混凝土結(jié)構(gòu)試驗與理論研究

內(nèi)容概要

《混凝土結(jié)構(gòu)試驗與理論研究》是作者多年來教學和科研心得的總結(jié)。書中，作者將試驗和理論結(jié)合，探討了混凝土結(jié)構(gòu)試驗問題及與之相關(guān)的原理。全書共八章，內(nèi)容包括緒論、混凝土本構(gòu)關(guān)系與試驗、鋼筋混凝土構(gòu)件的正截面承載力、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的受剪承載力、鋼筋混凝土梁受剪破壞的尺寸效應、受剪承載力理論模型與試驗、延性與約束混凝土、補遺。
《混凝土結(jié)構(gòu)試驗與理論研究》適合從事土木工程的研究員、教授、研究生閱讀參考，也可作為相關(guān)專業(yè)本科生的教材使用。

書籍目錄

序
前言
第1章  緒論
  1.1  混凝土結(jié)構(gòu)的工程特點
  1.2  混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展
    1.2.1  高性能材料
    1.2.2  災害對混凝土結(jié)構(gòu)的沖擊
    1.2.3  混凝土結(jié)構(gòu)的計算分析與結(jié)構(gòu)試驗
    1.2.4  混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性
  1.3  結(jié)構(gòu)工程師對混凝土結(jié)構(gòu)的認識
    1.3.1  鋼筋混凝土力學
    1.3.2  結(jié)構(gòu)試驗
    1.3.3  設計規(guī)范
  參考文獻
第2章  混凝土本構(gòu)關(guān)系與試驗
  2.1  混凝土單軸受壓應力—應變曲線
    2.1.1  混凝土受壓的基本特點
    2.1.2  單軸受壓混凝土的應力—應變曲線
    2.1.3  結(jié)構(gòu)設計和分析中的應力—應變曲線
  2.2  剛性試驗機試驗技術(shù)
    2.2.1  剛性試驗機原理
    2.2.2  剛性輔助元件
    2.2.3  電液伺服試驗機
  2.3  混凝土應力—應變曲線試驗技術(shù)
    2.3.1  邊界條件的影響
    2.3.2  RILEM的聯(lián)合對比試驗
    2.3.3  應變測試技術(shù)
    2.3.4  尺寸效應的影響
    2.3.5  加載速率的影響
  2.4  雙軸和多軸應力狀態(tài)
    2.4.1  采用鋼刷承壓板進行混凝土板雙軸應力狀態(tài)試驗
    2.4.2  混凝止的三軸強度
    2.4.3  混凝土的抗剪試驗
  2.5  小結(jié)
    2.5.1  關(guān)于混凝土受拉的性能
    2.5.2  鋼筋與混凝土的黏結(jié)
    2.5.3  小結(jié)與評述
  參考文獻
第3章  鋼筋混凝土構(gòu)件的正截面承載力
  3.1  鋼筋混凝土簡支梁彎曲破壞的主要試驗結(jié)果
    3.1.1  簡支梁的少筋破壞
    3.1.2  簡支梁的超筋破壞
    3.1.3  簡支梁的適筋破壞
  3.2  鋼筋混凝土受彎構(gòu)件承載力計算方法
    3.2.1  基本假設
    3.2.2  方程的形式解
    3.2.3  參數(shù)分析與討論
    3.2.4  我國規(guī)范計算公式的發(fā)展
    3.2.5  受彎構(gòu)件正截面承載力計算
  3.3  鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的試驗研究
    3.3.1  矩形應力圖參數(shù)的試驗確定
    3.3.2  受彎構(gòu)件受壓區(qū)混凝土的應力狀態(tài)
    3.3.3  鋼筋混凝土受彎構(gòu)件尺寸效應的試驗研究
    3.3.4  高強度混凝土受彎構(gòu)件
    3.3.5  受壓鋼筋配筋率對簡支梁性能的影響
    3.3.6  少筋梁的性能
  3.4  軸力和彎矩共同作用
    3.4.1  偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力計算
    3.4.2  關(guān)于偏心距增大系數(shù)
    3.4.3  鋼筋混凝土柱的試驗
    3.4.4  鋼筋混凝土偏心受壓柱的試驗方法
  3.5  小結(jié)
  參考文獻
第4章  鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的受剪承載力
  4.1  引言
  4.2  鋼筋混凝土構(gòu)件受剪承載能力的基本概念和設計方法
    4.2.1  鋼筋混凝土簡支梁的破壞形態(tài)
    4.2.2  無腹筋梁的彎曲破壞和剪切破壞的關(guān)系
    4.2.3  無腹筋梁剪切破壞的“拱一齒”模型
    4.2.4  加筋石膏梁的抗剪試驗
    4.2.5  混凝土強度對鋼筋混凝土梁抗剪強度的影響
    4.2.6  鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)對無腹筋梁抗剪性能的影響
    4.2.7  T形梁的受剪承載力
    4.2.8  均布荷載作用
    4.2.9  間接加載
    4.2.10  小記
  4.3  有腹筋梁的基本概念和傳力機理
    4.3.1  有腹筋梁受剪性能的基本特征
    4.3.2  最小配箍率
    4.3.3  最大配箍率
    4.3.4  剪切延性
    4.3.5  小記
  4.4  鋼筋混凝土連續(xù)梁的抗剪性能
  4.5  預應力混凝土梁的受剪承載力
  4.6  材料性能對混凝土梁受剪性能的影響
  4.7  小結(jié)與評述
  參考文獻
第5章  鋼筋混凝土梁受剪破壞的尺寸效應
  5.1  早期的研究
  5.2   1991年的“經(jīng)典試驗”
  5.3  經(jīng)典試驗的重復與討論
  5.4  寬梁厚板的剪切破壞
  5.5  評述
  參考文獻
第6章  受剪承載力理論模型與試驗
  6.1  引言
  6.2  修正壓力場理論的基本概念
    6.2.1  基本假設
    6.2.2  應變分析
    6.2.3  平衡條件
    6.2.4  本構(gòu)關(guān)系
    6.2.5  求解過程
    6.2.6  評述
  6.3  鋼筋混凝土板的剪切試驗
    6.3.1  平板試驗裝置
    6.3.2  鋼筋混凝土平板單元剪切性能分析國際競賽
  6.4  鋼筋混凝土軟化桁架模型
    6.4.1  背景
    6.4.2  軟化桁架模型的基本框架
    6.4.3  休斯敦大學的平板試驗裝置
  6.5  剪切試驗裝置的主要試驗結(jié)果
  6.6  關(guān)于修正壓力場理論的討論
    6.6.1  引言
    6.6.2  徐增全對修正壓力場理論的批評
    6.6.3  Colli的觀點
    6.6.4  修正壓力場理論的發(fā)展
  6.7  Kotsovos的發(fā)現(xiàn)和觀點
    6.7.1  壓力路徑的基本概念
    6.7.2  鋼筋混凝土簡支梁抗剪機理——壓力路徑概念的試驗證明
    6.7.3  關(guān)于縱筋銷栓力
    6.7.4  骨料咬合力
    6.7.5  T形截面梁的抗剪承載力
    6.7.6  基于“壓力路徑”概念的抗剪設計
    6.7.7  小結(jié)與評述
  6.8  Zararis的研究
    6.8.1  薄膜單元分析
    6.8.2  鋼筋混凝土梁的剪切破壞分析
    6.8.3  評述
  6.9  小結(jié)
  參考文獻
第7章  延性與約束混凝土
  7.1  引言
  7.2  圓鋼管混凝土軸心受壓短柱
    7.2.1  試驗研究
    7.2.2  圓鋼管混凝土短柱的性能與主要影響因素
    7.2.3  被動約束與主動約束
    7.2.4  圓鋼管混凝土軸心受壓短柱的承載力計算
    7.2.5  鋼管混凝土短柱承載力計算的全過程分析
  7.3  箍筋約束混凝土柱
    7.3.1  箍筋約束混凝土短柱軸心受壓的試驗結(jié)果
    7.3.2   Mander等的研究
  7.4  纖維約束混凝土
    7.4.1  纖維約束混凝土的性能
    7.4.2   FRP約束混凝土應力—應變曲線理論模型
  7.5  約束混凝土非均勻受壓
    7.5.1  箍筋約束混凝土偏心受壓柱
    7.5.2  非均勻受壓時箍筋的應力狀態(tài)
  7.6  小結(jié)與評述
  參考文獻
第8章  補遺
  8.1  鋼筋混凝土梁在彎扭共同作用下的承載力
  8.2  沖切破壞之謎
  8.3  鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析
    8.3.1  鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)火災事故分析
    8.3.2  S1eipner A海洋平臺的破壞
    8.3.3  與S1eipner A海洋平臺有關(guān)的試驗與分析
    8.3.4  鋼筋混凝土板的國際競賽
    8.3.5  小結(jié)與評述
  參考文獻
后記

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　1.1 混凝土結(jié)構(gòu)的工程特點　　在人類歷史上， 最早出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)應該算是土結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)，隨后是磚砌體結(jié)構(gòu)，而鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)則是現(xiàn)代工業(yè)文明的產(chǎn)物。盡管混凝土結(jié)構(gòu)已有一百多年的歷史，它仍是最年輕的結(jié)構(gòu)工程成員之一，其性能和制作工藝不斷改善和提高，結(jié)構(gòu)形式不斷翻新，成為世界各國應用最廣泛的一種工程結(jié)構(gòu)?！　“凑瘴覈痘炷两Y(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010―2002），混凝土結(jié)構(gòu)包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預應力混凝土結(jié)構(gòu)，主要應用領(lǐng)域有：建筑工程――各類民用和工業(yè)建筑，如高層和大跨建筑，工業(yè)廠房，電視塔；橋梁和道路工程——各類橋梁、涵洞，公路路面和機場跑道，鐵路軌枕；水利和港口工程——大壩，水電站，港口碼頭，渡槽，海洋平臺；地下和基礎(chǔ)工程——隧道，地鐵，礦井和巷道，地下民用和軍用設施，樁和沉井；工業(yè)設施——如核反應堆安全殼，輸變電塔，冷卻塔等?！　』炷两Y(jié)構(gòu)應用范圍如此廣泛， 主要來源于混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，而內(nèi)在的必然性是混凝土和鋼筋在材料特性上的互補性?！　Ρ炔煌牧辖M成的結(jié)構(gòu)， 可以清楚地了解混凝土結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)工程中的特點和地位。依性能優(yōu)劣，按A、B、C、D排列，可得表1.1的比較結(jié)果*，可以看出，混凝土結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)勢是非常明顯的?！　”?.1中，混凝土結(jié)構(gòu)的整體性評為A，主要針對整體現(xiàn)澆的混凝土結(jié)構(gòu)?！　?.2 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展　　混凝土結(jié)構(gòu)是人類歷史上最年輕的結(jié)構(gòu)類型之一， 百余年間，混凝土結(jié)構(gòu)的設計理論和工程應用得到迅速的發(fā)展?！　‖F(xiàn)代科學技術(shù)成就為人類的未來呈現(xiàn)出迥然不同的前景。一方面是先進的科學技術(shù)的飛速發(fā)展， 如探索外太空的星際飛船，生命的起源和復制，原子核物理揭示的物質(zhì)奧秘，被高速計算機改變的生活，令人眼花繚亂。另一方面，環(huán)境的惡化，資源的枯竭，全球氣候變暖等不利因素，又構(gòu)成人類生存空間的巨大威脅。土木與建筑工程在可持續(xù)發(fā)展的背景下，對混凝土結(jié)構(gòu)性能和相關(guān)的設計理論與方法提出了更高的要求?！　‖F(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的研究和發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面?！　?.2.1 高性能材料　?。?）在實驗室條件下，高性能混凝土的抗壓強度最高可以達到800MPa；特殊處理的水泥基材料，甚至可以制造出韌性良好的彈簧。而用于實際工程的混凝土，抗壓強度超過100MPa已經(jīng)不存在技術(shù)上的困難。自密實混凝土、纖維混凝土、輕質(zhì)混凝土等產(chǎn)品都已在實際工程中廣泛應用?！　。?）用于混凝土結(jié)構(gòu)的高強鋼材，其抗拉強度達到2000MPa。另外，碳纖維材料的抗拉強度超過3000MPa，是普通鋼材強度的近10倍。以抗壓為主的混凝土強度成倍增長時，抗拉材料的強度也在成倍增長?！　≌墙Y(jié)構(gòu)材料性能的不斷改善， 使得混凝土結(jié)構(gòu)具有強大的生命力。混凝土結(jié)構(gòu)賴以建立的基礎(chǔ)正在改變，其設計理論和方法也將相應地改變。瀏覽近30年來的專業(yè)期刊，會看到高強度混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件性能的研究一直是一個十分突出的主題?！　?.2.2 災害對混凝土結(jié)構(gòu)的沖擊　　在混凝土的設計理論體系中， 最核心的內(nèi)容之一是極限狀態(tài)設計理論。當作用效應在數(shù)值上等于結(jié)構(gòu)抗力時，我們稱結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)。值得注意的是，結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)與結(jié)構(gòu)某一功能失效（failure）對應，而結(jié)構(gòu)的倒塌破壞（collapse）往往伴隨著災難的發(fā)生。人們將導致生命財產(chǎn)重大損失的事件稱為災難?！　τ谡ＴO計、正常施工、正常使用及正常維護的混凝土結(jié)構(gòu)， 我們很難推斷其使用壽命，但災難和事故可以使之毀于一旦。在土木與建筑工程中，災難又意味著極端災害性條件，這包括了自然災害和人為災害?！　。?）地震是迄今為止對混凝土結(jié)構(gòu)安全威脅最大的自然災害。雖然近50年來混凝土結(jié)構(gòu)抗震設計的理論和方法不斷完善，但不時發(fā)生的地震及震害仍在考驗現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。進入21世紀，基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設計的基本概念似乎為我們提供了一個理論框架，日益豐富的強震觀測數(shù)據(jù)也使工程師們對地震的特點有了更全面的認識，但地震威脅并未完全解除。世界上多地震的國家，如中國、美國、日本、希臘、土耳其、墨西哥等，都將結(jié)構(gòu)抗震性能和結(jié)構(gòu)抗震設計理論的研究放在非常重要的位置。近年來發(fā)生在發(fā)達國家和地區(qū)的強烈地震，如1995年日本的阪神地震，1994年美國的北嶺地震，1998年我國臺灣地區(qū)的集集地震等，混凝土結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)讓人們喜憂參半。這些地震表明，混凝土結(jié)構(gòu)有能力抵御強烈地震，但結(jié)構(gòu)的抗震機理仍需要深入研究。　?。?）火災屬于人為災害。有時人們以為這類人為災害總可以通過加強預防管理而避免，但總的來看，每年因各種火災造成的人員傷亡、自然資源和物質(zhì)財富的損失甚至大于地震災害。比較而言，混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)，但鋼結(jié)構(gòu)大多通過防火涂料等非結(jié)構(gòu)措施改善其抗火性能，而混凝土結(jié)構(gòu)往往以本身的耐火特性來抵抗火災。這使得我們必須研究非常復雜的混凝土結(jié)構(gòu)抗火機理。近幾十年來，國內(nèi)外對混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能進行了廣泛深入的研究，由于受試驗條件的限制以及高溫下混凝土結(jié)構(gòu)性能的復雜性，混凝土結(jié)構(gòu)抗火機理并未完全掌握。2002年，發(fā)生在湖南衡陽的一場大火，使一幢高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)完全坍塌，20名消防官兵罹難。混凝土結(jié)構(gòu)高溫性能的研究應該有助于防止這類悲劇重演。　?。?）爆炸、沖擊和其他偶然事故不斷發(fā)生，提醒人們注意不可控的非理性因素常常使結(jié)構(gòu)體系非常脆弱。早在1968年，英國RonanPoint公寓因煤氣爆炸引發(fā)結(jié)構(gòu)一部分發(fā)生連續(xù)倒塌破壞，這并不是恐怖襲擊，而是經(jīng)典意義上的所謂事故。以此為鑒，英國人對混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范進行了修訂，開始引入穩(wěn)?。╮obustness）設計的概念。美國俄克拉何馬州政府辦公大樓的恐怖爆炸襲擊和“9.11”事件激發(fā)了混凝土結(jié)構(gòu)抗爆抗沖擊性能研究的熱潮。以恐怖襲擊為背景的結(jié)構(gòu)抗爆設計理論和方法遠未完善，混凝土結(jié)構(gòu)抵抗沖擊波的能力以及爆炸形成的沖擊波的性質(zhì)，對于土木工程師而言還比較生疏。另外，應該認識到事故是不可避免的，混凝土結(jié)構(gòu)應該具有抵抗各種“事故”的能力，這方面的研究還有待深入?！　。?）比自然災害更加頻繁發(fā)生的是人為的工程質(zhì)量事故。結(jié)構(gòu)的可靠度建立在正常設計、正常施工、正常使用和正常維護的基礎(chǔ)上。在工程師看來，“正?！本褪菨M足規(guī)范的要求，防止發(fā)生工程事故似乎與混凝土結(jié)構(gòu)設計理論沒有太大的關(guān)系。在我國規(guī)范體系中，砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范引入了施工質(zhì)量等級的設計概念，提醒設計人員注意結(jié)構(gòu)設計與施工的關(guān)系。另外，已建結(jié)構(gòu)的可靠度評估等內(nèi)容也在逐步增加到設計規(guī)范中，從而形成設計、施工、使用、維護的整體構(gòu)架?！　?.2.3 混凝土結(jié)構(gòu)的計算分析與結(jié)構(gòu)試驗　　1963年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的Bresler和Scordelis兩位教授在ACI發(fā)表了一篇鋼筋混凝土簡支梁抗剪性能試驗研究的論文［1］，論文的主要內(nèi)容是12根不同剪跨比和配箍率的鋼筋混凝土簡支梁在跨中集中荷載作用下的試驗結(jié)果。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受剪承載力的機理層面，這篇論文在當時并沒有引起太多的關(guān)注，但論文給出的試驗數(shù)據(jù)使之成為所謂Benchmark試驗而被計算分析廣泛引用。40年后，加拿大多倫多大學的Vecchio教授重復了Bresler和Scordelis的試驗，并于2004年將試驗結(jié)果發(fā)表在ASCE的結(jié)構(gòu)工程雜志上［2］。比較兩篇論文的試驗研究結(jié)果，可以看到彼此非常接近。Vecchio為什么要重復40年前的試驗呢？因為自20世紀70年代以來，從事鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析的研究人員反復引用Bresler-Scordelis的試驗結(jié)果來證明分析方法的正確性?！　?000年以來，大型有限元商業(yè)軟件，如ANSYS、ADINA、SAP2000等程序的非線性分析功能模塊也多采用其試驗結(jié)果進行校核，這使得Bresler-Scordelis的試驗成為一個具有標桿（benchmark）意義的試驗。Vecchio想要檢驗這個試驗的可重復性，如果Bresler-Scordelis的試驗存在較大的試驗誤差，以此為基準的鋼筋混凝土有限元分析方法將不得不面臨全面檢討，或者應該以Vecchio的試驗作為新的標桿（例如，Vecchio的試驗給出了梁的荷載-撓度曲線下降段以及破壞形態(tài)方面的一些新的觀測結(jié)果）。Bresler-Scordelis的試驗觀測在40年后可以重現(xiàn)，也消除了人們對混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析可靠性的一些疑慮。有趣的是，在Vecchio的論文中，將第二作者Scordelis教授的貢獻放在突出的位置（Bresler是一位資格比Scordelis還老的教授）。也許是因為Scordelis和他的研究生Ngo在1967年發(fā)表了另一篇論文，即《鋼筋混凝土梁的非線性有限元分析》［3］，這是最早的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析研究的論文。在這篇論文中，Ngo和Scordelis就是采用了Bresler-Scordelis的試驗結(jié)果對有限元分析進行校核。　　從Bresler-Scordelis的試驗被重復進行這個現(xiàn)象可以認識到，學術(shù)界對混凝土結(jié)構(gòu)非線性的本質(zhì)以及相應的分析方法并沒有在機理層面上統(tǒng)一認識?；炷两Y(jié)構(gòu)非線性分析研究的核心是本構(gòu)關(guān)系的建立，主要包括混凝土在復雜應力狀態(tài)下的力學行為和混凝土與鋼筋之間的相互作用。幾十年來，圍繞這個核心問題，兩方面的研究在不斷深入。一方面是考慮混凝土內(nèi)部的損傷演化過程，引入斷裂力學、損傷力學（非局部理論）等新的視角建立更加合理的混凝土本構(gòu)模型；另一方面，不斷提高試驗水平，積累復雜應力狀態(tài)下混凝土力學性能的試驗數(shù)據(jù)，啟發(fā)新的思維，支持理論模型?！　?1世紀以來，美國、中國、日本和歐洲國家在大型結(jié)構(gòu)試驗設備方面加大投入，結(jié)構(gòu)試驗的水平和能力不斷提升。其中，最具現(xiàn)代意義的是基于網(wǎng)絡的遠程協(xié)同結(jié)構(gòu)抗震試驗。這反映了世界各國科學家和工程師的共識。在結(jié)構(gòu)設計理論的發(fā)展進程中，結(jié)構(gòu)試驗始終是第一位的。準確有效的試驗模擬方法，新的試驗現(xiàn)象和可靠的試驗數(shù)據(jù)是推動混凝土結(jié)構(gòu)理論不斷發(fā)展的動力和源泉?！　∵€應該看到， 以高速計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計算方法已經(jīng)有使工程師不太關(guān)注力學分析基礎(chǔ)理論的趨勢。建立在嚴密的數(shù)學-力學理論基礎(chǔ)上的有限單元法，在計算機軟件系統(tǒng)的支持下，實際工程結(jié)構(gòu)設計已經(jīng)很少采用傳統(tǒng)的手算方法了。四十多年前，工程力學大師鐵木辛柯的力學名著《結(jié)構(gòu)理論》（TheoryofStructures）讓人覺得結(jié)構(gòu)理論的核心就是結(jié)構(gòu)力學。因此，可以認為混凝土結(jié)構(gòu)工程學由結(jié)構(gòu)力學、本構(gòu)關(guān)系和結(jié)構(gòu)試驗組成。學科發(fā)展到今天，結(jié)構(gòu)計算技術(shù)，特別是結(jié)構(gòu)非線性分析方法已經(jīng)成為學科的重要構(gòu)成部分。　　1.2.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性　　按照混凝土結(jié)構(gòu)設計的極限狀態(tài)法基本概念， 結(jié)構(gòu)可靠性包括結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。其中，安全性和適用性都有非常明確的定義，但耐久性就不那么清楚了。一般認為，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)及其各個組成部分，在所處的自然環(huán)境和使用條件等因素的長期作用下，抵抗材料性能劣化，仍能維持結(jié)構(gòu)的安全和適用功能的能力。結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，不需重大維修而仍能滿足安全和適用功能所延續(xù)的時間稱為使用壽命，可作為表達混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的數(shù)量指標［4］。在極限狀態(tài)設計法的框架內(nèi)，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性采用這種描述方式顯然是不嚴密的。例如，“重大維修”就是一個模糊的概念，這導致“使用壽命”在實際工程中也不具有可操作性。此外，在常規(guī)的維護保養(yǎng)條件下，可以使混凝土結(jié)構(gòu)滿足正常使用極限狀態(tài)的要求，因而結(jié)構(gòu)不會達到承載能力極限狀態(tài)。這樣，結(jié)構(gòu)耐久性就應該只與適用性有關(guān)。另外，混凝土中的鋼筋銹蝕、混凝土的凍融反復等因素又確實使結(jié)構(gòu)的安全度降低，因此結(jié)構(gòu)的耐久性應該與安全性相關(guān)聯(lián)。目前，這一問題的認識尚未統(tǒng)一?！　』炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性研究在混凝土的中性化、氯離子滲透、堿骨料反應、鋼筋銹蝕等方面展開。其中， 主要成果相對集中于材料性能方面，反映在設計規(guī)范中的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計，也大多從材料性能和施工質(zhì)量等方面考慮，結(jié)構(gòu)層面的技術(shù)措施比較有限。　　鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)工程家族的兩大成員， 在結(jié)構(gòu)耐久性方面，將這兩種結(jié)構(gòu)進行比較可以看出，鋼結(jié)構(gòu)的耐久性很少從結(jié)構(gòu)自身的角度進行研究，結(jié)構(gòu)的耐久性設計的內(nèi)容幾乎全部來自鋼材防腐蝕研究的成果。在有效的維護保養(yǎng)措施下，鋼結(jié)構(gòu)的壽命可能是無限的。例如，二百多年前（1889年）建成的埃菲爾鐵塔，只要采取措施保證鋼鐵不生銹，也許會永遠屹立在巴黎，我們無法從耐久性的角度判斷其使用壽命。同樣，有效的維護和材料科學的進步將延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。以往的結(jié)構(gòu)可靠性以正常設計、正常施工和正常使用為前提，按全壽命設計的觀點，還應增加正常維護這個要求。但混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能開始劣化后，如鋼筋銹蝕，其維護較鋼結(jié)構(gòu)更加困難，因此在設計階段就應全面考慮混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求，以確保預期的結(jié)構(gòu)使用壽命得以實現(xiàn)?！　?.3 結(jié)構(gòu)工程師對混凝土結(jié)構(gòu)的認識　　傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由混凝土和鋼筋兩種材料組成。對混凝土結(jié)構(gòu)的認識應該以力學為基礎(chǔ)， 深入了解混凝土和鋼筋的材料性能，熟悉結(jié)構(gòu)所受的荷載及結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境，掌握混凝土結(jié)構(gòu)的性能?！　?.3.1 鋼筋混凝土力學　　對混凝土結(jié)構(gòu)工程性能的認識主要來自力學知識和結(jié)構(gòu)試驗， 結(jié)構(gòu)設計也是力學知識的運用。對混凝土結(jié)構(gòu)性能的研究，將混凝土的材料特性與連續(xù)介質(zhì)力學（包括彈性力學、黏彈性力學和塑性力學等）、斷裂力學及損傷力學的基本方法相結(jié)合，形成鋼筋混凝土力學。半個多世紀的研究，所形成的最主要的成果應該屬于混凝土的強度理論，而最成功的應用則是與功能強大的有限元相結(jié)合的鋼筋混凝土非線性分析?！　∽匪萁鼛资陙砦覈炷两Y(jié)構(gòu)設計規(guī)范中計算方法的變化， 可以看到力學分析的作用。以鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計算為例，早期的計算采用容許應力法；到20世紀70年代，采用經(jīng)驗的方法確定混凝土的彎曲抗壓強度和界限受壓區(qū)高度［5］，再利用平衡條件建立基本方程；《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GBJ10―89）［6］引入平截面假定，計算模型更加合理；《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010―2002）［7］不但在原則上接受了非線性分析，還將混凝土的本構(gòu)關(guān)系寫進規(guī)范的附錄，使混凝土結(jié)構(gòu)設計開始具有精細化的特點?！　摽吹?， 盡管混凝土結(jié)構(gòu)的理論研究在不斷深入，但這并不意味著結(jié)構(gòu)工程師在掌握了材料力學和結(jié)構(gòu)力學知識后，還必須學會復雜的力學分析方法。理論研究的目的是了解機理，實際工程的力學行為仍可以用結(jié)構(gòu)力學方法得到滿意的解釋?！　‰m然復雜的力學分析似乎構(gòu)成混凝土結(jié)構(gòu)理論研究的主要手段之一， 但本書在闡述混凝土結(jié)構(gòu)理論并試圖對其力學行為進行說明時，仍以材料力學和結(jié)構(gòu)力學的基本方法為主展開。作者認為，只有采用最基本的力學原理可以解釋的結(jié)構(gòu)行為才是結(jié)構(gòu)工程師值得關(guān)注的，真正能夠應用于實際工程的混凝土結(jié)構(gòu)理論，也應該是工程師可以接受的?！　　?/pre>








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