1.2 钢筋(reinforcing steel bar) 1.2.1 钢筋的强度与变形
钢筋的力学性能有强度、变形(包括弹性和塑性变形)等。单向拉伸试验是确定钢筋性能的主要手段。经过钢筋的拉伸试验可以看到，钢筋的拉伸应力应变关系曲线可分为两类：有明显流幅的(图1—13)和没有明显流幅的(图1—14)。 1.2.2 钢筋的品种和成分、级别 成分
钢材按化学成分分类
混凝土结构中使用的钢材按化学成分，可分为碳素钢及普通低合金钢两大类。 (1) 碳素钢
除含有铁元素外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷等元素。根据含碳量的多少，碳素钢又可分为低碳钢（含碳量＜0.25％＝、中碳钢（含碳量0. 25％～0.6％）和高碳钢（含碳量0.6％～1.4％），含碳量越高强度越高，但是塑性和可焊性会降低。 (2) 普通低合金钢
除碳素钢中已有的成分外，再加入少量的硅、锰、钛、钒、铬等合金元素，可有效地提高钢材的强度和改善钢材的其他性能。目前我国普通低合金钢按加入元素种类有以下几种体系：锰系（20MnSi,25MnSi）、硅钒系(40Si2MnV、45SiMnV )、硅钛系(45Si2MnTi)、硅锰系(40Si2Mn,48Si2Mn)、硅铬系(45Si2Cr)。 1.3 钢筋和混凝土之间的粘结
一般来说，钢筋与混凝土的粘结锚固作用所包含的内容有：1.混凝土凝结时，水泥胶的化学作用，使钢筋和混凝土在接触面上产生的胶结力；2.由于混凝土凝结时收缩，握裹住钢筋，在发生相互滑动时产生的摩阻力，3.钢筋表面租糙不平或变形钢筋凸起的肋纹与混凝土的咬合力；以及4.当采用锚固措施后所造成的机械锚固力等。 ◆ 通过对粘结力基准试件的试验和模拟构件试验，可以测定出粘结力的分布情况、用以计算粘结强度，并作为设计钢筋锚固长度的基础。 粘结机理分析 ◆光圆钢筋的粘结
● 光圆钢筋与混凝土之间的胶结力 。
● 钢筋与混凝土的接触表面的摩擦力。 ● 钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。 ◆带肋钢筋的粘结
带肋钢筋，由于表面轧有肋纹，能与混凝土犬牙相错紧密结合，其粘结力和摩阻力的作用自是有所增加，但主要还是机械咬合(见图1—17、18)发挥的作用最大，往往占粘结力一半以上的份额。根据试验，变带肋钢筋的粘结强度能高出光圆钢筋2～3倍，我国螺纹钢筋的粘结强度为25～60N／mm2。 ◆ 影响粘结强度的因素
● (1)混凝土的强度等级；（粘结强度随混凝土强度等级的提高而提高） ●(2) 钢筋所处的位置；（水平钢筋较竖向钢筋粘结强度低） ●(3)同排钢筋的净距 ；
● (4)钢筋的混凝土保护层不能过薄；（保护层过薄易产生劈裂裂缝） ● (5) 钢筋的形式； 由于使用带肋钢筋比使用光圆钢筋对粘结力要有利得多，
2 结构按极限状态法设计计算的原则 2.1 概率极限状态法的基本概念 钢筋混凝土结构设计理论的发展
◆ 最早的钢筋混凝土结构设计理论，是采用以弹性理论为基础的容许应力法。要求：在规定的标准荷载下，按弹性理论计算得到的构件截面任一点的应力应不大于规定的允许应力。
◆ 20世纪30年代到50年代前苏联学者提出了考虑混凝土塑形性能的破坏阶段计算方法：
半经验、半概率的“三系数”极限状态设计法
它规定了结构的极限状态是指用，把单一安全系数改为三个分项系数。即材料系数荷载系数、材料系数、工作条件系数——半经验、半概率“三系数”极限状态设计法。 ◆20世纪70年代以来，国际上以概率论和数理统计为基础的结构可靠度理论 ——以可靠性为基础的概率极限状态设计
国际上将结构概率设计法按精确程度的不同分为三个水准 水准I－－半概率设计法 水准II－－近似概率设计法 水准III－－全概率设计法 2.1.1 结构可靠性与可靠度
结构设计的目的是指所设计的结构，在规定的时间内，能够在具有足够的可靠性的前提下完成预定功能的能力。
结构可靠性：安全性、适用性和耐久性
安全性：结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性。 适用性：结构在正常使用时有良好的工作性能。
耐久性：结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定功能要求。 2.1.2 结构可靠度及极限状态法的基本概念 1.结构可靠度
◆ 结构可靠度结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率称为结构可靠度 ◆ 预定功能
结构安全稳定、适用、耐久——结构可靠 ◆ 设计基准期
工程结构的设计基准期T应采用：建筑结构100年和50年，公路工程：桥梁结构100年；水泥混凝土路面结构不大于30年，沥青混凝土路面结构不大于15年
◆ 结构的极限状态是指整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。
极限状态实质上即是结构可靠(有效)或不可靠(失效)的界限。《统一标准》将极限状态划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。 2.结构极限状态
◆ 国际上一般将结构的极限状态分为三类：承载能力极限状态、正常使用极限状态、“破坏－安全”极限状态。
承载能力极限状态 ——结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。 正常使用极限状态 ——结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 “破坏－安全”极限状态——条件极限状态。允许结构物发生局部损坏，而对已发生破坏的其余部分，应该具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计荷载。 3） 工程结构可靠度的功能函数
◆ 三种状态：结构极限状态方程可写为： Z=R—S=0 当Z＞0时， 结构处于可靠状态， 当Z＝0时， 结构处于极限状态， 当Z＜0时， 结构处于失效状态。 2.2.1 三种设计状况
◆ 持久状况——是必须进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计。 ◆ 短暂状况——一般只进行承载能力极限状态计算
◆ 偶然状况——一般只进行承载能力极限状态计算 2.3 材料强度的取值
1） 材料强度的标准值——材料强度的一种特征值，设计结构或构件时采用的材料强度的基本代表值。
2）材料强度的设计值——材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值。 2.3.2 混凝土强度标准值和强度设计值
《公路桥规》规定受力构件的混凝土强度等级应按下列规定采用：
①钢筋混凝土构件不应低于C20，用HRB400、KL400级钢筋时，不应低于C25； ②预应力混凝土构件不应低于C40。
◆ 《公路桥规》规定混凝土轴心抗压强度标准值和抗拉强度标准值材料性能分项系数为1.45
◆ 《公路桥规》规定热轧钢筋和精扎螺纹钢筋材料性能分项系数为1.20，对钢绞线、钢丝等材料分项系数取1.47
2.4 作用、作用代表值和作用效应组合 2.4.1 公路桥涵结构上的作用分类
◆1） 永久作用——量值不随时间变化或其变化值与平均值比较可忽略不计。 ◆ 2）可变作用——量值随时间变化，其变化值与平均值比较不可忽略不计。
◆ 3）偶然作用——出现概率小、作用时间短、值很大。 2.4.2 作用的代表值
◆1） 作用的标准值——各种作用的基本值。
要求：在规定的标准荷载下，按弹性理论计算得到的构件截面任一点的应力应不大于规定的允许应力。
◆ 2）可变作用频遇值——正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时采用作为可变作用的代表值。 ——频繁出现量值较大
◆ 3）可变作用准永久值——正常使用极限状态按长期效应（准永久）组合设计时采用作为可变作用的代表值。 。 ——经常出现量值较小 2.4.3 作用效应的组合
◆1） 承载能力极限状态计算时作用效应组合
要求：《公路桥规》规定按承载能力极限状态设计时，应根据各自的情况选用基本组合和偶然组合中的一种或两种效应组合。
基本效应组合——是承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应的组合。
◆ 2）正常使用极限状态计算时作用效应组合