《鋼筋混凝土原理和分析》讀書筆記及《鋼結(jié)構(gòu)》之型鋼梁與組合梁的設(shè)計

《鋼結(jié)構(gòu)》網(wǎng)上輔導(dǎo)材料六《鋼筋混凝土原理和分析》讀書筆記經(jīng)過一個學(xué)期的課程學(xué)習(xí)，我在《鋼筋混凝土原理和分析》教材及本科基礎(chǔ)專業(yè)知識儲備的基礎(chǔ)上，外加查閱的其它一些相關(guān)鋼筋混凝土內(nèi)容的學(xué)習(xí)資料，包括教材、專著及論文等，基本掌握了書中所講述的關(guān)于鋼筋混凝土的基礎(chǔ)知識，深化了原有的知識理論，形成較為完整的混凝土知識理論系統(tǒng)。由于在課程學(xué)習(xí)過程中，賀東青教授是安排我在課堂上講解“鋼筋的力學(xué)性能”與“鋼筋與混凝土的粘結(jié)”的部分內(nèi)容，因此，本報告后續(xù)內(nèi)容也主要圍繞“鋼筋的力學(xué)性能”與“鋼筋與混凝土的粘結(jié)”這一方面作細(xì)致展開,其他內(nèi)容知識僅作一概括。隨著建筑科技的快速發(fā)展和各類工程建筑的迅速崛起，混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了很長時間的發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸多民用和工業(yè)用建筑，為社會發(fā)展和人類生活水平提高做出了卓越貢獻(xiàn)。在本科階段學(xué)習(xí)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程中，我大致了解了混凝土結(jié)構(gòu)的分類、應(yīng)用、構(gòu)件的基本設(shè)計原理以及方法等。所涵蓋的理論知識、學(xué)習(xí)方法以及思維方式都對作為結(jié)構(gòu)工程方向的我們以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及工作起到重要的積極的作用。一、對《高等混凝土結(jié)構(gòu)》課程的認(rèn)知在本科學(xué)習(xí)期間，有關(guān)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的課程中，一般先簡要的介紹鋼筋和混凝土的材性，后以較大篇幅著重說明各種基本構(gòu)件的性能、計算方法、設(shè)計和構(gòu)造要求等，較多地遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的體系和方法，以完成結(jié)構(gòu)設(shè)計為主要目標(biāo)?！朵摻罨炷猎砗头治觥肥且匝芯亢头治鲣摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的性能及一般規(guī)律，并以解決工程中出現(xiàn)的各種問題為目標(biāo)，本書中用大量的篇幅系統(tǒng)地介紹主要材料—混凝土在單軸和多軸應(yīng)力狀態(tài)下，以及各種特殊條件下的強(qiáng)度和變形的一般規(guī)律，以此作為了解和分析構(gòu)件性能的基礎(chǔ)。在表述鋼筋混凝土構(gòu)件在各種受力條件下的性能時，強(qiáng)調(diào)以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，著重介紹其受力變形和破壞的全過程、各種因素的影響、機(jī)理分析、重要技術(shù)指標(biāo)的確定、計算原則和方法等。本書是研究和設(shè)計鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)依據(jù)，其內(nèi)容和作用如同勻質(zhì)線彈性結(jié)構(gòu)的“材料力學(xué)”。但是鋼筋混凝土是由非線性的、且拉壓強(qiáng)度相差懸殊的混凝土和鋼筋組合而成，受力性能復(fù)雜多變，因而課程的內(nèi)容更為豐富。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)工程的一個學(xué)科分支，必定服從結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的一般規(guī)律：從工程實(shí)踐中提出要求或問題，通過調(diào)查統(tǒng)計、實(shí)驗(yàn)研究、理論分析、計算對比等多種手段予以解決?？偨Y(jié)其一般變化規(guī)律，揭示作用機(jī)理，建立物理模型和數(shù)學(xué)表達(dá)，確定計算方法和構(gòu)造措施，再回到工程實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證，并加以改進(jìn)和補(bǔ)充。一般需經(jīng)過實(shí)踐—研究—實(shí)踐的多次反復(fù)，漸臻完善，最終為工程服務(wù)。鋼筋混凝土既然是由性質(zhì)迥異的兩種材料組合而成，必定具有區(qū)別于單一材料結(jié)構(gòu)（如鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等）的特殊性。所以，鋼筋混凝土的性能不僅依賴于兩種材料本身的性質(zhì)，還在更大程度上取決于二者的相互關(guān)系和配合。鋼筋混凝土的承載力和變形性能的變化幅度很大。有時甚至可以按照所規(guī)定的性能指標(biāo)設(shè)計專門的鋼筋混凝土，合理選用材料和配筋構(gòu)造，以滿足具體工程的特定要求?？偹苤?，混凝土是非勻質(zhì)的、非線性的人工混合材料，力學(xué)性能復(fù)雜，且隨時間而變化，性能指標(biāo)的離散性又大；而鋼筋和混凝土的配合又呈多樣性，更使得鋼筋混凝土的性能十分復(fù)雜多變。至今，鋼筋混凝土構(gòu)件在不同受力狀態(tài)和環(huán)境條件下的性能反應(yīng)已有較多的實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果，建立了相應(yīng)的計算方法和構(gòu)造措施，可以解決工程問題。但是，還缺乏一個完善的、統(tǒng)一的理論方法來概括和解決普遍的工程問題?？紤]到混凝土材性和鋼筋混凝土構(gòu)件性能的這些特點(diǎn)，應(yīng)遵循以下原則：立足于試驗(yàn)依據(jù)——混凝土材料的力學(xué)性能指標(biāo)和鋼筋混凝土構(gòu)件的性能反應(yīng)，一般只能在精細(xì)的試驗(yàn)中確定。根據(jù)一定數(shù)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究其變化規(guī)律，并通過機(jī)理和統(tǒng)計分析，總結(jié)成理性認(rèn)識，建立物理和數(shù)學(xué)模型加以描述，最終還用試驗(yàn)或工程實(shí)踐加以驗(yàn)證。這也是研究和解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)問題的一般方法。宏觀的力學(xué)反應(yīng)——結(jié)構(gòu)混凝土中的應(yīng)力、變形和裂縫的微觀力學(xué)分析，因?yàn)榛炷敛牧系姆蔷鶆蛭?gòu)造、局部缺陷和離散性大而極難獲得精確的計算結(jié)果。本書討論的鋼筋混凝土材性和構(gòu)件性能都是指一定尺度范圍（約≥QUOTE或3～4倍粗骨料粒徑）內(nèi)的平均值，在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用有足夠的精度。受力性能的規(guī)律和機(jī)理分析——混凝土材料和構(gòu)件在不同受力狀態(tài)和環(huán)境條件下的性能反應(yīng)，受到多種因素的影響而變化，其變形過程、破壞形態(tài)和極限承載力等都有一定的規(guī)律性。而具體的計算方法和公式，將因數(shù)據(jù)的積累或增刪而改變形勢和參數(shù)。實(shí)際的力學(xué)性能和指標(biāo)——書中給出的混凝土材性和構(gòu)件性能的試驗(yàn)結(jié)果，以及計算公式的理論值等，一般都是指試驗(yàn)實(shí)測值或平均值，可以直接用于驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力和變形。這些數(shù)值與結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮必要的安全度后的設(shè)計值有一系列差別，轉(zhuǎn)用時需作相應(yīng)的折算。反應(yīng)國內(nèi)外最新研究成果——鋼筋混凝土材料和結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展，工程中積累了新的經(jīng)驗(yàn)并提出了新的課題，相關(guān)的試驗(yàn)和理論研究日新月異，成果累累。本書在保留相對穩(wěn)定的基本概念和分析方法的基礎(chǔ)上，注意吸收和反應(yīng)最新研究成果和不同的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、方法。當(dāng)然，本書側(cè)重于定性分析，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究和分析服務(wù)，定量計算比較少，一般不對配筋構(gòu)造具體細(xì)節(jié)做出規(guī)定和限制，也不涉及規(guī)范要求的條款要求，這樣就是使得我們學(xué)習(xí)之后，對知識概念很清楚。二、對《鋼筋混凝土原理和分析》內(nèi)容的學(xué)習(xí)與理解本書共分四篇二十章。第一篇在闡述混凝土材料的基本特點(diǎn)和受力破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上，比較詳細(xì)地介紹了混凝土在基本受力狀態(tài)下的強(qiáng)度和變形規(guī)律，給出了高強(qiáng)混凝土、輕質(zhì)混凝土和纖維混凝土等多種結(jié)構(gòu)混凝土的主要力學(xué)性能；并全面地概括了混凝土在多軸狀態(tài)下強(qiáng)度和變形的一般規(guī)律，分類介紹并比較了混凝土的多種破壞準(zhǔn)則和本構(gòu)模型，為用有限元方法分析二維和三維混凝土結(jié)構(gòu)提供必要的物理模型和計算依據(jù)。第二篇著重分析和解決鋼筋和混凝土二者共同作用的一些重要性能，這是鋼筋和混凝土作為組合材料區(qū)別于單一結(jié)構(gòu)材料的特殊問題。第三篇給出鋼筋混凝土基本受力構(gòu)件（即壓彎構(gòu)件）的承載力、裂縫和變形，以及抗剪和抗扭構(gòu)件等的一般性能規(guī)律、機(jī)理和分析方法等。第四篇針對結(jié)構(gòu)常遇的幾種特殊受力狀態(tài)，包括抗（地）震、疲勞、抗爆和抗高溫等，介紹了鋼筋和混凝土的材料和基本構(gòu)件的特殊性能反應(yīng)及其分析方法?；炷潦且运酁橹饕z結(jié)材料，拌合一定比例的砂、石和水，有時還加入少量的各種添加劑，經(jīng)過攪拌、注模、振搗、養(yǎng)護(hù)等工序后，逐漸凝固硬化而成的人工混合材料。它是鋼筋混凝土的主體，容納和圍護(hù)各種構(gòu)造的鋼筋，成為合理的組合性結(jié)構(gòu)材料。因而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的力學(xué)反應(yīng)，在很大程度上取決于混凝土的材料性能，及其對鋼筋的支撐和約束作用?；炷恋膹?qiáng)度和變形性能顯著地區(qū)別于其它單一結(jié)構(gòu)材料，如工業(yè)冶煉而成的鋼材、天然生成的木材等?；炷恋睦瓑簭?qiáng)度（變形）相差懸殊，質(zhì)脆變形小，性能隨時間和環(huán)境因素的變異大。此外，由于混凝土主要材料的地方化，配制的質(zhì)量和性能的穩(wěn)定性受制于施工單位的技術(shù)和管理水平，使混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)都有較大的離散度。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中，混凝土的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)千變?nèi)f化，因而有不等的強(qiáng)度和變形值，最簡單也是最基本的應(yīng)力狀態(tài)是均勻的單軸受壓和單軸受拉。工程中最大量存在的梁、板、柱等簡單構(gòu)件，雖然其中的混凝土并不處于理想的單軸受壓或受拉應(yīng)力狀態(tài)，但按此計算仍能滿足工程精度要求。混凝土在單軸受壓和受拉狀態(tài)下的強(qiáng)度和變形性質(zhì)，最清楚地顯示了它區(qū)別于其他結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能特點(diǎn)。它們作為混凝土力學(xué)性能的最重要指標(biāo)，既是確定混凝土強(qiáng)度等級的唯一依據(jù)，又是決定其他重要性能特征和指標(biāo)，如彈性模量、峰值應(yīng)變、破壞特征、延性指數(shù)、多軸強(qiáng)度和變形等的最主要因素。在實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)的自重大，增加了支承結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的負(fù)重，縮減了結(jié)構(gòu)的有效空間和凈空，在地震區(qū)還加大了慣性力和結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)，是混凝土的一大缺點(diǎn)。隨著混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，規(guī)模的增大，使結(jié)構(gòu)工程向更高、跨度更大、荷載更重的方向發(fā)展，對其性能要求也更高。因而混凝土材料的弱點(diǎn)更顯突出，阻礙了它在工程中的應(yīng)用。為了適應(yīng)發(fā)展的要求，經(jīng)過多年的研究、開發(fā)和工程經(jīng)驗(yàn)的積累，已經(jīng)成功地研制了高強(qiáng)混凝土（QUOTE）、輕質(zhì)混凝土（QUOTE）和纖維混凝土等多種結(jié)構(gòu)混凝土。鋼筋混凝土是以混凝土為主體，配設(shè)不同形式的高抗拉強(qiáng)度的鋼筋所構(gòu)成的組合材料，二者的性能互補(bǔ)，成為迄今結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用最成功、最廣泛的組合材料。鋼材放置在混凝土結(jié)構(gòu)中的主要作用是承受拉力，以彌補(bǔ)混凝土抗拉強(qiáng)度的低下和延性的不足。有些結(jié)構(gòu)，為了減少截面，減輕結(jié)構(gòu)自重，增強(qiáng)承載力和剛度，方便構(gòu)造和快捷施工等目的，也使用不同形狀的型鋼。鋼材是混凝土結(jié)構(gòu)中主要承受拉力的材料。建筑結(jié)構(gòu)中，主要使用的有低碳鋼以及低合金鋼。鋼材根據(jù)使用類型的不同，又可分為鋼筋、高強(qiáng)鋼絲、型鋼和鋼絲網(wǎng)水泥等。鋼筋的截面一般為圓形，表面形狀可根據(jù)結(jié)構(gòu)具體要求進(jìn)行加工，主要有光面、螺紋、人字紋、月牙紋、竹節(jié)形和扭轉(zhuǎn)形?；炷两Y(jié)構(gòu)鋼筋種類根據(jù)其軋制工藝、表面形狀和強(qiáng)度等級進(jìn)行分類，設(shè)計規(guī)范建議采取的鋼種有：HPB300、HRB335、HRB400、RRB400、HRB500。這些鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線都有明顯的屈服臺階，因此屬于“軟鋼”。碳素鋼絲經(jīng)過冷拔和熱處理可以達(dá)到很高的抗拉強(qiáng)度，但是無明顯屈服臺階，屬于“硬鋼”，主要應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。角鋼、槽鋼、工字鋼和鋼板、鋼管等鋼構(gòu)件統(tǒng)稱為型鋼，都可應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)，形成型鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。鋼絲網(wǎng)水泥主要用細(xì)鋼絲編制成的網(wǎng)片作為配筋，澆筑水泥砂漿后成為薄板狀。鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，一般采用原鋼筋、表面不經(jīng)切削加工的試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)加以測定。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線上有無明顯屈服臺階，可以將鋼材分為軟鋼和硬鋼。軟鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可以大致劃分為彈性階段、屈服臺階階段、強(qiáng)化階段和頸縮階段。硬鋼的拉伸曲線沒有明顯的屈服臺階，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要對這類鋼材定義一個名義屈服強(qiáng)度作為設(shè)計值，這一值通常取殘余應(yīng)變?yōu)?.2×10-2時的應(yīng)力作為屈服點(diǎn)，經(jīng)過折算得出。混凝土結(jié)構(gòu)在承受重復(fù)荷載或反復(fù)荷載的多次作用時，其中所配設(shè)的鋼筋相應(yīng)地產(chǎn)生應(yīng)力的多次加卸過程。鋼筋在屈服點(diǎn)以前卸載和再加載，完全卸載后不會產(chǎn)生殘余應(yīng)變；在進(jìn)入屈服階段后，完全卸載時會產(chǎn)生殘余應(yīng)變。鋼材的冷加工強(qiáng)化性能主要有冷拉和冷拔。鋼筋經(jīng)過冷拉處理后，屈服強(qiáng)度一般可比原材料提高約20%～35%。對鋼筋進(jìn)行冷拉時，一般采取應(yīng)力和伸長率的“雙控”工藝。冷拉后鋼筋沒有明顯的屈服臺階，但如果將鋼筋放置一段時間或者加熱后，屈服臺階會再次出現(xiàn)，但是比原材料縮短，但是屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度有所增長，極限延伸率有所減小，這一現(xiàn)象稱為時效。將鋼筋強(qiáng)力拉過硬質(zhì)合金拔絲模，使得鋼筋在拉力和橫向擠壓力的共同作用下縮小直徑，這一工藝稱為冷拔。鋼筋經(jīng)過冷拔會產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，材料強(qiáng)度得到提高。軟鋼長期受力或反復(fù)加卸載都不會發(fā)生徐變和松弛現(xiàn)象。但是高強(qiáng)鋼筋和冷加工鋼筋在非彈性變形范圍內(nèi)經(jīng)受長期反復(fù)荷載，會發(fā)生這些現(xiàn)象。影響鋼材松弛試驗(yàn)結(jié)果的主要有以下因素：鋼材品種、應(yīng)力持續(xù)時間、應(yīng)力水平和溫度。鋼筋和混凝土是兩種不同性質(zhì)的材料，它們?yōu)槭裁茨芄餐ぷ髂?？原因有兩點(diǎn)：其一，混凝土在硬化過程中體積收縮，對鋼筋產(chǎn)生粘結(jié)力(亦叫握裹力)；其二，兩者的膨脹系數(shù)基本一致(鋼筋為QUOTE；混凝土為QUOTE)，受溫度影響時，其變動基本相同，不致破壞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，而導(dǎo)致兩者脫離。實(shí)踐證明，鋼筋和混凝土之所以能共同使用，主要條件就是鋼筋和混凝土的粘結(jié)作用。一個鋼筋混凝土梁只有當(dāng)鋼筋沿全長與混凝土可靠地粘結(jié)，在荷載作用下此梁的鋼筋應(yīng)力隨截面彎矩而變化，才符合梁的基本受力特點(diǎn)。根據(jù)混凝土構(gòu)件中鋼筋受力狀態(tài)的不同，粘結(jié)應(yīng)力狀態(tài)可分作兩類問題：（1）鋼筋端部的錨固粘結(jié)在簡支梁支座處的鋼筋端部、梁跨間的主筋搭接或切斷、懸臂梁和梁柱節(jié)點(diǎn)受拉主筋的外伸段等，鋼筋的端頭應(yīng)力為零，在經(jīng)過不長的錨固長度后，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)能達(dá)到其設(shè)計強(qiáng)度（軟鋼的屈服強(qiáng)度QUOTE）。鋼筋的應(yīng)力差大（QUOTE），粘結(jié)應(yīng)力值高，且分布變化大。如果鋼筋因粘結(jié)錨固能力不足而發(fā)生滑動，不僅其強(qiáng)度不能充分利用（QUOTE），而且將導(dǎo)致構(gòu)件的開裂和承載力下降，甚至提前失效。這稱為粘結(jié)破壞，屬于嚴(yán)重的脆性破壞。（2）裂縫間粘結(jié)受拉構(gòu)件或梁受拉區(qū)的混凝土開裂后，裂縫截面上混凝土退出工作，使鋼筋拉應(yīng)力增大；但裂縫間截面上混凝土仍承受一定的拉力，鋼筋的應(yīng)力偏小。鋼筋應(yīng)力沿縱向發(fā)生變化，其表面必有相應(yīng)的粘結(jié)應(yīng)力分布。雖然裂縫段鋼筋的應(yīng)力差小，但平均應(yīng)力（變）值高。粘結(jié)應(yīng)力的存在，使混凝土內(nèi)鋼筋的平均應(yīng)變和總變形小于鋼筋單獨(dú)受力時的相應(yīng)變形，有利于減小裂縫寬度和增大構(gòu)件的剛度。當(dāng)混凝土構(gòu)件因?yàn)閮?nèi)力變化、混凝土開裂或構(gòu)造需要等引起鋼筋應(yīng)力沿長度變化時，必須由周圍混凝土提供必要的粘結(jié)應(yīng)力。否則（QUOTE），鋼筋和混凝土將發(fā)生相對滑移，構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)裂縫和變形，改變內(nèi)力（應(yīng)力）分布，甚至提前發(fā)生破壞。另一方面，鋼筋和混凝土的粘結(jié)作用是個局部應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力和應(yīng)變分布復(fù)雜，又有混凝土的局部開裂和二者的相對滑移，構(gòu)件的平截面假定不再適用。鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力或者抗滑移力由三部分組成：（1）混凝土中的水泥凝膠體在鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)粘著力或吸附力，其抗剪極限值（QUOTE）取決于水泥的性質(zhì)和鋼筋表面的粗糙程度。當(dāng)鋼筋受力后有較大變形、發(fā)生局部滑移后，粘著力就喪失了。（2）周圍混凝土隨鋼筋的摩阻力，當(dāng)混凝土的粘著力破壞后發(fā)揮作用。它取決于混凝土發(fā)生收縮或者荷載和反力等對鋼筋的徑向壓應(yīng)力，以及二者間的摩擦系數(shù)等。（3）鋼筋表面粗糙不平，或變形鋼筋凸肋和混凝土之間的機(jī)械咬合作用，即混凝土對鋼筋表面斜向壓力的縱向分力，其極限值受混凝土抗剪強(qiáng)度控制。其實(shí)，粘結(jié)力的三部分都與鋼筋表面的粗糙度和銹蝕程度密切相關(guān)，在試驗(yàn)中很難單獨(dú)量測或嚴(yán)格區(qū)分，而且在鋼筋的不同受力階段，隨著鋼筋滑移的發(fā)展，荷載的加卸等各部分的作用也有變化。結(jié)構(gòu)中鋼筋粘結(jié)部位的受力狀態(tài)復(fù)雜，很難準(zhǔn)確模擬，現(xiàn)有兩類鋼筋拔出試驗(yàn)方法，采用不同的形狀和受力狀態(tài)的試件：（1）拉式試驗(yàn)這是最早的試驗(yàn)方法，試件一般為菱柱形，鋼筋埋設(shè)在其中心，水平方向澆注混凝土。試驗(yàn)時，試件的一端支承在帶孔的墊板上，試驗(yàn)機(jī)夾持外露鋼筋端施加拉力，直至鋼筋被拔出或者屈服。試件的加載端混凝土受到局部擠壓，與結(jié)構(gòu)中鋼筋端部附近的應(yīng)力狀態(tài)差別大，影響試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。后來將其改為試件加載端的局部鋼筋與周圍混凝土脫空的試件，這種方法解決了局部擠壓的問題，但是對于配置螺紋鋼筋的試件常會因縱向劈裂而破壞。至今各國對這類試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試件的規(guī)定尚不統(tǒng)一。（2）梁式試驗(yàn)梁式試件能更好地模擬鋼筋在兩端的粘結(jié)錨固狀況，它分兩半制作，鋼筋在加載端和支座端各有一段無粘結(jié)區(qū)，中間的粘結(jié)長度為QUOTE。梁跨中的拉區(qū)為試驗(yàn)鋼筋，壓區(qū)用鉸相連，力臂明確，以便根據(jù)試驗(yàn)荷載準(zhǔn)確地計算鋼筋拉力。這種試驗(yàn)方法的思路是很巧妙，但是我感覺因?yàn)槟莻€鉸的存在，會增大的試驗(yàn)的難度，鋼筋的實(shí)際受力情況可能會很復(fù)雜。這兩類試件的試驗(yàn)結(jié)果對比表明，材料和粘結(jié)長度相同的試件，拉式試驗(yàn)比梁式試驗(yàn)測得的平均粘結(jié)強(qiáng)度（QUOTE）高，其比值約為1.1～1.6，主要是由于兩者的鋼筋周圍混凝土應(yīng)力狀態(tài)不同和混凝土保護(hù)層厚度有差別。試驗(yàn)方法雖多，但是試驗(yàn)測的都是極限拉力，不能直接得到鋼筋拉拔過程中某個位置處的應(yīng)變值，從而建立鋼筋應(yīng)變（力）沿長度的分布規(guī)律。為了量測粘結(jié)應(yīng)力沿鋼筋埋長的分布，又不破壞其粘結(jié)狀態(tài)，必須在鋼筋內(nèi)部布置電阻片。因?yàn)槿绻苯釉阡摻畋砻尜N應(yīng)變片，那么在鋼筋拉拔過程中就會導(dǎo)致應(yīng)變片本身損壞；如果用套管將應(yīng)變片保護(hù)起來，又會造成鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)狀況失真。在鋼筋內(nèi)股粘貼應(yīng)變片這種方法雖然操作麻煩，但是能獲得真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。光圓鋼筋和變形鋼筋與混凝土的極限粘結(jié)強(qiáng)度相差懸殊，粘結(jié)機(jī)理和破壞形態(tài)多有不同，分述如下：（1）光圓鋼筋光圓鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度在鋼筋滑動前取決于化學(xué)粘著力，滑動后則主要取決于摩阻力。光圓鋼筋從混凝土中拔出的過程：當(dāng)加載初期，鋼筋與混凝土界面上開始受剪時，化學(xué)粘著力起主要作用，此時截面無滑移。隨著拉力的增大，從加載端的粘著力很快被破壞，此時鋼筋只有靠近加載端的一部分受力，粘結(jié)應(yīng)力分布也限于這一段。隨著荷載增大，鋼筋的受力段逐漸加長，粘結(jié)應(yīng)力分布的峰點(diǎn)向自由端移動，加載端滑移加快。當(dāng)滑移段遍及鋼筋全埋長，粘結(jié)應(yīng)力的峰點(diǎn)很靠近自由端，此時加載端粘結(jié)破壞嚴(yán)重，粘結(jié)應(yīng)力已很小，鋼筋的應(yīng)力接近均勻。當(dāng)自由端達(dá)到鋼筋的極限粘結(jié)強(qiáng)度時，鋼筋的滑移急速增大拉拔力由鋼筋表面的摩阻力和殘存的咬合力承擔(dān)，最終，鋼筋從混凝土中被拔出。光圓鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度較低，滑移較大，粘結(jié)性能較差。（2）變形鋼筋變形鋼筋和光圓鋼筋的主要區(qū)別是鋼筋表面具有不同形狀的橫肋或斜肋。變形鋼筋受拉時，肋的凸緣擠壓周圍混凝土，大大提高了機(jī)械咬合力，改變了粘結(jié)受力機(jī)理，有利于鋼筋在混凝土中的粘結(jié)錨固性能。一個不配橫向筋的拔出試件，開始受力后鋼筋的加載端局部就因?yàn)閼?yīng)力集中而破壞了與混凝土的粘著力，發(fā)生滑移。當(dāng)荷載增大時，鋼筋自由端的粘著力也被破壞，開始出現(xiàn)滑移，加載端的滑移加快增長。光圓鋼筋拉拔試驗(yàn)的破壞形態(tài)均為鋼筋自混凝土中拔出的剪切破壞，變形鋼筋一般形成劈裂式破壞。從機(jī)理上分析這是因?yàn)樵诶芜^程中，變形鋼筋表面突出的肋就像混凝土的楔子，對混凝土有擠壓和剪切作用，使得肋前混凝土壓碎，并在肋前形成斜面。作用在斜面上的力沿鋼筋軸線方向的分力為粘結(jié)應(yīng)力的主體，垂直鋼筋軸線方向的分力為徑向擴(kuò)張力，它在周圍混凝土中產(chǎn)生環(huán)形拉應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)劈裂裂縫。和光圓鋼筋相比，變形鋼筋自由端滑移是的應(yīng)力值接近，但是應(yīng)力和極限應(yīng)力的比值卻大大減小，鋼筋的受力段和滑移段的長度也較早的遍及鋼筋的全埋長。通過大量的試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能及各項(xiàng)特征值，受到許多不同因素的影響而變化。（1）混凝土的強(qiáng)度當(dāng)提高混凝土的強(qiáng)度時,它和鋼筋的化學(xué)粘著力和機(jī)械咬合力隨之增加，但對摩阻抗滑力的影響不大。同時，混凝土抗拉強(qiáng)度QUOTE的增大，延遲了拔出試件的內(nèi)裂和劈裂應(yīng)力，提高極限粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)剛度。（2）保護(hù)層厚度（QUOTE）增大保護(hù)層厚度，加強(qiáng)了外圍混凝土的抗劈裂能力，提高試件的劈裂應(yīng)力（QUOTE）和極限粘結(jié)強(qiáng)度(QUOTE)。但是，當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度QUOTE后，試件不再發(fā)生劈裂破壞，而是鋼筋沿橫肋外圍切斷混凝土而拔出，故粘結(jié)強(qiáng)度QUOTE不再增大。（3）鋼筋埋長試件的粘結(jié)強(qiáng)度隨埋長的增加而降低，埋長很大的試件，鋼筋加載端達(dá)到屈服而不被拔出。（4）鋼筋的直徑和外形直徑越大的鋼筋，相對粘結(jié)面積減小，不利于極限粘結(jié)強(qiáng)度；肋的外形變化對鋼筋的極限粘結(jié)強(qiáng)度值差別不大，對滑移值影響稍大。（5）橫向箍筋拔出試件內(nèi)配設(shè)橫向箍筋，能延遲和約束徑向-縱向劈裂裂縫的開展，阻止劈裂破壞，提高粘結(jié)強(qiáng)度和增大特征滑移值（QUOTE），而且QUOTE下降段平緩，粘結(jié)延性好。（6）橫向壓應(yīng)力（QUOTE）橫向壓應(yīng)力作用在鋼筋錨固端，增大了鋼筋和混凝土界面的摩阻力，有利于粘結(jié)錨固。另外，澆注鋼筋混凝土?xí)r鋼筋所處的位置及混凝土的密實(shí)度、骨料的粒徑、數(shù)量和表面形態(tài)等也是影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素。概括的來說，就是所有與鋼筋和混凝土有關(guān)的因素都會影響粘結(jié)強(qiáng)度。三、混凝土發(fā)展前景現(xiàn)在,世界各地基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展，需要大量的建筑材料，其中混凝土用量最大，與混凝土相關(guān)的材料消耗也日益增大。根據(jù)統(tǒng)計，全球每年混凝土消耗的天然骨料在80億噸以上。以生產(chǎn)1噸硅鹽水泥來計算，所需15噸石灰，還需要一定數(shù)量的煤、電、石油等原能，并向大氣釋放約1噸二氧化碳，還排放一定數(shù)量的粉塵、二氧化硫、氮氧化物等重金屬污染物。全球二氧化碳等污染物7%來自水泥工業(yè)。如此之大的資源消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染，如果沒有有效的節(jié)制措施，將直接威脅著人類和整個地球的生命。但是，社會要前進(jìn)，人類要發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也不可能停步，而且還是高速、快速的姿態(tài)。面對快速發(fā)展建設(shè)的需求和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，做到既要保證基礎(chǔ)建設(shè)步伐加快，又要降低資源能源的消耗、減少污染物的排放，這就是我們需要關(guān)注并得到解決的矛盾。要使這一矛盾得到解決，混凝土工業(yè)須走要可持續(xù)發(fā)展的道路。目前，混凝土走可持續(xù)發(fā)展的道路，需解決好四個問題：一是節(jié)能減排。利用工業(yè)廢渣和天然礦物，減少水泥熟料的用量，尤其是工業(yè)廢渣的利用，具有非常大的潛力。這樣做既解決了工業(yè)廢渣的污染，又節(jié)約了混凝土的原材料，一舉雙贏。同時應(yīng)加大科研力度，改善水泥生產(chǎn)工藝，做到低排放、低能耗或?qū)ふ倚滦湍z凝材料，以替代水泥。二是提高混凝土的耐久壽命?；炷凉I(yè)的專家和學(xué)者們應(yīng)從多方面考慮，如何綜合各方面的因素，使其耐久壽命的延長。三是基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃要科學(xué)化、全面化、長遠(yuǎn)化。不要今天建設(shè)，明天挖，這是對能源和資源的最大浪費(fèi)。四是生態(tài)環(huán)保應(yīng)貫穿于混凝土生產(chǎn)和使用的全過程。除了在生產(chǎn)混凝土所消耗資源能源帶來的生態(tài)環(huán)境問題外，混凝土釋放有害物質(zhì)和其廢棄物都會影響生態(tài)環(huán)境，所以，還需加大對混凝土的使用期以及廢棄的環(huán)境問題研究。近年來，伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，混凝土的耐久性等性能指標(biāo)成為人們對混凝土的重點(diǎn)追求，相繼研究、開發(fā)出各種特殊良好性能的混凝土，也就是說混凝土由過去的以強(qiáng)度為中心，發(fā)展為以耐久性為中心。1990年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院NIST及美國混凝土協(xié)會ACI聯(lián)合提出“高性能混凝土”的概念，定義高性能混凝土為同時具有高力學(xué)性能、高工作性和高耐久性的勻質(zhì)混凝土?！案咝阅芑炷痢备拍畹奶岢?，既是對近年混凝土技術(shù)成就的總結(jié)，又是對混凝土未來發(fā)展的展望，至少在今后，混凝土的高性能化將成為努力方向[21]。隨著對高性能混凝土研究的不斷深入，對高性能混凝土的概念，很多專家學(xué)者都提出了自己的新看法。國外方面，1990年美國的Mehta.P.K.提出：高性能混凝土不僅要求高強(qiáng)度，還應(yīng)具有高耐久性(抗化學(xué)腐蝕)等其他重要性能，如高體積穩(wěn)定性(高彈性模量,低的干縮率、低徐變和低的溫度變形)、高抗?jié)B性和高工作性等。1992年法國的Malie把高性能混凝土定義為：高性能混凝土的特點(diǎn)在于具有良好的工作性，高的強(qiáng)度和早期強(qiáng)度，工程經(jīng)濟(jì)性高和高耐久性，特別適用于橋梁、港口、核反應(yīng)堆以及高速公路等重要的混凝土建筑結(jié)構(gòu)。同年，日本小澤一稚和岡村莆提出，高性能混凝土應(yīng)具有高工作性(高流動性、粘聚性和可澆注性)、低溫升、低干縮率、高抗?jié)B性和足夠的強(qiáng)度。然而，具有對比意義的是，加拿大的研究者則將填充廢礦井的強(qiáng)度約為1MPa的混凝土亦稱為高性能混凝土。國內(nèi)方面，[22]蒲心誠教授認(rèn)為高性能混凝土應(yīng)具有優(yōu)良的施工性能、高的硬化后強(qiáng)度、良好的體積穩(wěn)定性和高的耐久性。他認(rèn)為，不能因?yàn)槟撤N性能好，將滿足了工程某種功能要求的混凝土稱為高性能混凝土，否則，高性能混凝土涵蓋太廣，也就失去了高性能混凝土的意義。馮乃謙教授認(rèn)為，高性能混凝土必須是高強(qiáng)度，且要保證施工的密實(shí)性、高的工作度和高的耐久性。他亦指出，耐久性還應(yīng)與使用的環(huán)境相結(jié)合，采取相應(yīng)的對策，僅僅是高強(qiáng)度是不夠的。[23]已故吳中偉院士認(rèn)為第一，高性能混凝土應(yīng)以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)，針對不同的用途要求，第二，對下列性能有重點(diǎn)地予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能混凝土的配制的特點(diǎn)是低的水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水、集料外，還必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑[24]?！案咝阅芑炷痢钡母拍钍腔谕聊竟こ痰男枰?，在強(qiáng)調(diào)混凝土高強(qiáng)度的同時，兼顧到混凝土的高耐久性和高工作性要求而提出的。但由于不同的領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芑炷恋囊蟛槐M相同，因此，不同的國家、不同的研究者對高性能混凝土概念的界定也不盡相同。在這些定義中，有強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度的，有強(qiáng)調(diào)流動性的，有強(qiáng)調(diào)耐久性的，有同時強(qiáng)調(diào)流動性、強(qiáng)度和耐久性的。不少研究者還將滿足某種功能或某種功能良好的混凝土，都稱為高性能混凝土?？梢?，目前高性能混凝土的定義非?；靵y，很不嚴(yán)格。近年來，“綠色高性能混凝土”作為一個重要的概念被提了出來。[25]它要求在使用混凝土的同時，要同時降低水泥用量、減輕環(huán)境污染，合理利用工業(yè)三廢，有效替代部分水泥、降低混凝土用水量，提高混凝土的工作性、耐久性，延長使用壽命，降低維修費(fèi)用，減少廢棄物，從而減輕混凝土產(chǎn)業(yè)對環(huán)境的危害，使其成為可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品?！熬G色高性能混凝土”是高性能混凝土的延續(xù)與發(fā)展。把綠色高性能作為混凝土的發(fā)展方向，目的在于加深人們對綠色的重視，加強(qiáng)綠色意識，使混凝土工作者更自覺地提高混凝土的綠色含量或加深其綠色度；節(jié)約更多的資源、能源，不僅會使工程建設(shè)對環(huán)境的破壞減少到最少，而且還有利于環(huán)境的改善。這不僅是混凝土材料和土建工程健康發(fā)展的需要，也是可持續(xù)發(fā)展的需要，更是人類生存和發(fā)展的需要。綠色混凝土是指制作混凝土的原材料符合節(jié)能環(huán)保要求，混凝土的制作過程符合保護(hù)環(huán)境減少污染的要求，混凝土的使用過程能夠達(dá)到與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生，維護(hù)生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求。如再生混凝土、自密實(shí)混凝土等都為綠色混凝土?；炷良确暇G色混凝土的要求，又具備高性能混凝土的特點(diǎn)，即為綠色高性能混凝土，綠色高性能混凝土是混凝土的發(fā)展方向。再生混凝土是由廢棄的混凝土經(jīng)過破碎、清洗、分級并按一定比例組合后得到的“再生骨料”作為部分或全部骨料配制而成的混凝土。再生混凝土實(shí)現(xiàn)了廢舊的混凝土的合理利用，能夠節(jié)約資源，減少污染。日本在1977年制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》，并對再生混凝土的性能做了大量研究。美國、德國等國家主要將再生混凝土用于公路工程。我國目前還沒有完整的再生混凝土規(guī)范，再生混凝土主要用于配置中低強(qiáng)度混凝土，近年來我國對再生混凝土的配置、性能等做了大量研究，取得了一定的成果。有一些道路改造項(xiàng)目，已將再生混凝土用于實(shí)際工程，因此再生混凝土?xí)蔀楦咝阅芑炷恋陌l(fā)展方向。自密實(shí)混凝土是不需要用機(jī)械振搗，而是依靠混凝土的自重使其達(dá)到密實(shí)。自密實(shí)混凝土在施工中能大大減少混凝土澆搗時間，提高效率，減輕了人的勞動強(qiáng)度，節(jié)約了勞動成本，同時，避免了施工過程中人為因素導(dǎo)致的漏振和過振等，混凝土結(jié)構(gòu)更致密、表面光潔，還可以消除施工時振搗產(chǎn)生噪音。自密實(shí)混凝土在日本、美國、英國、加拿大、德國等國家的應(yīng)用已很普遍。自密實(shí)混凝土在我國的應(yīng)用已有一些工程實(shí)例，但占我國混凝土總用量的比例還很低。濟(jì)西國家濕地公園南出入口道路跨南水北調(diào)東線工程濟(jì)平干渠，新建橋梁，采用Ｃ50自密實(shí)混凝土。西安北站，主站房分三層，建筑面積約1.3萬多平方米，采用Ｃ60自密實(shí)混凝土。東莞新區(qū)的臺商大廈，主樓68層，地下4層，建筑總高度為289ｍ，該工程主樓地下４層至27層鋼管柱使用Ｃ60自密實(shí)混凝土。減少環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展是我國的主要目標(biāo)，因此，在我國推行綠色高性能混凝土具有更重要的實(shí)際意義，提高再生混凝土和自密實(shí)混凝土的設(shè)計與施工水平，使其在更多的實(shí)際工程中得到應(yīng)用。四、心得體會通過這一個學(xué)期對《鋼筋混凝土原理與分析》的學(xué)習(xí)，我對這門課以及研究生階段如何學(xué)習(xí)有了初步的認(rèn)識。1.本科階段我學(xué)習(xí)的是《鋼筋混凝土原理與設(shè)計》主要是學(xué)習(xí)“是什么”，比較簡單概括的講了一下原理，重點(diǎn)在于如何運(yùn)用某種方法進(jìn)行計算和設(shè)計。研究生階段我學(xué)習(xí)的是《鋼筋混凝土原理與分析》主要是學(xué)習(xí)“為什么”，比較詳細(xì)的介紹各種原理，以及各種試驗(yàn)中試件的受力機(jī)理分析，重點(diǎn)在于分析前人研究總結(jié)這種原理的過程，即解決問題的思想和方法。2.混凝土是一種非均質(zhì)、不定向的，且隨時間和環(huán)境條件而變化的多相混合材料，因此鋼筋混凝土力學(xué)性能復(fù)雜多變。在做試驗(yàn)時，所有與鋼筋和混凝土有關(guān)的因素都有可能會影響試驗(yàn)的結(jié)果，所以在進(jìn)行試驗(yàn)前應(yīng)考慮所有影響試驗(yàn)結(jié)果的因素，設(shè)置多種對比試件，這樣才能排除次要因素的影響，得出科學(xué)真實(shí)的結(jié)論。3.鋼筋混凝土內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，在對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析時，時常會做各種簡化假設(shè)，巧妙并且貼合實(shí)際的假設(shè)能避免很多分析上的困難。因此，“如何簡化假設(shè)以及為什么這樣簡化假設(shè)”將會是我學(xué)習(xí)和實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)之一。所有前人的研究成果，加深了我們對鋼筋混凝土的材料和結(jié)構(gòu)性能的規(guī)律性認(rèn)識，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的水平，促進(jìn)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展。今后，隨著建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必有更廣闊的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)[1]王傳志,滕志明主編.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論[M].北京.中國建筑工業(yè)出版社.1985[2]滕志明主編.鋼筋混凝土基本構(gòu)件.第二版[M].北京.清華大學(xué)出版社.1987[3]過鎮(zhèn)海.鋼筋混凝土原理[M].北京.清華大學(xué)出版社.1999[4]中國建筑科學(xué)研究院主編.GB50010-2010混凝土設(shè)計規(guī)范.北京.中國建筑工業(yè)出版社.2010[5]NevilleAM.李國泮等譯.混凝土的性能[M].北京.中國建筑工業(yè)出版社.1983[6]中華人民共和國建設(shè)部主編.GB50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法.北京.中國建筑工業(yè)出版社.2003[7]過鎮(zhèn)海,張秀琴.單調(diào)荷載下的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)研究[J].北京.清華出版社.1981[8]過鎮(zhèn)海,張秀琴等.混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報.1982(3)[9]李永錄,過鎮(zhèn)海.混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].北京.清華大學(xué)出版社.1996[10]徐積善.混凝土強(qiáng)度理論及其應(yīng)用[J].北京.水利出版社.1981[11]SinghA,GerstleKH,TulinLG.TheBehaviorofReinforcingSteelunderReversedLoading[J].MaterialsResearch&Standards.1965,5(1)[12]張立敏,曹秀麗.淺談鋼筋與混凝土的粘結(jié)力[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息.2004[13]李會杰,謝劍.超低溫環(huán)境下鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能[J].工程力學(xué).2011[14]楊松榮.銹蝕鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能研究[J].建筑科技與管理.2010[15]趙羽習(xí)，金偉良.鋼筋與混凝土粘結(jié)本構(gòu)關(guān)系的試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報.2002[16]沈蒲生.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].高等教育出版社.2005[17]程文襄,李愛群,王鐵成主編.混凝土結(jié)構(gòu)[M].中國建筑工業(yè)出版社.2012[18]王鐵成.混凝土結(jié)構(gòu)原理[M].天津大學(xué)出版社.2009[19]黃世謀,趙新亞.混凝土材料的歷史與發(fā)展[J].三門峽技術(shù)職業(yè)學(xué)院學(xué)報.2007[20]葉志明.土木工程材料[M].高等教育出版社.2009[21]林旭健.混凝土的高性能化與可持續(xù)發(fā)展[J].福州大學(xué)學(xué)報.2000[22]蒲心誠.超高強(qiáng)性能混凝土[M].重慶大學(xué)出版社.2004[23]馮乃謙.混凝土技術(shù)手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社.1996.[24]吳中偉,廉慧珍著.高性能混凝土[M].中國鐵道出版社.1999.[25]吳中偉.混凝土的發(fā)展方向[J].混凝土使用新技術(shù)手冊代序.1998.型鋼梁和組合梁的設(shè)計一、考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的組合梁設(shè)計腹板受壓屈曲和受剪屈曲后都存在繼續(xù)承載的能力，稱為屈曲后強(qiáng)度。承受靜力荷載和間接承受動力荷載的組合梁，宜考慮腹板屈曲后強(qiáng)度，則腹板高厚比達(dá)到250時也不必設(shè)置縱向加勁肋。1．受剪腹板的極限承載力腹板極限剪力設(shè)計值Vu應(yīng)按下列公式計算：當(dāng)時（1a）當(dāng)時（1b）當(dāng)時（1c）式中s──用于腹板受剪計算時的通用高厚比。2．受彎腹板的極限承載力腹板高厚比較大而不設(shè)縱向加勁肋時，在彎矩作用下腹板的受壓區(qū)可能屈曲。屈曲后的彎矩還可繼續(xù)增大，但受壓區(qū)的應(yīng)力分布不再是線性的，其邊緣應(yīng)力達(dá)到時即認(rèn)為達(dá)到承載力的極限。圖1受彎矩時腹板的有效寬度假定腹板受壓區(qū)有效高度為hc，等分在hc的兩端，中部則扣去（1-）hc的高度，梁的中和軸也有下降。為計算簡便，假定腹板受拉區(qū)與受壓區(qū)同樣扣去此高度，這樣中和軸可不變動。梁截面慣性矩為（忽略孔洞繞本身軸慣性矩）（2）梁截面模量折減系數(shù)為（3）腹板受壓區(qū)有效高度系數(shù)按下列原則確定：當(dāng)時 =1.0 （4a）當(dāng)時 （4b）當(dāng)時 （4c）梁的抗彎承載力設(shè)計值為 （5）以上式中的梁截面模量Wx和截面慣性矩Ix以及腹板受壓區(qū)高度均按截面全部有效計算。3．彎矩和剪力共同作用下梁的極限承載力圖2彎矩與剪力相關(guān)曲線梁腹板同時承受彎矩和剪力的共同作用，承載力采用彎矩M和剪力V的相關(guān)關(guān)系曲線確定。假定彎矩不超過翼緣所提供的彎矩時，腹板不參與承擔(dān)彎矩作用，即在的范圍內(nèi)相關(guān)關(guān)系為一水平線，。當(dāng)截面全部有效而腹板邊緣屈服時，腹板可以承受剪應(yīng)力的平均值約為左右。對于薄腹板梁，腹板也同樣可以負(fù)擔(dān)剪力，可偏安全地取為僅承受剪力最大值的0.5倍，即當(dāng)時，取。在圖2所示相關(guān)曲線A點(diǎn)（，1）和B點(diǎn)（1，0.5）之間的曲線可用拋物線表達(dá)，由此拋物線確定的驗(yàn)算式為這樣，在彎矩和剪力共同作用下梁的承載力為當(dāng)1.0時 （6a）當(dāng)時 （6b）其他情況 （6c）（7）式中M，V──梁的同一截面處同時產(chǎn)生的彎矩和剪力設(shè)計值；當(dāng)V<0.5Vu，取V=0.5Vu；當(dāng)M<Mf，取M=Mf；Mf——梁兩翼緣所承擔(dān)的彎矩設(shè)計值；Af1、h1——較大翼緣的截面積及其形心至梁中和軸的距離；Af2、h2——較小翼緣的截面積及其形心至梁中和軸的距離；Meu，Vu──梁抗彎和抗剪承載力設(shè)計值。4．考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的梁的加勁肋的設(shè)計當(dāng)僅配置支承加勁肋不能滿足式（6）的要求時，應(yīng)在兩側(cè)成對配置中間橫向加勁肋。（1）腹板高厚比超過170（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時）或超過150（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時）也可只設(shè)置橫向加勁肋，其間距一般采用。（2）中間橫向加勁肋梁腹板在剪力作用下屈曲后以斜向張力場的形式繼續(xù)承受剪力，梁的受力類似桁架，張力場的水平分力在相鄰區(qū)格腹板之間傳遞和平衡，而豎向分力則由加勁肋承擔(dān)，為此，橫向加勁肋應(yīng)按軸心壓桿計算其在腹板平面外的穩(wěn)定，其軸力為 （8）若中間橫向加勁肋還承受固定集中荷載F，則 （9）（3）支座加勁肋支座加勁肋除承受梁支座反力R外，還承受張力場斜拉力的水平分力Ht。 （10）Ht的作用點(diǎn)可取為距上翼緣h0/4處（圖3a）。圖3梁端構(gòu)造為了增加抗彎能力，還應(yīng)在梁外延的端部加設(shè)封頭板?？刹捎孟铝蟹椒ㄖ贿M(jìn)行計算：①將封頭板與支座加勁肋之間視為豎向壓彎構(gòu)件，簡支于梁上下翼緣，計算其強(qiáng)度和穩(wěn)定；②將支座加勁肋按承受支座反力R的軸心壓桿計算，封頭板截面積則不小于，式中e為支座加勁肋與封頭板的距離；f為鋼材強(qiáng)度設(shè)計值。梁端構(gòu)造還有另一方案：即縮小支座加勁肋和第一道中間加勁肋的距離a1（圖3b），使范圍內(nèi)的，此種情況的支座加勁肋就不會受到Ht的作用。二、型鋼梁的設(shè)計型鋼梁中應(yīng)用最廣泛的是工字鋼和H型鋼。型鋼梁設(shè)計一般應(yīng)滿足強(qiáng)度、整體穩(wěn)定和剛度的要求。型鋼梁腹板和翼緣的寬厚比都不太大，局部穩(wěn)定?？傻玫奖ＷC，不需進(jìn)行驗(yàn)算。首先按抗彎強(qiáng)度（當(dāng)梁的整體穩(wěn)定有保證時）求出需要的截面模量（11） 由截面模量選擇合適的型鋼，然后驗(yàn)算其他項(xiàng)目。由于型鋼截面的翼緣和腹板厚度較大，不必驗(yàn)算局部穩(wěn)定；端部無大的削弱時，也不必驗(yàn)算剪應(yīng)力。而局部壓應(yīng)力也只在有較大集中荷載或支座反力處才驗(yàn)算。三、梁的拼接和連接1．梁的拼接梁的拼接分為工廠拼接和工地拼接兩種。由于鋼材規(guī)格和現(xiàn)有鋼材尺寸的限制，必須將鋼材接長，這種拼接常在工廠中進(jìn)行，稱為工廠拼接。由于運(yùn)輸或安裝條件的限制，梁必須分段運(yùn)輸，然后在工地進(jìn)行拼裝連接，稱為工地拼接。型鋼梁的拼接可采用對接焊縫連接（圖4a），但由于翼緣與腹板連接處不易焊透，故有時采用拼接板拼接（圖4b）。拼接位置均宜設(shè)在彎矩較小處。圖4型鋼梁的拼接焊接組合梁的工廠拼接，翼緣和腹板的拼接位置最好錯開并用直對接焊縫相連。腹板的拼接焊縫與橫向加勁肋之間至少應(yīng)相距10（圖5）。對接焊縫施焊時宜加引弧板，并采用一級或二級焊縫，這樣焊縫可與主體金屬等強(qiáng)。圖5組合梁的工廠拼接梁的工地拼接應(yīng)使翼緣和腹板基本上在同一截面處斷開，以便分段運(yùn)輸。高大的梁在工地施焊時應(yīng)將上、下翼緣的拼接邊緣均做成向上開口的V形坡口，以便俯焊（圖6）。有時將翼緣和腹板的接頭略為錯開一些（圖6b）。圖6組合梁的工地拼接圖7采用高強(qiáng)度螺栓的工地拼接較重要或受動力荷載的大型梁，其工地拼接宜采用高強(qiáng)度螺栓（圖7）。當(dāng)梁拼接處的對接焊縫采用三級焊縫時，應(yīng)對受拉區(qū)翼緣焊縫進(jìn)行驗(yàn)算。對用拼接板的接頭，應(yīng)按下列規(guī)定的內(nèi)力進(jìn)行計算的內(nèi)力進(jìn)行計算：翼緣拼接板及其連接所承受的內(nèi)力為翼緣板的最大承載力（12）式中——被拼接的翼緣板凈截面積。腹板拼接板及其連接，主要承受梁截面上的全部剪力V，以及按剛度分配到腹板上的彎矩，式中為腹板截面慣性矩；I為整個梁截面的慣性矩。2．次梁與主梁的連接次梁與主梁的連接型式有疊接和平接兩種。疊接將次梁直接擱在主梁上面，用螺栓或焊縫連接，構(gòu)造簡單，但需要的結(jié)構(gòu)高度大，其使用常受到限制。圖8a是次梁為簡支梁時與主梁連接的構(gòu)造，而圖8b是次梁為連續(xù)梁時與主梁連接的構(gòu)造示例。如次梁截面較大時，應(yīng)另采取構(gòu)造措施防止支承處截面的扭轉(zhuǎn)。圖8次梁與主梁的疊接平接（圖9）是使次梁頂面與主梁相平或略高、略低于主梁頂面，從側(cè)面與主梁的加勁肋或在腹板上專沒的短角鋼或支托相連接。圖9a、b、c是次梁為簡支梁時與主梁連接的構(gòu)造，圖8d是次梁為連續(xù)梁時與主梁連接的構(gòu)造。平接雖構(gòu)造復(fù)雜，但可降低結(jié)構(gòu)高度，在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣泛。圖9次梁與主梁的平接四、組合梁的設(shè)計1．截面選擇組合梁截面應(yīng)滿足強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度的要求。設(shè)計組合梁時，首先需要初步估計梁的截面高度、腹板厚度和翼緣尺寸。（1）梁的截面高度確定梁的截面高度應(yīng)考慮建筑高度、剛度和經(jīng)濟(jì)三個方面的要求。.建筑高度是指梁的底面到鋪板頂面之間的高度，通常由生產(chǎn)工藝和使用要求決定。確定了建筑高度也就確定了梁的最大高度。剛度要求確定了梁的最小高度。剛度條件要求梁在全部荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的撓度v不大于容許撓度。梁的經(jīng)濟(jì)高度，梁用鋼量最少的高度。經(jīng)驗(yàn)公式為（13）式中的單位為mm3，的單位為mm。實(shí)際采用的梁高，應(yīng)介于建筑高度和最小高度之間，并接近經(jīng)濟(jì)高度。梁的腹板高度可稍小于梁的高度，一般