趙東拂，劉 楊，劉棟棟

（北京建筑工程學(xué)院 土木與交通工程系，北京 100044）

《混凝土結(jié)構(gòu)原理》這門課程是學(xué)習(xí)土木工程的一門重要課程，是專業(yè)平臺課，學(xué)好這門課，也就為以后學(xué)習(xí)《砌體結(jié)構(gòu)》、《鋼結(jié)構(gòu)》和《高層建筑》等課程打下了堅實的基礎(chǔ)。本課程的特點是概念多、計算公式多、符號多、圖多、構(gòu)造規(guī)定多。另外，混凝土是一種復(fù)合材料，鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種力學(xué)性能不同的材料組成的，鋼筋和混凝土需要滿足一定的條件使它們可以有效地完成工作，例如要考慮兩種材料的數(shù)量比例和搭配問題。隨著對混凝土結(jié)構(gòu)的深入研究，規(guī)范和圖集也是在不斷變化調(diào)整，需要我們有能力適應(yīng)變化，并加以理解、掌和握吸收。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的以上特點使得許多初學(xué)者在學(xué)習(xí)《混凝土結(jié)構(gòu)原理》課程時感到困難重重。這就需要把握課程的要點，其中構(gòu)件承載力部分是課程的重要部分。本文總結(jié)歸納出鋼筋混凝土構(gòu)件承載力問題的三個要點，即破壞、平衡和協(xié)調(diào)。透徹的理解這三個要點，并把握這三點之間的關(guān)系，會對學(xué)習(xí)本課程有很大的幫助。

一、破 壞

本文所說的破壞是指構(gòu)件在工作中達到承載力極限狀態(tài)時的破壞形態(tài)。該狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)達到最大承載能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應(yīng)認為超過了承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；整個結(jié)構(gòu)或其中一部分作為剛體失去平衡；結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C動體系；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌；地基喪失承載能力而破壞；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的疲勞破壞。

以受彎構(gòu)件正截面承載力極限狀態(tài)為例，其破壞形態(tài)為：適筋破壞、超筋破壞和少筋破壞。適筋破壞是指受拉鋼筋配置適中的梁的破壞，當(dāng)持續(xù)施加荷載使梁開始發(fā)生破壞時，首先當(dāng)受拉鋼筋應(yīng)力達到屈服強度時，鋼筋屈服，隨著荷載的增大，混凝土的壓應(yīng)力和壓應(yīng)變迅速擴大，當(dāng)受壓區(qū)混凝土的壓應(yīng)變達到極限壓應(yīng)變時，受壓混凝土被壓碎。當(dāng)完成了上述過程，可認定發(fā)生了適筋破壞。適筋破壞是土木工程實驗中要研究的一個重要破壞形態(tài)，應(yīng)避免發(fā)生超筋和少筋破壞。

二、平 衡

本文所說的平衡是指受力平衡，即構(gòu)件某一截面的內(nèi)力平衡，包括力的平衡和力矩的平衡。以矩形截面受彎構(gòu)件正截面的承載力為例：對于僅配受拉鋼筋的單筋矩形截面適筋受彎構(gòu)件，受彎構(gòu)件正截面承載力的等效應(yīng)力圖如圖所示。

根據(jù)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式，受彎構(gòu)件正截面承載力計算的基本公式為：

第一式是通過力的平衡得出，第二、三式是由彎矩的平衡得出。

三、協(xié) 調(diào)

本文所說的協(xié)調(diào)是指在一個構(gòu)件中，鋼筋和混凝土兩種材料的數(shù)量及其強度的協(xié)調(diào)，具體體現(xiàn)在基本公式的適用條件上。

根據(jù)梁中受拉鋼筋的配置情況可將梁分為適筋梁、超筋梁和少筋梁。受拉鋼筋配置適中的梁就是適筋梁。當(dāng)配筋率超過界限配筋率，受拉鋼筋應(yīng)力還沒達到屈服，受壓區(qū)的混凝土先被壓壞的梁稱為超筋梁。當(dāng)配筋率低于最小配筋率，構(gòu)件中的受拉鋼筋很快達到屈服或被拉斷，成為少筋梁。超筋梁的破壞取決于受壓區(qū)混凝土的抗壓強度，受拉鋼筋的強度未得到充分發(fā)揮，其破壞為沒有明顯征兆的脆性破壞；少筋梁的破壞取決于受拉鋼筋的抗拉強度，受壓區(qū)混凝土的強度沒有得到充分發(fā)揮，屬于受拉脆性破壞且承載能力低，應(yīng)用不經(jīng)濟。因此，在設(shè)計中需要考慮鋼筋的數(shù)量和搭配問題，運用在實際工程中時應(yīng)避免采用超筋梁和少筋梁。

對于受彎構(gòu)件正截面承載力的設(shè)計，滿足了式（1），理論上講可避免發(fā)生受彎構(gòu)件適筋梁正截面破壞，為防止超筋梁的脆性破壞，還應(yīng)滿足：ξ≤ξb；為防止發(fā)生少筋梁脆性破壞，截面配筋還應(yīng)滿足最小配筋率的要求，即：ρ＞ρmin。

綜上，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分考慮其需滿足的條件，以達到使用功能和經(jīng)濟上的協(xié)調(diào)。

四、其他構(gòu)件的分析

鋼筋混凝土基本構(gòu)件按其受力特點的不同的分類，可以分為：受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件和受扭構(gòu)件。以上介紹了鋼筋混凝土正截面受彎構(gòu)件的破壞、平衡和使用條件，其他類型在此不做贅述，以表格形式羅列出來，見表1、表2、表3。

表1 受彎構(gòu)件其它截面類型的三個要點

表2 受壓構(gòu)件的三個要點

表3 受拉構(gòu)件的三個要點

五、結(jié) 語

本文主要對鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞、平衡和協(xié)調(diào)進行了一個簡單的論述與歸納。通過上文可以看出，這三者是密不可分的。只有使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力平衡，并且同時考慮各材料之間的協(xié)調(diào)性能，才會使得結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞。缺少一個條件，就無法保證結(jié)構(gòu)的正常使用功能。因此，在對本課程進行學(xué)習(xí)時，要牢牢把握這三者之間的辯證關(guān)系。把握好了三者的關(guān)系，可對本課程有一個更透徹的理解，為以后其它課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

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[1]劉立新，葉燕華.混凝土結(jié)構(gòu)原理[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.

[2]程文瀼.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.