨著碳纖維加固、鋼板加固等技術(shù)的發(fā)展和環(huán)氧樹(shù)脂堵縫劑的應(yīng)用，這一困難已經(jīng)減少。

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，因而在土木、水利水電工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

在水利水電工程中，鋼筋混凝土可以用來(lái)建造平板壩、連拱壩、隧洞襯砌、水電站廠房、機(jī)墩、蝸殼、尾水管、調(diào)壓塔、壓力水管、水閘、船閘、碼頭、渡槽、涵洞、倒虹吸管等。在土木工程中，可用來(lái)建造廠房、倉(cāng)庫(kù)、多高層樓房、水池、水塔、橋梁、電視塔、地下隧道等。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可作如下分類：

（1）按結(jié)構(gòu)的構(gòu)造外形可分為：桿件體系和非桿件體系。桿件體系如梁、板、柱、墻等，非桿件體系如空間薄壁結(jié)構(gòu)、塊體結(jié)構(gòu)、與圍巖接觸的地下洞室等。在桿系結(jié)構(gòu)中，按結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)可分為：受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件、受扭構(gòu)件等。

（2）按結(jié)構(gòu)的制造方法可分為：整體式、裝配式和裝配整體式三種。整體式結(jié)構(gòu)是在現(xiàn)場(chǎng)先架立模板、綁扎鋼筋，然后澆搗混凝土而成的結(jié)構(gòu)。它整體性好，剛度也較大，目前應(yīng)用較多，但施工受氣候的影響。裝配式結(jié)構(gòu)則是在工廠（或預(yù)制工場(chǎng)）預(yù)先制成各種構(gòu)件（圖0-2），然后運(yùn)往工地裝配而成。采用裝配式結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、制造工業(yè)化、安裝機(jī)械化）；制造不受季節(jié)限制，能加速施工進(jìn)度；并可利用工廠較好的施工條件，提高構(gòu)件質(zhì)量；有利于模板重復(fù)使用，還可免去腳手架，節(jié)約木料或鋼材。但裝配式結(jié)構(gòu)的接頭構(gòu)造較為復(fù)雜，整體性較差，對(duì)抗?jié)B及抗震不利，目前應(yīng)用有所減少。裝配整體式結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)內(nèi)有一部分為預(yù)制的裝配式構(gòu)件，另一部分為現(xiàn)澆的混凝土，其中預(yù)制裝配式部分常可作為現(xiàn)澆部分的模板和支架。它比整體式結(jié)構(gòu)有較高的工業(yè)化程度，又比裝配式結(jié)構(gòu)有較好的整體性，近年來(lái)發(fā)展較快。

圖0-2 裝配式構(gòu)件

1—屋面板；2—梁；3—柱；4—基礎(chǔ)

（3）按結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)力狀態(tài)可分為：普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)承受荷載以前，預(yù)先對(duì)混凝土施加壓力，造成人為的壓應(yīng)力狀態(tài)，使產(chǎn)生的壓應(yīng)力可全部或部分地抵消荷載引起的拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是控制裂縫的性能好，能充分利用高強(qiáng)度材料，可用來(lái)建造大跨度的承重結(jié)構(gòu)，但施工較復(fù)雜。