（辽宁工程技术大学 辽宁 阜新 123000）
【摘 要】目前，在土木工程领域中关于钢筋强度对RC梁功能的影响研究已成为热点，在诸多方面已取得一定的研究成果，但在钢筋强度对RC梁功能的影响研究方面尚需进一步研究，以完善现有理论。旨在更为深入地揭示钢筋强度对RC梁功能的影响作用，结合大学土木专业基础课程，从承载力、正常使用和耐久性三个方面来进一步研究钢筋强度对RC梁功能的影响，并得到了可观的研究结果。研究表明：在很大程度上，钢筋强度对RC梁功能的影响作用极为明显，在一些不利情况下，需采取相应措施进行改正，达到最佳设计效果。研究成果可为实际工程中有关钢筋强度对RC梁功能影响设计提供一定参考价值。
【关键词】结构设计原理；钢筋强度；承载力；正常使用；耐久性
【中图分类号】TU375 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）12-0190-03
1.引言
钢筋混凝土结构设计[1-5]是一个复杂的过程，结构设计学习者必须掌握结构设计的特点，注重结构概念设计，采取合理的计算模型对关键部位和重要问题采取针对性措施，减少设计过程中的遗漏或错误。不断地进行优化设计，最终实现安全、适用、经济和耐久的目的。钢筋混凝土既是材料又是结构，广泛应用于道桥及其他建筑物中[6-8]。如何准确评估钢筋混凝土结构的强度对梁功能的影响一直是混凝土结构设计中的热点问题。在钢筋混凝土结构中，混凝土一般承受压缩荷载，钢筋承受拉伸荷载。从经济的角度出发，钢筋混凝土结构破坏的最佳模式是钢筋达到拉伸屈服极限的同时混凝土达到压缩极限。
2.钢筋强度对RC梁承载力的影响
2.1 公式推导
对受压区混凝土合力作用点取力矩之和为零的平衡条件，可得到（1）式：
分子没有改变，而分母增大，故x值减小，代回（1）式将引起承载力的增大。
2.2 理论验证
2.2.1 超筋梁承载力与钢筋强度的关系
首先了解一下超筋梁的破坏特征：破坏始于受压区混凝土被压碎，而受拉区钢筋没有屈服，所以在超筋范围内，钢筋是达不到屈服强度的，也就是说超筋梁的正截面承载力取决于受压区混凝土的强度，而和钢筋的强度基本上关系不大。
2.2.2 适筋梁承载力与钢筋强度的关系
混凝土受弯构件正截面受弯承载力计算是以适筋梁破坏阶段的 Ⅲ a 受力状态为依据。基本假定进行计算：①平截面假定；②混凝土的抗拉强度忽略不计；③混凝土受压的应力应变曲线已知；④钢筋的应力应变关系已知。对于有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线通常假定为双折线，如图 1a 所示；对于没有明显屈服点的钢筋，如冷加工钢材应给出钢筋应力-应变的曲线方程，如图 1b 所示。由基本假定推导正截面承载力计算公式，以单筋矩形正截面为例 ， 根据上述基本假定推导。
图2 矩形截面受弯应力和应变分布示意图
（2）材料强度的影响
混凝土强度的影响：
假定：①钢筋采用HRB335级，则fy=300N/mm2，Es=2.0×105N/mm2；②按《混凝土结构设计规范》取=1.0，=0.8；③取构件尺寸为b×h=250mm×500mm，取保护层厚度=35mm；④配筋率ρ=2%。考虑混凝土强度等级从C25～C80时单筋矩形截面承载力的变化，如图2所示。计算中，不同混凝土强度等级时，和值如表1所示。
图4 混凝土强度对M的影响
从图4可看出，钢筋强度等级从 HPB235提高到HRB335时，承载力提高最大约32%;相比提高一级混凝土强度等级时，承载力提高最大约 5.6%。可见提高钢筋强度等级相比较提高混凝土强度等级更具意义，可以提高RC梁的承载力。因此从正截面受弯承载力出发，应尽可能采用强度较高的钢筋，而不需要采用高强度的混凝土，有助于提高RC梁的承载力大小。
2.2.3 少筋梁承载力与钢筋强度的关系
混凝土开裂的时候，开裂部分混凝土不能受力了。要保持体系受力平衡，原来混凝土的拉应力全部要由钢筋来承担，这时候钢筋应力突然增大，增大的梁就是混凝土承担的拉力除以钢筋的面积。如果钢筋配筋率低，那么钢筋的应力增大特别大，如果增加后的应力超过钢筋屈服强度，梁就坏了，这时候就称为少筋梁。因此，在少筋梁中，钢筋没法发挥作用，故不予讨论。
3.钢筋强度对RC梁正常使用下的影响
3.1 应力计算
钢筋混凝土梁在使用阶段的工作状态可认为与施工阶段的工作状态相同，都处于带裂缝工作阶段，因此可按施工阶段的应力计算方法进行计算。?
在裂缝截面处，受拉区混凝土已大部分退出工作，但在靠近中和轴附近，仍有一部分混凝土承担着拉应力。由于其拉应力较小，内力偶臂也不大，因此，不考虑受拉区混凝土参加工作，拉应力全部由钢筋承担。
?
由公式不难得出当钢筋强度增大，裂缝宽度会受应力增大而增大，所以当钢筋强度增大，若出现裂缝则其宽度会增加。
3.3 最大挠度验算
挠度一般指受弯构件在竖直方向的位移，因为变形包括位移和转角，所以挠度只是变形的一个方面。任何受弯构件任意位置的竖向位移都可以是挠度。一个构件一般有个挠度的最大值，工程上像梁这样的受弯构件都是以跨中挠度小于挠度限值为要求，因为跨中挠度一般最大。
在满足强度的要求下，梁的尺寸越小，钢筋的尺寸不会越大。首先，梁不仅要满足强度要求，还要满足刚度要求（可理解为抗塌腰能力），所以梁的断面，尤其是梁高度，一般需满足与梁长度之比做在1/10~1/15左右，再小了就需做挠度（可理解为塌腰量）计算。钢筋多配也不能无限度，规范对此有要求，一般是用含筋率（截面上钢筋面积与梁总截面面积之比）来控制。这个要求的主要原因是防止梁的脆性破坏，即在超载情况时，无任何裂缝、变形等易于发现的征兆突然塌落，存在安全隐患且会造成巨大损失，不论钢筋强度如何改变，只要满足最大挠度验算即可。
4.钢筋强度对RC梁耐久性的影响
在以往的乃至现在的桥梁结构中普遍存在着重强度设计而轻耐久性设计的现象。如在沿海城市和地区修建的桥梁未能充分考虑水土中盐类侵蚀和大气中的烟雾作用，北方修建的桥梁没有考虑可能遭受的除冰盐外的侵蚀。京津地区的城市立交桥由于冬天撒冰盐及冰冻作用，使用十几年后就出现问题需限载、大修或拆除。
不合格的施工也是影响钢筋混凝土桥梁耐久性的一个重要原因。例如：混凝土质量不合格、钢筋保护层厚度不足，或者材料使用不当，而在混凝土中发生碱一骨料反应，这些都有可能导致钢筋提前锈蚀，降低其耐久性的要求。另外，许多地方不适当地加快施工进度，尤其是对工程进度不适当的行政干预，没有保证混凝土桥梁所需要的足够的施工养护期，因而使其耐久性受到影响。
虽然钢筋强度与耐久性并没有明显的相关性，但钢筋混凝土桥梁耐久性应由正确的结构设计、材料选择以及严格的施工质量来保证。只有这样，才能保证和提高钢筋混凝土桥梁结构的耐久性，才能保证我国交通事业的可持续发展。
5.结论
（1）钢筋强度增大，RC适筋梁的承载力会提高，而对超筋梁和少筋梁没有影响。
（2）钢筋强度增大，受压区混凝土边缘应力和受拉区钢筋应力均增大，如有裂缝则裂缝宽度会变大。
（3）钢筋强度对耐久性几乎没有影响。
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论文作者:赵文华,郭冬冬
论文发表刊物:《建筑知识》2017年12期
论文发表时间:2017/7/13
标签：钢筋论文; 强度论文; 混凝土论文; 承载力论文; 应力论文; 挠度论文; 耐久性论文; 《建筑知识》2017年12期论文;