【正文】 根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的保證率95％的要求，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取平均值減1. 645倍的標(biāo)準(zhǔn)差。確定的這個廢品限值大體能滿足保證率為97. 73％，即平均值減去二倍的標(biāo)準(zhǔn)差。按荷載的頻遇組合時，荷載效應(yīng)組合的標(biāo)準(zhǔn)值Sk應(yīng)按下式計算（3一27）(3) 荷載的準(zhǔn)永久組合準(zhǔn)永久組合主要用于當(dāng)長期效應(yīng)是決定性因素的情況。2. 荷載效應(yīng)組合的標(biāo)準(zhǔn)值Sk根據(jù)實(shí)際設(shè)計的需要，常須區(qū)分荷載的短期作用（標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合）和荷載的長期作用（準(zhǔn)永久組合）下構(gòu)件的變形大小和裂縫寬度驗(yàn)算。(2) 頻遇值系數(shù)，是根據(jù)在設(shè)計基準(zhǔn)期間可變荷載超越的總時間或超越的次數(shù)來確定的。1. 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計簡單表達(dá)式Sk ≤ Rk2. 可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)和頻遇值系數(shù)在正常使用狀態(tài)下，可變荷載作用時間的長短對于變形和裂縫的大小顯然是有影響的。對由可變荷載效應(yīng)控制的組合，其設(shè)計表達(dá)式可以簡化表達(dá)為（328）對由永久荷載效應(yīng)控制的組合，其承載力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式仍為（325）。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時，取γG =；γQγQi —— 可變荷載的分項系數(shù)。按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)考慮作用效應(yīng)的基本組合，必要時尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合?？紤]到多年來的設(shè)計習(xí)慣和實(shí)用上的簡便，《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》提出了便于實(shí)際使用的設(shè)計表達(dá)式，稱為實(shí)用設(shè)計表達(dá)式。延性破壞有明顯的預(yù)兆，可及時采取補(bǔ)救措施，所以目標(biāo)可靠指標(biāo)可定得稍低些。如果將曲線對稱軸至縱軸的距離表示成σZ的倍數(shù)，取μZ = βσZ （36）則 β=μZ/σZ = (μRμS)/ (37)可以看出β大，則失效概率小。(2) Z的概率密度分布曲線同前，若令Z=R–S，Z也應(yīng)該是服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量。從圖中的概率密度曲線可以看到，在多數(shù)情況下構(gòu)件的抗力R大于荷載效應(yīng)S。 可靠指標(biāo)與失效概率 1. 結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間和條件下不能完成預(yù)定功能的概率Pf, Pf為失效概率。x1，x2，…，xn 為影響該結(jié)構(gòu)功能的各種荷載效應(yīng)以及材料強(qiáng)度、構(gòu)件的幾何尺寸等。 2. 結(jié)構(gòu)狀態(tài)根據(jù)S、R的取值不同，Z值可能出現(xiàn)三種情況： Z = RS ＞0 時, 結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z = RS ＝0 時, 結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計算后，還應(yīng)該按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。如：(1) 材料強(qiáng)度不夠而破壞；(2) 因疲勞而破壞；(3) 產(chǎn)生過大的塑性變形而不能繼續(xù)承載；(4) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定；(5) 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系。 結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)能完成預(yù)定的各項功能時，結(jié)構(gòu)處于有效狀態(tài)；反之，則處于失效狀態(tài)，有效狀態(tài)和失效狀態(tài)的分界，稱為極限狀態(tài)，是結(jié)構(gòu)開始失效的標(biāo)志。(2)適用性 結(jié)構(gòu)在正常使用過程中應(yīng)具有良好的工作性。注意：結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限雖與其使用壽命有聯(lián)系，但不等同。2. 結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，是指設(shè)計的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值。例如，樓面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等，可變荷載又稱活荷載。 S ＝ C 間接作用不僅與外界因素有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)本身的特性有關(guān)。 鋼筋有哪些形式？鋼筋冷加工的方法有哪幾種？冷拉和冷拔后鋼筋的力學(xué)性能有何變化？ 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的性能有哪些要求？ 什么是鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力？影響鋼筋和混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的主要 因素有哪些？為保證鋼筋和混凝土之間有足夠的粘結(jié)力要采取哪些措施？第 3 章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法本 章 提 要 我國現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法是：以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，以可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度，采用以分項系數(shù)的設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計。(1) 鋼筋搭接的原則: ①接頭應(yīng)設(shè)置在受力較小處；②同一根鋼筋上應(yīng)盡量少設(shè)接頭；③機(jī)械連接接頭能產(chǎn)生較牢固的連接力，所以應(yīng)優(yōu)先采用機(jī)械連接。采用機(jī)械錨固可以減少錨固長度。保證粘結(jié)的構(gòu)造措施有如下幾個方面：(1) 保證最小搭接長度和錨固長度；(2) 滿足鋼筋最小間距和混凝土保護(hù)層最小厚度的要求； (3) 鋼筋的搭接接頭范圍內(nèi)應(yīng)加密箍筋； (4) 鋼筋端部應(yīng)設(shè)置彎鉤。(5) 側(cè)向壓應(yīng)力：在直接支承的支座處，如梁的簡支端，鋼筋的錨固區(qū)受到來自支座的橫向壓應(yīng)力，橫向壓應(yīng)力約束了混凝土的橫向變形，使鋼筋與混凝土間抵抗滑動的摩阻力增大，因而可以提高粘結(jié)強(qiáng)度。(3) 鋼筋凈間距：混凝土構(gòu)件截面上有多根鋼筋并列在一排時，鋼筋間的凈距對粘結(jié)強(qiáng)度有重要影響，鋼筋凈間距過小，外圍混凝土將發(fā)生水平劈裂，形成貫穿整個梁寬的劈裂裂縫，造成整個混凝土保護(hù)層剝落，粘結(jié)強(qiáng)度顯著降低。圖229 測定粘結(jié)強(qiáng)度的二種拔出試驗(yàn)(a) 直接拔出試驗(yàn) (b) 彎曲拔出試驗(yàn) 影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素 主要影響因素有混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度及鋼筋凈間距、橫向配筋及側(cè)向壓應(yīng)力，以及澆筑混疑土?xí)r鋼筋的位置等。2. 光圓鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)機(jī)理的主要差別光面鋼筋粘結(jié)力主要來自膠結(jié)力和摩阻力，而變形鋼筋的粘結(jié)力主要來自機(jī)械咬合作用（圖228）。要使鋼筋承受所需的拉力，就要求受拉鋼筋有足夠的錨固長度以積累足夠的粘結(jié)力，否則，將發(fā)生錨固破壞。 2. 粘結(jié)應(yīng)力鋼筋混凝土受力后會沿鋼筋和混凝土接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，通常把這種剪應(yīng)力稱為粘結(jié)應(yīng)力。鋼筋表面的形狀是影響粘結(jié)力的重要因素。要求鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大的變形。 2. 塑性指鋼筋的伸長率和冷彎性能。(3) 循環(huán)荷載的次數(shù)我國要求滿足循環(huán)次數(shù)為200萬次，即對不同的疲勞應(yīng)力比值滿足循環(huán)次數(shù)為200萬次條件下的鋼筋最大應(yīng)力值為鋼筋的疲勞強(qiáng)度。有兩種方法：一種是直接進(jìn)行單根原狀鋼筋軸拉試驗(yàn)；另一種是將鋼筋埋人混凝土中使其重復(fù)受拉或受彎的試驗(yàn)。應(yīng)力過高，鋼材晶粒滑移，產(chǎn)生疲勞裂紋，應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)增加，裂紋擴(kuò)展，從而造成斷裂。到達(dá)D點(diǎn)時即認(rèn)為鋼筋破壞，受拉應(yīng)力達(dá)到極限值fs,u，相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)棣舠,u。BC為完全塑性階段，C點(diǎn)為應(yīng)力強(qiáng)化的起點(diǎn)，對應(yīng)的應(yīng)變?yōu)棣舠,h，過C點(diǎn)后，即認(rèn)為鋼筋變形過大不能正常使用。 鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型常用的鋼筋應(yīng)力變曲線模型有以下幾種。彎芯的直徑D越小，彎轉(zhuǎn)角越大，說明鋼筋的塑性越好。1）伸長率：鋼筋拉斷后（例如，圖224中的E點(diǎn)）的伸長值與原長的比率稱為伸長率。圖224 有明顯流幅鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線(2) 強(qiáng)度指標(biāo)1) 屈服強(qiáng)度fy: 有明顯流幅的鋼筋的應(yīng)力到達(dá)屈服點(diǎn)后，會產(chǎn)生很大的塑性變形，使鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)很大的變形和過寬的裂縫，以致不能使用，所以對有明顯流幅的鋼筋，在計算承載力時以屈服強(qiáng)度作為鋼筋強(qiáng)度限值。B′點(diǎn)稱為屈服上限，B點(diǎn)稱為屈服下限，有明顯流幅的熱軋鋼筋屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的。鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線，有的有明顯的流幅（例如熱軋低碳鋼筋HPB235級和熱軋低合金鋼筋HRB335級、HRB400級、RRB400級）；有的則沒有明顯的流幅（例如預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋）。4. 鋼筋的形式鋼筋的形式有光圓和帶肋兩類，帶肋鋼筋又分等高肋和月牙肋兩種。2) 冷拔: 冷拔鋼筋是將鋼筋用強(qiáng)力拔過比它本身直徑還小的硬質(zhì)合金拔絲模，這時鋼筋同時受到縱向拉力和橫向壓力的作用，截面變小而長度拔長。1) 冷拉: 鋼筋的冷拉應(yīng)力值必須超過鋼筋的屈服強(qiáng)度。熱處理鋼筋是硬鋼。 3) 刻痕鋼絲刻痕鋼絲是在光面鋼絲的表面上進(jìn)行機(jī)械刻痕處理，以增加與混凝土的粘結(jié)能力，分φⅠφⅠ7兩種。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的縱向受力鋼筋宜優(yōu)先采用HRB400級鋼筋。用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼筋可使用消除應(yīng)力鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線，也可使用熱處理鋼筋。根據(jù)含碳量的多少，碳素鋼又可分為低碳鋼（含碳量＜％＝、中碳鋼（含碳量0. 25％～％）和高碳鋼（％～％），含碳量越高強(qiáng)度越高，但是塑性和可焊性會降低。(6) 使用環(huán)境：使用環(huán)境溫度、濕度大時，收縮小。(2) 水泥的用量：水泥越多，收縮越大；水灰比越大，收縮也越大。通常，收縮值比膨脹值大很多。2) 疲勞應(yīng)力比值ρcf混凝土的疲勞強(qiáng)度與重復(fù)作用時應(yīng)力變化的幅度有關(guān)。2）σ3＞fcf時: 開始，混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線凸向應(yīng)力軸，在重復(fù)荷載過程中逐漸變成直線，再經(jīng)過多次重復(fù)加卸載后，其應(yīng)力應(yīng)變曲線由凸向應(yīng)力軸而逐漸凸向應(yīng)變軸，以致加卸載不能形成封閉環(huán)，這標(biāo)志著混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展加劇趨近破壞。疲勞現(xiàn)象大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁受到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動的影響以及港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。(5) 徐變對混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能的影響由于混凝土的徐變，會使構(gòu)件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應(yīng)力重分布。 (4) 影響徐變的因素1) 內(nèi)在因素──混凝土組成成分水泥用量越多，徐變越大；水灰比越大，徐變也越大。一般地, 混凝土長期抗壓強(qiáng)度取(～)fc。應(yīng)力越大徐變也越大，隨著混凝土應(yīng)力的增加，混凝土徐變將發(fā)生不同的情況:圖218 壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系1) 線性徐變當(dāng)混凝土應(yīng)力σc≤，徐變與應(yīng)力成正比，曲線接近等間距分布，這種情況稱為線性徐變。2) 混凝土的徐變εcr若保持荷載不變，隨著加載作用時間的增加，應(yīng)變也將繼續(xù)增長，這就是混凝土的徐變εcr。受拉彈性模量與受壓彈性模量值基本相同。只有當(dāng)混凝土應(yīng)力很低時，它的彈性模量與變形模量值才近似相等。它的表達(dá)式為：Ec′＝tgα1 （211）混凝土的變形模量是個變值，它隨應(yīng)力大小而不同。由于混凝土不是彈性材料，每次卸載至應(yīng)力為零時，存在殘余變形，隨著加載次數(shù)增加，應(yīng)力應(yīng)變曲線漸趨穩(wěn)定并基本上趨于直線?；炷恋淖冃文Ａ坑腥缦氯N表示方法。三向受壓下混凝土圓柱體的軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線可以由周圍用液體壓力加以約束的圓柱體進(jìn)行加壓試驗(yàn)得到。 圖211 Hognestad 建議的應(yīng)力應(yīng)變曲線2）德國Rusch建議的模型該模型形式較簡單，模型的上升段也采用二次拋物線,下降段則采用水平直線。（等級高的混凝土，受壓時的延性不如等級低的混凝土）圖210 不同強(qiáng)度的混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線比較4) 加載速度對混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)值的影響 ① 加載慢，最大應(yīng)力值有所減小，相應(yīng)于最大應(yīng)力值時的應(yīng)變增加； ② 加載快，最大應(yīng)力值有所增大，相應(yīng)于最大應(yīng)力值時的應(yīng)變減??； (2) 混凝土單軸向受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型1）美國 建議的模型模型的上升段為二次拋物線,下降段為斜直線。圖29混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線2) 下降段（CE）：在峰值應(yīng)力以后，裂縫迅速發(fā)展，試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，應(yīng)力應(yīng)變曲線向下彎曲，直到凹向發(fā)生改變，曲線出現(xiàn)“拐點(diǎn)（D）”。在普通試驗(yàn)機(jī)上獲得有下降段的應(yīng)力應(yīng)變曲線是比較困難的。包括受力變形和體積變形。公式中，fL前的數(shù)字為側(cè)向應(yīng)力系數(shù)，,當(dāng)側(cè)向壓應(yīng)力較低時得到的系數(shù)值較高。另外，還可以看出，抗剪強(qiáng)度隨著拉應(yīng)力的增大而減小，也就是說剪應(yīng)力的存在也會使抗拉強(qiáng)度降低。(2) 雙向受壓: 第三象限為雙向受壓區(qū)，大體上一向的強(qiáng)度隨另一向壓力的增加而增加，混凝土雙向受壓強(qiáng)度比單向受壓強(qiáng)度最多可提高27％。同時，研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度，對于認(rèn)識混凝土的強(qiáng)度理論也有重要的意義。根據(jù)彈性理論，劈拉強(qiáng)度ft,s可按下式計算： 圓柱體 ft,s＝2F/(πdι) (23) 立方體 ft,s＝2P/πa2 試驗(yàn)表明，劈裂抗拉強(qiáng)度略大于直接受拉強(qiáng)度，劈拉試件的大小對試驗(yàn)結(jié)果也有一定影響。 混凝土軸心 fc′= fcu,k (22)2. 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度ft抗拉強(qiáng)度是混凝土的基本力學(xué)指標(biāo)之一，也可用它間接地衡量混凝土的沖切強(qiáng)度等其他力學(xué)性能。αc2——為高強(qiáng)度混凝土的脆性折減系數(shù)，對C40及以下取αc2 =,對C80取αc2 =,中間按直線規(guī)律變化取值。棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度都比立方體的強(qiáng)度值小，并且棱柱體試件高寬比越大，強(qiáng)度越小。7) 幾點(diǎn)說明① 施工單位按圖紙規(guī)定的強(qiáng)度等級制作混凝土, 現(xiàn)場用同樣的混凝土制作一定量的試塊, 以檢驗(yàn)其立方體抗壓強(qiáng)度是否滿足要求；② 立方體抗壓強(qiáng)度是在實(shí)驗(yàn)室條件下取得的抗壓強(qiáng)度（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊）；③ 結(jié)構(gòu)實(shí)體的環(huán)境條件與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)養(yǎng)試塊不同，標(biāo)養(yǎng)試塊立方體強(qiáng)度不能真實(shí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土的抗壓強(qiáng)度，必須增加同條件養(yǎng)護(hù)試塊立方體強(qiáng)度予以判定結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度； ④ 不同尺寸試件的“尺寸效應(yīng)” :fcu(200) = fcu(150) =fcu(100)(2) 混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度 fc混凝土的抗壓強(qiáng)度與試件的形狀有關(guān)，采用棱柱體比立方體能更好地反映混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗壓能力。我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法是不涂潤滑劑的。其中，C50～C80屬高強(qiáng)度混凝土范疇。2) 立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定用上述標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95％保證率的立方體抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號fcu,k表示。因此各國對各種單向受力下的混凝土強(qiáng)度都規(guī)定了