02第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理

1、第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理以往，我國公路工程結(jié)構(gòu)曾采用過多種計算方法，不論它們屬于彈性理論還是非彈性理論，都是把影響結(jié)構(gòu)可靠性的各種參數(shù)視為確定的量，結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全系數(shù)一般依據(jù)經(jīng)驗或主要依據(jù)經(jīng)驗來確定。這些方法統(tǒng)稱為“定值設(shè)計法”。然而，影響結(jié)構(gòu)可靠性的諸如荷載、材料性能、結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)等因素，無一不是隨機變化的不確定的量。1999年頒布的國家標準公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準GB/T50283-1999(以下簡稱公路統(tǒng)一標準GB/T50283-1999)引入了結(jié)構(gòu)可靠度理論，把影響結(jié)構(gòu)可靠性的各種因素均視為隨機變量，以大量調(diào)查實測資料和試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用統(tǒng)計數(shù)學(xué)的方法，尋求各隨機變量的

2、統(tǒng)計規(guī)律，確定結(jié)構(gòu)的失效概率(或可靠度)來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。這種方法稱為“可靠度設(shè)計法”，用于結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計也可稱為“概率極限狀態(tài)設(shè)計法”。我國公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計由長期沿用的，不甚合理的“定值設(shè)計法”轉(zhuǎn)變?yōu)椤案怕蕵O限狀態(tài)設(shè)計法”，即在度量結(jié)構(gòu)可靠性上由經(jīng)驗方法轉(zhuǎn)變?yōu)檫\用統(tǒng)計數(shù)學(xué)的方法，這無疑是設(shè)計思想和設(shè)計理論的一大進步，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更符合客觀實際情況。§2-1結(jié)構(gòu)的可靠性與極限狀態(tài)概念一、結(jié)構(gòu)的功能要求和結(jié)構(gòu)的可靠性1、結(jié)構(gòu)功能要求所有建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計時必須符合技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用的要求。建筑結(jié)構(gòu)的功能要求主要有下列三方面：(1) 安全性結(jié)構(gòu)的安全性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)

3、，能承受在正常施工和正常使用過程中可能出現(xiàn)的各種作用。其中包括荷載的作用、變形的作用、溫度的作用等；在偶然事件(如地震、爆炸等)發(fā)生及發(fā)生后，允許有局部嚴重破壞，但不引起倒塌。(2) 適用性結(jié)構(gòu)的適用性是指結(jié)構(gòu)在正常使用時，能滿足預(yù)定的使用要求，如構(gòu)件的變形不能太大，裂縫寬度不能太大等。(3) 耐久性結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)在正常維護下，材料性能雖然隨時間變化，但結(jié)構(gòu)仍能滿足設(shè)計的預(yù)定的功能要求。例如，在使用期限內(nèi)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕必須在一定的限度內(nèi)。結(jié)構(gòu)設(shè)計能達到上述三方面的要求，就認為該結(jié)構(gòu)是可靠的。結(jié)構(gòu)的可靠性就是指結(jié)構(gòu)在預(yù)定時間內(nèi)，在正常設(shè)計、正常施工和正常使用條件下，能達到安全、適用和耐久等

4、三方面的功能要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是要科學(xué)解決結(jié)構(gòu)的可靠性與經(jīng)濟性這對矛盾，力求以最經(jīng)濟的途徑，使建造的結(jié)構(gòu)以適當?shù)目煽慷葷M足各項預(yù)定的功能要求。2、結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期結(jié)構(gòu)的可靠性是有時間限制的，并不是無限期的。因為荷載過大或材料性能的改變，以及幾何尺寸和構(gòu)造的變化，任何一個結(jié)構(gòu)使用一定年限后就將逐步破壞。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須對影響結(jié)構(gòu)使用期限的各種因素給出時間限度，即所謂設(shè)計基準期。設(shè)計基準期在過去的橋梁設(shè)計規(guī)范中沒有明確的規(guī)定，只是在橋孔計算中涉及到這個問題，例如設(shè)計洪水頻率按“50年一遇”或“100年一遇”考慮。采用概率極限狀態(tài)設(shè)計，必須明確規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期。參考國內(nèi)、外的設(shè)計和使用經(jīng)驗

5、，公路統(tǒng)一標準GB/T50283-1999規(guī)定，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期為100年。設(shè)計基準期是設(shè)計結(jié)構(gòu)時分析作用(或荷載)和材料等因素變化的時間依據(jù)，是結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足功能需要或保證結(jié)構(gòu)可靠性的時間限度，但是它不等于結(jié)構(gòu)實際的使用壽命。當結(jié)構(gòu)實際使用年限超過設(shè)計基準期后，并不意味著結(jié)構(gòu)已喪失使用功能而報廢，在絕大多數(shù)情況下還可以維持使用，只是結(jié)構(gòu)的可靠度比設(shè)計值逐漸減小。3、結(jié)構(gòu)安全等級設(shè)計時對不同類型建筑物的結(jié)構(gòu)功能要求和可靠性程度，應(yīng)按不同的結(jié)構(gòu)安全等級考慮。根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞時對人的危害、造成的經(jīng)濟損失和社會影響的嚴重程度，將結(jié)構(gòu)安全等級劃為如下三個等級：凡是破壞后果很嚴重的重要建筑物，定為一級；凡

6、是破壞后果嚴重的一般建筑，定為二級；凡是破壞后果不嚴重的次要建筑物，定為三級；公路統(tǒng)一標準GB/T50283-1999規(guī)定：特大橋、重要大橋的安全等級為一級；大橋、中橋、重要小橋的安全等級為二級；小橋、涵洞的安全等級為三級。公路橋涵結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級宜與整體結(jié)構(gòu)相同；當必要時也可以作部分調(diào)整，但調(diào)整后的級差一般不得超過一級。二、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的可靠性是由結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性決定的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性是采用功能極限狀態(tài)作為判別條件。所謂功能極限狀態(tài)，是指整個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分或全部超過某一特定狀態(tài)，就不能滿足某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。根據(jù)前述的

7、結(jié)構(gòu)功能要求，建筑結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。1、承載能力極限狀態(tài)所謂承載能力極限狀態(tài)，是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)。它是結(jié)構(gòu)安全性功能極限狀態(tài)。當結(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)：(1) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡；（2）結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件或其連接因超過材料強度而破壞，或因過度的塑性變形而不能繼續(xù)承載；（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系；（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定。超過結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)將導(dǎo)致人身傷亡和經(jīng)濟損失，因此任何結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件均需避免出現(xiàn)這種狀態(tài)。為此，在設(shè)計時應(yīng)控制出現(xiàn)承載能力極限狀態(tài)的概

8、率，使其處于很低的水平。2、正常使用極限狀態(tài)所謂正常使用極限狀態(tài)是指對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性的某項限值的狀態(tài)，它是結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性功能極限狀態(tài)。當結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，應(yīng)認為超過了正常使用極限狀態(tài)：（1）影響正常使用或外觀的變形；（2）影響正常使用或耐久性的局部損壞（例如，鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫寬度超過某個限值）；（3）影響正常使用的振動；（4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)。各種結(jié)構(gòu)或構(gòu)件都有不同程度的結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)要求。當結(jié)構(gòu)超過正常使用極限狀態(tài)時，雖然它已不能滿足適用性和耐久性功能要求，但結(jié)構(gòu)并沒有破壞，不會導(dǎo)致人身傷亡。因此，出現(xiàn)正常使用極限狀態(tài)的概率允許大

9、于承載能力極限狀態(tài)出現(xiàn)的概率。§2-2概率極限狀態(tài)設(shè)計基本原理（一）作用（或荷載）效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力1、作用（或荷載）效應(yīng)的隨機性長期以來，把所有引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的原因習(xí)慣地統(tǒng)稱為“荷載”，這種叫法并不科學(xué)和確切。引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的原因有兩種截然不同的性質(zhì)：一種是施加于結(jié)構(gòu)上的外力，如車輛、人群、結(jié)構(gòu)自重，它們是直接作用于結(jié)構(gòu)上的，可用“荷載”這一術(shù)語來概話；另一類不是以外力形式作用于結(jié)構(gòu)，它們產(chǎn)生的效應(yīng)常與結(jié)構(gòu)本身特性，結(jié)構(gòu)所處環(huán)境有關(guān)，如地震，基礎(chǔ)不均勻沉降，混凝土收縮和徐變、溫度變化等，這些都是間接作用于結(jié)構(gòu)的。因此，國際上普遍地把所有引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的原因統(tǒng)稱為“作用”，而“荷載”僅限于表達

10、施加于結(jié)構(gòu)上的直接作用。作用（或荷載）效應(yīng)是指作用（或荷載）引起的內(nèi)力（例如，彎矩、剪力、軸力、扭矩等）。對彈性材料構(gòu)件，作用（或荷載）效應(yīng)與作用（或荷載）呈線性關(guān)系。S=CQ（2.2-1）式中：S作用（或荷載）效應(yīng)；Q作用（或荷載）；C作用（或荷載）效應(yīng)系數(shù)。因為作用（或荷載）效應(yīng)與作用（或荷載）呈線性關(guān)系，因此可用作用（或荷載）特性來描述作用（或荷載）效應(yīng)特性。作用（或荷載）的基本特性是隨機性，這種隨機性表現(xiàn)在兩個方面，其一是作用（或荷載）的取值具有隨機性，其二是作用（或荷載）隨時間的變化。按作用（或荷載）隨時間的變化情況可分為永久作用、可變作用和偶然作用三類：永久作用在設(shè)計基準期內(nèi)量值不

11、隨時間變化，或其變化值與平均值比較可忽略不計。但是永久作用（或荷載）的取值具有隨機性，例如構(gòu)件自重，因為材料容重的變化和構(gòu)件尺寸的偏差可能與計算值不符，是隨機變量?？勺冏饔迷谠O(shè)計基準期內(nèi)量值隨時間變化，且變化值與平均值比較不可忽略。例如，作用于橋梁上的車輛荷載和人群荷載的作用位置和數(shù)值大小都是變化的，其隨機性是很明顯的。偶然作用在設(shè)計基準期內(nèi)出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)其值很大，且持續(xù)時間很短，例如罕遇地震，車輛或船舶撞擊力等。2、結(jié)構(gòu)抗力的隨機性結(jié)構(gòu)抗力的大小，主要取決于結(jié)構(gòu)所用材料強度和構(gòu)件的幾何尺寸。材料強度是隨機變量。無論是鋼筋或是混凝土的強度都是有變異的。來自不同鋼廠的同一種類的鋼筋，其

12、實際強度并不完全相同，即使是同一鋼廠，甚至同一爐的鋼筋強度抽樣試驗結(jié)果也是有差異的。同一設(shè)計強度等級的混凝土，因為材料稱量不準，施工條件和技術(shù)水平的影響，其實際強度的變化幅度就更為顯著。構(gòu)件幾何尺寸也是隨機變量。因為制造工藝和操作技術(shù)等因素，構(gòu)件的實際尺寸與設(shè)計尺寸不可能完全一致?；谝陨细鞣N影響因素的隨機性，結(jié)構(gòu)抗力亦具有隨機性。（二）結(jié)構(gòu)的可靠概率與失效概率因為作用效率與結(jié)構(gòu)抗力都具有隨機性，其統(tǒng)計值都可以用概率分布曲線來表示，并用概率來描述結(jié)構(gòu)的可靠和失效。作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力都可以用內(nèi)力表示，因此可以將其分布曲線并列于同一坐標內(nèi)進行分析。現(xiàn)以橫坐標表示作用效應(yīng)（S）和結(jié)構(gòu)抗力（R），縱坐

13、標表示出現(xiàn)的概率密度f（見圖2.2-1）。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足：S<R（2.2-2）將公式2.2-2反映在圖2.2-1上，結(jié)構(gòu)抗力概率分布曲線應(yīng)位于作用效應(yīng)概率分布曲線的右側(cè)。這樣才能使絕大多數(shù)情況下的作用效應(yīng)小于結(jié)構(gòu)抗力（SWR）。但是，這兩個概率分布曲線不可避免地要有一小部分重合。在重合的區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)作用效應(yīng)大于結(jié)構(gòu)抗力，即S>R。例如，在重合區(qū)的a點，結(jié)構(gòu)抗力Ra,在a點右邊陰影線范圍內(nèi)的作用效應(yīng)值S都比Ra大，這就意味著在陰影線范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)是不安全的，或者說結(jié)構(gòu)可能失效。如果在作用效應(yīng)不變的情況下，增加構(gòu)件截面尺寸、提高配筋率或提高材料強度，使結(jié)構(gòu)抗力提高，結(jié)構(gòu)抗力概率分布曲線向

14、右移，與作用效應(yīng)分布曲線的距離拉開，使兩個概率分布曲線的重合區(qū)減小，即出現(xiàn)S>R的概率減小。但是，要完全消除重合區(qū)是不可能的。即失效的可能性要完全消除是不可能的，只能減小到最低限度。S概率密度曲線一f(Sa)-IliimRaiaf(Ra)RSf(S)f(R)0R概率密度曲線圖2.2-1作用效應(yīng)(S)、結(jié)構(gòu)抗力(R)概率分布曲線示意圖f(z)111P111111単bz_$zZ=R-S圖2.2-2多余抗力概率分布圖為了便于說明問題，我們可將公式(2.2-2)改寫為下列形式：Z=RS(2.2-3)式中Z為結(jié)構(gòu)抗力與作用效應(yīng)之差，即結(jié)構(gòu)抗力抵消作用效應(yīng)后的多余抗力。若假定R與S為正態(tài)分布的隨機變

15、量，則Z值也必然是一個正態(tài)分布的隨機變量。將結(jié)構(gòu)抗力與作用效應(yīng)兩條概率分布曲線合成后示于圖2.2-2,橫坐標表示多余抗力Z,縱坐標為多余抗力的概率密度f(Z)。當Z>0，意味著結(jié)構(gòu)抗力大于作用效應(yīng)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當Z=0,意味著結(jié)構(gòu)抗力等于作用效應(yīng)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；當ZV0，意味著結(jié)構(gòu)抗力小于作用效應(yīng)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)?？煽繝顟B(tài)和失效狀態(tài)的大小用概率表示，前者稱為可靠概率，后者稱為失效概率。在圖2.2-2中，縱坐標右邊概率分布曲線與橫坐標所包圍的面積即為可靠概率，縱坐標左邊概率分布曲線與橫坐標所包圍的陰影面積即為失效概率。其數(shù)值由概率分布曲線f(Z)積分求得，即可靠概率Ps二P(Z

16、0)=f(Z)dZ(2.2-4)oo失效概率pf二P(Z：0)=J-f(Z)dZ(2.2-5)可靠概率與失效概率之和為Ps+P1=100%(三) 可靠度與可靠指標1、結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)可靠性是結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性的總稱，用結(jié)構(gòu)可靠度來表示。結(jié)構(gòu)可靠度是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的概率。結(jié)構(gòu)的可靠度可用可靠概率Ps表示，亦可用失效概率Pf表示。但習(xí)慣上都采用失效概率Pf表示，因為失效概率具有明確的物理意義，能較好地反映問題的實質(zhì)，但是計算失效概率比較復(fù)雜，因此國內(nèi)外都采用可靠指標B代替失效概率Pf來度量結(jié)構(gòu)可靠度。2、可靠指標的概念前已指出失效概率等于圖2.2-2原點左邊

17、的陰影面積，其大小隨概率分布曲線位置而變。概率分布曲線的位置與平均值卩z有關(guān)，平均值卩z與原點的距離越大，則陰影面積越小，即失效概率越小(圖223(a);反之，平均值卩z與原點的距離越小，則陰影面積越大，即失效概率越大圖2.2-3(b)。因此，平均值卩z的大小在一定程度上可反映失效概率的大小。但是、只用平均值卩z一個指標不能反映曲線離散程度(或標準差二)的影響。對于平均值相同的兩個隨機變量，因為離散程度(或標準差；刁的不同，失效概率亦不相同，離散程度越大，即標準差G越大，則陰影面積越大(圖2.2-3(a)中的虛線)，即失效概率就越大。pff(a)(b)圖2.2-3可靠指標與失效概率關(guān)系圖因此，

18、用平均值卩z和標準差壬的比值B來反映失效概率Pf,B稱為可靠指標。-二一(2.2-6)-z式中：結(jié)構(gòu)可靠指標；卩z多余抗力的平均值；多余抗力的標準差。由圖2.2-3可以看出，B值越大，失效概率越?。籅值越小，失效概率越大。因此，可靠指標3值能直接說明可靠度的大小。3、失效概率與可靠指標的關(guān)系將公式(2.2-3)改寫為函數(shù)形式：Z=g(R、S)(2.2-7)g()稱為極限狀態(tài)函數(shù)。當R=S時Z=g(R、S)=RS=0(2.2-8)公式(2.2-8)稱為極限狀態(tài)方程。當R、S是正態(tài)分布的相互獨立的隨機變量時，則隨機變量差Z也是正態(tài)分布的隨機變量。按照隨機變量的代數(shù)運算規(guī)則，隨機變量差的平均值等于隨

19、機變量平均值之差。即込亠s(2.2-9)式中：卩R結(jié)構(gòu)抗力平均值；卩s作用效應(yīng)平均值。隨機變量差的標準差的平方，等于隨機變量標準差的平方之和。即222Z=RS式中：r2（2.2-10）匚Z_:Rh-'S：R結(jié)構(gòu)抗力標準差；:S作用效應(yīng)標準差。將公式（2.2-9）和（2.2-10）代入公式（2.2-6），則求得可靠指標表達式為-二主二上RS-(2.2-11)°z佃R+說若f（Z）為正態(tài)分布，其概率密度分布函數(shù)表達式為1f（Z）e將其代入公式（2.2-5），求得失效概率為1f（Z）e將其代入公式（2.2-5），求得失效概率為Pf=P(Z:0)二012三(Z_J)22&比P

20、f=PZ2將f（Z）轉(zhuǎn)化為標準正態(tài)分布函數(shù)，令X=二尋，dZ-；ZdX代入上式，轉(zhuǎn)化為_x2-=e"-dX=1()=1(:)(2.2-12)2；_z由上式可見，失效概率Pf為可靠指標3的函數(shù)。根據(jù)標準正態(tài)分布的函數(shù)表，按照上式即可求得可靠指標3與失效概率Pf的對應(yīng)關(guān)系（表2.2-1）。失率概率與可靠指標的對應(yīng)關(guān)系表2.2-131.01.52.02.53.03.54.04.5Pf3158.7X0"3366.81和322.75和36.21和31.35為030.232X0"3_40.317X04_40.034104由表2.2-1可以看出，隨著可靠指標的提咼，失效概率迅速

21、減少。用可靠指標3代替失效概率Pf來度量結(jié)構(gòu)的可靠度，概念清楚，計算簡單，已被國內(nèi)外普遍采用。4、設(shè)計可靠指標（即目標可靠指標）前已指出，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足公式（2.2-2）即SWR的要求。若將其轉(zhuǎn)換為以失效概率或可靠指標來度量，公式(2.2-2)可改寫為下列形式:P0:Pf(2.2-13)(2.2-14)式中：Pf允許失效概率；3設(shè)計可靠指標，又稱目標可靠指標。當結(jié)構(gòu)抗力和作用效應(yīng)概率分布模型和有關(guān)統(tǒng)計參數(shù)已知的情況下，可靠指標3直接由公式(2.2-11)確定，與其相應(yīng)的失效概率Pf可由公式(2.2-12)計算。:3為設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的作為設(shè)計結(jié)構(gòu)或構(gòu)件時所應(yīng)達到的可靠指標，稱為設(shè)計可靠指標，它是

22、根據(jù)設(shè)計所要求達到的結(jié)構(gòu)可靠度而選定的，所以又稱為目標可靠指標。目標可靠指標，理論上應(yīng)根據(jù)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性，破壞性質(zhì)(延性、脆性)及失效后果等因素，并結(jié)合國家技術(shù)政策以優(yōu)化方法分析確定。但是，限于目前統(tǒng)計資料還不夠完備，并考慮到規(guī)范的現(xiàn)實繼承性，一般采用“校準法”并結(jié)合工程經(jīng)驗加以確定。所謂“校準法”就是根據(jù)各種基本變量的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布類型，運用可靠度的計算方法，揭示以往規(guī)范隱含的可靠度，以此作為確定目標可靠指標的主要依據(jù)。這種方法在總體上承認了以往規(guī)范的設(shè)計經(jīng)驗和可靠度水平，同時也考慮了淵源于客觀實際的調(diào)查統(tǒng)計分析資料，是比較現(xiàn)實和穩(wěn)妥的。公路統(tǒng)一標準GB/T50283-1999根據(jù)

23、對公路鋼筋混凝土及混凝土橋梁設(shè)計規(guī)范(JTJ023-85)進行的“校準”，并參照工業(yè)與民用建筑工程和鐵路橋梁的有關(guān)規(guī)定，給出的公路橋梁結(jié)構(gòu)的目標可靠指標列于表2.2-2。公路橋梁結(jié)構(gòu)的目標可靠指標表2.2-2注：1.表中延性破壞系指結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明顯變形或其他預(yù)兆的破壞；脆性破壞系結(jié)構(gòu)構(gòu)件無明顯變形或其他預(yù)構(gòu)件破壞類廠結(jié)構(gòu)安全等級一級二級三級延性破壞4.74.23.7脆性破壞5.24.74.2兆的破壞;2.當有充分依據(jù)時，各種材料橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用的目標可靠指標值，可對本表的規(guī)定值作幅度不超過土0.25的調(diào)整。目標可靠指標選定后，與其相對應(yīng)的允許失效概率Pf可由公式(2.2-12)計算確定。然后

24、便可按公式(2.2-13)或(2.2-14)進行失效概率或可靠指標的驗算，或進一步建立包括作用(或荷載)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力基本變量的統(tǒng)計參數(shù)、目標可靠指標的極限狀態(tài)方程，進行結(jié)構(gòu)的承載能力計算。應(yīng)該指出，目前因為作用(或荷載)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力基本變量的統(tǒng)計資料還很不充分，概率模式和統(tǒng)計參數(shù)還很不完善，直接采用可靠指標3進行具體設(shè)計是有困難的。為了實際工作的需要，必須在可靠指標計算公式的基礎(chǔ)建立近似的實用概率極限狀態(tài)設(shè)計法。§2-3承載能力極限狀態(tài)設(shè)計原則、極限狀態(tài)設(shè)計表達式概率極限狀態(tài)設(shè)計表達式可根據(jù)可靠指標計算公式(2.2-11)演變求得:將CTZ=ffR+crS代入上式，并引入變異系數(shù)

25、當作用效應(yīng)僅為永久作用效應(yīng)2,2匚SR.r二平S二平，則得:"R一S叮1邛2=叮1+p“(2.3-1)-ZSg和一種可變作用效應(yīng)Sq組合時:S=足Sq=cgGkcqQk"s=Cg"g'Cqq(2.3-2)222"-，S=(CG"JG)'(CQ"JQ)(2.3-3)式中：Cg、Cq永久作用、可變作用效應(yīng)系數(shù)；Gk、Qk永久作用、可變作用的標準值；S、G、Q總的作用效應(yīng)、永久作用效應(yīng)、可變作用效應(yīng)的平均值；S、二G、二Q總的作用效應(yīng)、永久作用效應(yīng)、可變作用效應(yīng)的標準差。設(shè)結(jié)構(gòu)抗力標準值為Rk7(1-RR)(2.3-4)永久

26、作用標準值為Gk二(Ug)(2.3-5)可變作用標準值為Qk二Q(1：Q、g)(2.3-6)式中：SR、SG、3Q結(jié)構(gòu)抗力、永久作用、可變作用的變異系數(shù);JRJRJG二Gg、G、：Q結(jié)構(gòu)抗力、永久作用、可變作用的特征值。將公式(2.3-2)(2.3-3)和(2.3-4)代入公式(2.3-1)，然后再將公式(2.3-5)和(2.3-6)代入，整理后則得，在永久作用和一種可變作用作用下的設(shè)計表達式gcgGk*qcqQk二K3-7)“R式中：G永久作用分項系數(shù),Q可變作用分項系數(shù)Q可變作用分項系數(shù)1|;CG'：G；Gbz(2.3-8)1h'->'gCqq；-q1叱g-g

27、(2.3-9)R與材料有關(guān)的分項系數(shù)R與材料有關(guān)的分項系數(shù)RR(2.3-10)公式(2.3-7)左邊為作用效應(yīng)設(shè)計值公式(2.3-7)左邊為作用效應(yīng)設(shè)計值Sd二gCgGSd二gCgGqCqQk-gSgkqSqk(2.3-11)-gSgkqSqk(2.3-11)式中：Sgk永久作用效應(yīng)標準值，Sgk=CgGk；Sqk可變作用效應(yīng)標準值，Sqk=CqQk°公式(2.3-7)右邊，為結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計值，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為匹二R電屜：d二Rfcdfsd-J=R(2.3-12)R_cs式中：fck、fsk混凝土、鋼筋強度標準值;fcd、fsd混凝土、鋼筋強度設(shè)計值;c、s混凝土、鋼筋材料分項系數(shù);

28、R()結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力函數(shù);s設(shè)計幾何參數(shù)。這樣，公式（2.3-8）即可改寫為下列簡單形式，同時考慮設(shè)計要求，以不等式表達Sd<R（2.3-13）對于不同安全等級的結(jié)構(gòu)，具有不同的可靠度要求，為此，引入結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0,則上式可改寫為oSd<RoSd<Rfcd(2.3-14)fsd：dI從形式上看，上面給出的概率極限狀態(tài)表達式從形式上看，上面給出的概率極限狀態(tài)表達式（2.3-14）與過去采用的多系數(shù)極限狀態(tài)表達式基本一致，但實質(zhì)上是有很大差別的。公式（2.3-14）中各項分項系數(shù)G、q、c、s的確定與作用（或荷載）、材料強度等基本變量的統(tǒng)計參數(shù)與可靠指標有關(guān)，是通過選定的目標可靠

29、指標3換算出來的。換句話說，公式（2.3-14）中各項分項系數(shù)中隱含了目標可靠指標3】，滿足了結(jié)構(gòu)可靠度的要求。這一點在概念上不能與過去定值設(shè)計法中的安全系數(shù)混淆。二、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0由表2.2-2給出的目標可靠指標可以看出，結(jié)構(gòu)安全等級不同，結(jié)構(gòu)的目標可靠指標不同，因為不同安全等級結(jié)構(gòu)的目標可靠指標不便于在作用效應(yīng)或結(jié)構(gòu)抗力中體現(xiàn)出來，因此采用結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0，將作用效應(yīng)擴大或縮小某個倍數(shù)，使結(jié)構(gòu)具有相當?shù)目煽恐笜?。根?jù)可靠度分析，公路統(tǒng)一標準GB/T50283-1999規(guī)定，公路橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0按表2.3-1采用。公路橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0表2.3-1安全等級橋梁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)重要

30、性系數(shù)v0一級特大橋，重要大橋1.1二級大橋、中橋、重要小橋1.0三級小橋、涵洞0.9三、作用（或荷載）的標準值、分項系數(shù)和作用（或荷載）組合1、作用（或荷載）的標準值因為作用（或荷載）具有隨機性。因此，在設(shè)計時必須給予一個具體的量值。從理論上講,可以由設(shè)計基準期作用（或荷載）概率分布函數(shù)某一分位值作為作用（或荷載）的標準值，國際標準化組織（ISO）建議：作用（或荷載）標準值應(yīng)具有95%的保證率，相當于上分位值取鳥q=1.645，即按下式計算Qk="q'1.645"q,毛（2.3-4）Qk-q（11.645、q）式中：Qk作用（或荷載）標準值；卩q作用（或荷載）平均

31、值；CQ>SQ作用（或荷載）標準差、變異系數(shù)。對于各種不同性質(zhì)作用（或荷載）的標準值，應(yīng)根據(jù)設(shè)計基準期內(nèi)作用（或荷載）的統(tǒng)計資料，用概率統(tǒng)計方法求得其平均值、標準差或變異系數(shù)，再按公式（2.3-4）確定標準值。但是因為以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法在我國初次應(yīng)用，目前還只能對一小部分作用（或荷載）在設(shè)計基準期內(nèi)概率分布作出估計，大部分作用（或荷載）只能以原有規(guī)范規(guī)定為基礎(chǔ)確設(shè)計公路橋涵結(jié)構(gòu)時有關(guān)作用（或荷載）及其組合按公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTGD60（以下簡稱<通用規(guī)范JTGD60）采用。構(gòu)件自重及恒載的標準值按構(gòu)件設(shè)計尺寸乘以材料標準容重計算。作用分項系數(shù)g、q，嚴格講應(yīng)根據(jù)作

32、用（或荷載）基本變量的統(tǒng)計參數(shù)和目標可靠指標按公式（2.3-8）、（2.3-9）確定。公路統(tǒng)一標準GB/T50283-1999根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計資料計算，并參照其他有關(guān)規(guī)范，取永久作用分項系數(shù)g=1.2;可變作用分項系數(shù)Q=1.4。3、作用（或荷載）效應(yīng)組合結(jié)構(gòu)上幾種作用（或荷載）分別產(chǎn)生的效應(yīng)的隨機疊加稱為作用（或荷載）效應(yīng)組合。在作用（或荷載）效應(yīng)組合中，因為幾個獨立可變作用（或荷載）效應(yīng)最不利同時出現(xiàn)的概率較小，引入作用（或荷載）效應(yīng)組合系數(shù)，對作用（或荷載）效應(yīng)予以折減。通用規(guī)范JTGD60規(guī)定，承載能力極限狀態(tài)計算采用的作用（或荷載）效應(yīng)基本組合為nSd（GSgkQ1Sq1k八QjQk）3

33、-5）i=2對公路橋梁結(jié)構(gòu)最基本作用（或荷載）效應(yīng)組合是永久作用效應(yīng)+汽車荷載效應(yīng)+人群荷載效應(yīng)。當永久作用效應(yīng)與可變作用效應(yīng)同號時，取永久作用分項系數(shù)g=1.2，汽車荷載分項系數(shù)q=1.4，人群荷載分項系數(shù)q2=1.4,組合系數(shù)“=0.76。將其代入公式（235），則得：Sd-1.2Sgk1.4Sqik'1.1Sq2k(2.3-6)當永久作用效應(yīng)與可變效應(yīng)異號時，永久作用分項系數(shù)應(yīng)取0.9，代入公式(2.3-5)，得S=0.9Sgk1.4-Sqik'1-1SQ2K(2.3-7)式中：Sd作用(或荷載)效應(yīng)組合設(shè)計值；Sgk永久作用(恒載)效應(yīng)標準值；SQ1K汽車荷載(包括沖擊

34、系數(shù)影響)效應(yīng)標準值；SQ2k人群荷載效應(yīng)標準值。四、材料強度的標準值，分項系數(shù)和設(shè)計值1、材料強度標準值因為鋼筋和混凝土的強度都是隨機變量，而且一般呈正態(tài)分布，因此材料強度標準值應(yīng)按概率統(tǒng)計確定。(1) 混凝土強度標準值橋規(guī)JTGD62規(guī)定，混凝土強度標準值取其概率分布的0.05分位值確定，其保證率為95%。相應(yīng)的計算公式見(1.1-1)。(2) 鋼筋強度標準值為了保證鋼材的質(zhì)量，我國冶金工業(yè)部門規(guī)定了一個檢驗用的廢品限值。根據(jù)全國主要鋼廠生產(chǎn)的鋼材試樣的統(tǒng)計，廢品限值約相當于鋼材屈服強度的平均值減去二倍均方差，其保證率為97.73%。為了與冶金部頒布的鋼材檢驗標準一致，橋規(guī)JTGD62規(guī)定

35、，受拉熱軋鋼筋強度標準值取等于屈服強度的廢品限值。無明顯屈服臺階的鋼絞線、碳素鋼絲強度標準值取等于極限強度的限值。2、材料分項系數(shù)(1) 混凝土材料分項系數(shù)c混凝土材料分項系數(shù)可通過對軸心受壓構(gòu)件作可靠度分析確定。橋規(guī)JTGD62給出的混凝土材料分項系數(shù)c=1.45，是采用“校準法”，按新老規(guī)范軸心受壓構(gòu)件承載能力相等的原則換算而得的。(2) 鋼筋材料分項系數(shù)s鋼筋材料分項系數(shù)可通過軸心受拉構(gòu)件作可靠度分析確定。因為試驗統(tǒng)計資料不足，各類鋼筋的材料分項系數(shù)還不可能全部由可靠度分析確定。橋規(guī)JTGD62給出的鋼筋材料分項系數(shù)，是采用“校準法”，按新老規(guī)范軸心受拉構(gòu)件承載力相等的原則換算后，并結(jié)合

36、工程實踐確定。對各類熱軋鋼筋，取s=1.2；對無明顯屈服臺階的鋼絞線，碳素鋼絲取s=1.5。3、材料強度的設(shè)計值材料強度的設(shè)計值由材料強度標準值除以材料分項系數(shù)而得：混凝土的抗壓強度設(shè)計值ck(2.3-8)c鋼筋的抗拉強度設(shè)計值fsd=電(2.3-9)rS式中：fed、fsd混凝土、鋼筋強度設(shè)計值；fck、fs混凝土、鋼筋強度標準值；c、S混凝土、鋼筋材料分項系數(shù)?；炷?、鋼筋強度的標準值和設(shè)計值見附表1和2。通過上述分析，最后給出鋼筋混凝土構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)計算的基本表達式為：oSd<R-n1oGKQ1K、QiSQikfed'fs：'d1(2.3-10)_i=2對于常

37、用的汽車荷載加人群荷載組合情況，可簡化為°1.2Sg!k1.4Sq!k1.1SQ2KbR'-fcdfsd：d1(2311)§2-4正常使用極限狀態(tài)設(shè)計原則鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)一般包括裂縫和變形兩種極限狀態(tài)情況。從理論上講，正常使用極限狀態(tài)亦應(yīng)按概率極限狀態(tài)法設(shè)計。但是，目前這方面研究還很不夠，還不可能完全做到按目標可靠指標的要求，進行正常使用極限狀態(tài)計算，只是在作用(或荷載)效應(yīng)組合上考慮了這方面的影響。裂縫和變形的計算基本上沿用了過去的方法，裂縫寬度和變形限值也是參照過去的工程經(jīng)驗確定的。一、正常使用極限狀態(tài)計算時的作用(或荷載)效應(yīng)組合公路橋涵結(jié)構(gòu)按正

38、常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同設(shè)計要求，選用以下一種或兩種效應(yīng)組合：(1) 短期效應(yīng)組合短期效應(yīng)組合系指永久作用標準值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合。可變作用頻遇值可根據(jù)作用在足夠長的觀測期內(nèi)達到或超過該值的總持續(xù)時間與觀測期的較小比值確定，該比值可取0.05；或按超過該值的平均跨越率確定。(2) 長期效應(yīng)組合長期效應(yīng)組合系指永久作用標準值效應(yīng)與可變作用準永久作用標準值效應(yīng)相結(jié)合?？勺冏饔脺视谰弥悼筛鶕?jù)作用在足夠長的觀測期內(nèi)達到或超過該值的總持續(xù)時間與觀測期的某一比值確定，該比值可取不大于0.5;或按超過該值的平均跨越率確定。作用（或荷載）的短期效應(yīng)和長期效應(yīng)組合情況，按通用規(guī)范JTGD

39、60采用：短期效應(yīng)組合Ss=Sgk0.7Sqik'Sq2k（2.4-1）長期效應(yīng)組合Sl=Sgk'0.4（SqikSQ2K）（2.4-2）式中：Ss作用（或荷載）短期效應(yīng)組合設(shè)計值；Sl作用（或荷載）長期效應(yīng)組合設(shè)計值；Sgk永久作用（或荷載）標準值效應(yīng)；Sqik車輛荷載（不計沖擊力）標準值效應(yīng)；SQ2K人群荷載標準值效應(yīng)。二、裂縫控制為了保證結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂性和裂縫寬度應(yīng)有所限制。公路橋梁鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制分為兩種情況：（1）不允許出現(xiàn)裂縫的全預(yù)應(yīng)力混凝土和部分應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件。其抗裂度采用在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合作用下的截面混

40、凝土拉應(yīng)力控制。（2）鋼筋混凝土及允許開裂的部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件，其裂縫寬度應(yīng)小于規(guī)范規(guī)定的某一限值（一般為0.10.2mm）。裂縫寬度按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合計算，并考慮作用（或荷載）長期效應(yīng)組合的影響。三、變形控制為了滿足結(jié)構(gòu)的適用性，對結(jié)構(gòu)的變形應(yīng)有所限制。鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的變形，可按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算，但在剛度取值時應(yīng)考慮裂縫開展的影響。變形按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合計算，并考慮作用（或荷載）長期效應(yīng)組合的影響。橋涵結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常使用情況下的允許撓度值，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用要求和工程經(jīng)驗確定。§2-5混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計一、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性混凝土結(jié)構(gòu)的

41、耐久性是指結(jié)構(gòu)對氣候作用、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)對氣候作用、化學(xué)侵蝕、物理作用或任何其他破壞過程的抵抗能力。因為混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道，汽泡，孔穴等），環(huán)境中的水及侵蝕性介質(zhì)就可能滲入混凝土內(nèi)部，產(chǎn)生碳化，凍融，銹蝕作用而影響結(jié)構(gòu)的受力性能。并且結(jié)構(gòu)在使用年限內(nèi)還會受到各種機械物理損傷（腐損，撞擊等）及沖刷、溶蝕、生物侵蝕的作用。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題表現(xiàn)為：混凝土損傷（裂縫、破碎、酥裂、磨損、溶蝕等）；鋼筋的銹蝕，脆化、疲勞、應(yīng)力腐蝕；以及鋼筋與混凝土之間粘結(jié)錨固作用的削弱等三個方面。從短期效果而言，這些問題影響結(jié)構(gòu)的外觀和使用功能；從長遠看，則為降低結(jié)構(gòu)安全度，成為發(fā)生事故的隱患

42、，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。二、影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素1影響混凝土耐久性的因素（1）混凝土的碳化混凝土中水泥石含有氫氧化鈣Ca（OH）2而呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜而保護鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕，起到了“鈍化”保護作用。但大氣中存在的酸性介質(zhì)及水通過各種孔道、裂隙而滲入混凝土，可以中和這種堿性。例如，工業(yè)污染造成的酸雨，或者大氣中的二氧化碳（CO2）與水（H2O）形成碳酸（H2CO3）,盡管其酸性很弱，也能中和氫氧化鈣，而生成碳酸鈣（CaCO3）,這一過程稱為“碳化”?；炷撂蓟乃俣仁志徛?，并且與混凝土的質(zhì)量、環(huán)境條件等因素有關(guān)。碳化的速度與許多因素有關(guān)，但最主要的是時間（t）。研究分析表

43、明，混凝土碳化深度dc（mm）與暴露在大氣中的結(jié)構(gòu)表面碳化時間t（年）有關(guān)，兩者之間存在下列關(guān)系：dct（2.5-1）式中的碳化系數(shù)a與混凝土強度等級，水灰比、施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)所處環(huán)境、表面狀態(tài)，氣候環(huán)境等因素有關(guān)。以北京地區(qū)為例，根據(jù)統(tǒng)計資料分析，室外環(huán)境下混凝土的碳化深度可按下列經(jīng)驗公式確定：dc=（108.7f1.7）、t（mm）（2.5-2）式中：fcu.k混凝土的強度等級（Mpa）;t時間（年）。（2）化學(xué)侵蝕水可以滲入混凝土內(nèi)部，當其中溶入有害化學(xué)物質(zhì)時，即對混凝土的耐久性造成影響。酸性物質(zhì)對水泥水化物的侵蝕作用最大，酸性侵蝕的混凝土呈黃色，水泥剝落，骨料外露。工業(yè)污染、酸雨、酸性土

44、壤及地下水均可能構(gòu)成對混凝土的酸性腐蝕。此外，濃堿溶液滲入后結(jié)晶使混凝土脹裂和剝落；硫酸鹽溶液滲入后與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹也會造成混凝土破壞。（3）堿骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)是指混凝土中的水泥在水化過程中釋放出的堿金屬，與含堿性骨料中的堿活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿活性物質(zhì)。這種物質(zhì)吸水后產(chǎn)生體積膨脹，造成混凝土開裂。堿骨料反應(yīng)引起的混凝土開裂一般在混凝土表面形成網(wǎng)狀裂縫，并在裂縫處滲出白色凝膠物質(zhì)。堿料骨反應(yīng)引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度，比其他耐久性破壞發(fā)展更快，后果更為嚴重。堿骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，很難加以控制，一般不到兩年就會使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開裂，所以有時也稱堿骨料反應(yīng)是混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。（4

45、）凍融破壞滲入混凝土中的水在低溫下結(jié)冰膨脹，從內(nèi)部破壞混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。經(jīng)多次凍融循環(huán)后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強度降低。（5）溫度變化的影響混凝土?xí)崦浝淇s，同樣也會在干燥失水時收縮，而在浸水后膨脹。這種作用的交替進行，特別是在驟然發(fā)生時，會因混凝土表層與內(nèi)部體積變化不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生裂縫。這些因脹縮不均引起的損傷日積月累，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部組織破壞，最終會削弱結(jié)構(gòu)抗力。2鋼筋腐蝕的機理及其對結(jié)構(gòu)耐久性的影響鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的重要因素?；炷林袖摻罡g的首要條件是混凝土的碳化和脫鈍，只有將覆蓋鋼筋表面的堿性鈍化膜破壞，加之有水分和氧的侵入，才有可能引起鋼筋的腐蝕。鋼筋

46、腐蝕伴有體積膨脹，使混凝土出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力破壞，鋼筋截面面積減少，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨著時間的推移，腐蝕會逐漸惡化，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破壞。鋼筋腐蝕一般可分為電化學(xué)腐蝕，化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕等三種形式。（1）電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕是鋼筋腐蝕的主要形式。電化學(xué)腐蝕必須具備兩個條件： 鋼筋表面形成電位差，即在鋼筋表面不同電位區(qū)段形成陽極與陰極； 陽極部位的鋼筋表面處于活化狀態(tài)可以自由地釋放電子，在陰極部分鋼筋表面存在足夠的水和氧。因為鋼筋材質(zhì)和表面的非均勻性，鋼筋表面總有可能形成電位差，因此，在潮濕的環(huán)境下鋼筋就有可能發(fā)生電

47、化學(xué)反應(yīng)。陰極、陽極反應(yīng)生成鐵離子和水中的氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鐵Fe（OH）2，氫氧化鐵與水中的氧進一步氧化形成鐵銹（Fe（OH）3、3H2O）。影響電化學(xué)腐蝕的因素主要有濕度、溫度、氧氣濃度等。濕度越大，溫度越高，氧氣濃度越大，腐蝕越嚴重。（2）化學(xué)腐蝕鋼筋的化學(xué)腐蝕包括酸腐蝕，堿腐蝕和鹽腐蝕等，其中酸腐蝕是化學(xué)腐蝕的主要形式，鋼筋與酸性溶液反應(yīng)生成金屬堿或不溶性氧化物，使鋼筋腐蝕。（3）應(yīng)力腐蝕鋼筋由電化學(xué)腐蝕等原因使表面形成大小不一、分散分布的腐蝕坑。腐蝕坑相當于一個缺口，在鋼筋受拉過程中，將引起應(yīng)力不均勻分布，造成鋼筋早期斷裂，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕對高強預(yù)應(yīng)力鋼筋的危害很

48、大。從上面分析的影響混凝土耐久性的因素可以看出，幾乎所有侵蝕混凝土和鋼筋的作用都需要有水作介質(zhì)。另一方面，幾乎所有的侵蝕作用對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，都與侵蝕作用引起混凝土膨脹，并最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂有關(guān)，而且當混凝土結(jié)構(gòu)開裂后，侵蝕速度將大大加快，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性將進一步惡化。三、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計原則混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性取決于混凝土材料的自身特性和結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境，與結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及養(yǎng)護管理密切相關(guān)。綜合國內(nèi)外研究成果和工程經(jīng)驗，一般是從以下三個方面解決混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性：（1）采用高耐久性混凝土，提高混凝土自身抗破損能力；（2）加強橋面排水和防水層設(shè)計，改善橋梁的環(huán)境作用條件；（

49、3）改進橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用具有防腐保護的鋼筋（例如：體外預(yù)應(yīng)力筋，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，環(huán)氧涂層鋼筋等）；加強構(gòu)造配筋，控制裂縫發(fā)展；加大混凝土保護層厚度等。橋規(guī)JTGD62增加了耐久性的設(shè)計內(nèi)容，提出了按結(jié)構(gòu)使用環(huán)境進行耐久性設(shè)計的一般概念，明確規(guī)定了不同使用環(huán)境下，結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求，對影響混凝土耐久性的最大水灰比，最小水泥用量、最低強度等級，最大氯離子含量和堿含量等做出了限值規(guī)定。應(yīng)該指出對影響混凝土自身耐久性的主要指標加以控制，提高混凝土自身的耐久性是解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的前提和基礎(chǔ)。滿足這些限值規(guī)定是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的基本內(nèi)容。規(guī)范中對影響混凝土耐久性的其他問題（例如：混凝土保護層厚度，構(gòu)造鋼筋