外文文献翻译原文
DESIGN OF CONCRETE STRUCTURES
ARTHUR
H.NILSOR DAVID DARWIN CHARLES W.DOLAN
p46-57
At present, none of these theories has been generally accepted, and many have obvious internal contradictions. The main difficulty in developing an adequate general strength theory lies in the highly nonhomogeneous nature of concrete, and in the degree to which its behavior at high stresses and at fracture is influenced by microcracking and other discontinuity phenomena (Ref. 2. 37).
However, the strength of concrete has been well established by tests, at least for the biaxial stress state (Refs. 2. 38 and 2. 39). Results may be presented in the form of an interaction diagram such as Fig. 2. 8, which shows the strength in direction 1 as a function of the stress applied in direction 2. All stresses are normalized in terms of the uniaxial compressive strength . It is seen that in the quadrant representing biaxial compression a strength increase as great as about 20 percent over the uniaxial compressive strength is attained, the amount of increase depending upon the ratio of to . In the biaxial tension quadrant, the strength in direction 1 is almost independent of stress in direction 2. When tension in direction 2 is combined with compression indirection 1, the compressive strength is reduced almost linearly, and vice versa. For
example, lateral compression of about half the uniaxial compressive strength will reduce the tensile strength by almost half compared with its uniaxial value. This fact is of great importance in predicting diagonal tension cracking in deep beams or shear walls, for example.
Experimental investigations into the triaxial strength of concrete have been few, due mainly to the practical difficulty of applying load in three directions simultaneously without introducing significant restraint from the loading equipment (Ref. 2. 40).From information now available, the following tentative conclusions can be drawn relative to the triaxial strength of concrete : ( 1 ) in a state of equal triaxial compression, concrete strength may be an order of magnitude larger than the uniaxial compressive strength ; (2) for equal biaxial compression combined with a smaller value of compression in the third direction, a strength increase greater than 20 percent can be expected ; and (3) for stress states including compression combined with tension in at least one other direction, the intermediate principal stress is of little consequence, and the compressive strength can be predicted safely based on Fig. 2. 8.
In fact, the strength of concrete under combined stress cannot yet be calculated rationally and, equally important, in many situations in concrete structures it is nearly impossible to calculate all of the acting stresses and their directions ; these are two of the main reasons for continued reliance on tests. Because of this, the design of reinforced concrete structures continues to be based more on extensive experimental information than on consistent analytical theory, particularly in the many situations where combined stresses occur.
SHRINKAGE AND TEMPERATURE EFFECTS
The deformations discussed in Section 2. 8 were induced by stresses caused by external loads. Influences of a different nature cause concrete, even when free of any external loading, to undergo deformations and volume changes. The most important of these are shrinkage and the effects of temperature variations.
a.Shrinkage
As discussed in Sections 2.2 and 2.4, any workable concrete mix contains more water than is needed for hydration. If the concrete is exposed to air, the larger part of this free water evaporates in time, the rate and completeness of drying depending on ambient temperature and humidity conditions. As the concrete dries, it shrinks in volume, probably due to the capillary tension that develops in the water remaining in the concrete. Conversely, if dry concrete is immersed in water, it expands, regaining much of the volume loss from prior shrinkage. Shrinkage, which continues at a decreasing rate for several months, depending on the configuration of the member, is a detrimental property of concrete in several respects. Wnen not adequately controlled, it will cause unsightly and often deleterious cracks, as in slabs, walls, etc. In structures that are statically indeterminate (and most concrete structures are), it can cause large and harmful stresses. In prestressed concrete it leads to partial loss of initial prestress. For these reasons it is essential that shrinkage be minimized and controlled.
As is clear from the nature of the process, a key factor in determining the amount of final shrinkage is the unit water content of the fresh concrete. This is illustrated in Fig. 2.9, which shows the amount of shrinkage for varying amounts of mixing water. The same aggregates were used for all tests, but in addition to and independently of the water content, the amount of cement was also varied from 376 to 1034 lb/yd3 of concrete. This very large variation of cement content causes a 20 to 30 percent variation in shrinkage strain for water contents between 250 to 350 lb/yd 3, the range used for most structural concretes. Increasing the cement content increases the cement paste constituent of the concrete, where the shrinkage actually takes place, while reducing the aggregate content. Since most aggregates do not contribute to shrinkage, an increase in aggregate content can significantly decrease shrinkage. This is shown in Fig. 2.10, which compares the shrinkage of concretes with various aggregate contents with the shrinkage obtained for neat cement paste (cement and water alone). For example, increasing the aggregate content from 71 to 74 percent (at the same water-cement ratio) results in a 20 percent reduction in shrinkage (Ref. 2. 24). Increased ag
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外文文献翻译译文
DESIGN OF CONCRETE STRUCTURES
ARTHUR
H.NILSOR DAVID DARWIN CHARLES W.DOLAN
p46-57
译文：
现如今，这些理论没有一个被广泛地接受，而且许多理论存在明显的内部矛盾。形成一个合适的，一般的强度理论的主要困难在于混凝土的高度不均匀性质，以及在某种程度上对于混凝土来说它在高压力和在破坏情况下的状态取决于微裂纹形成与其他不连续性的现象。
但是，至少在双向应力状态下，混凝土的强度已经由实验很好地确立了。结果由交互式图表显示，如图2.8所示，图中显示了方向1的力作为方向2的应力的功能。所有应力都被标准化为单向压应力的形式。可以看到这个象限代表双向压缩的力在施加单向压力可增长达到20%，增长的程度取决于的比值。在双向拉伸象限中，方向1的力几乎独立于方向2的应力之外。当方向2的拉伸与方向1的压缩复合在一起时，压力几乎是线性减小，而且反之亦然。例如，与单向拉力值相比，相当于单向压力的一半的横向压缩会减少拉力的一半。再比如，这个事实在判断深梁或剪力墙的斜拉裂缝时至关重要。
对于混凝土的三向应力的实验研究向来都很少，主要是由于同时在三个方向上施加载荷并且不使用加载设备的大型约束的操作困难。在现有的信息中，可得知试验性结论与混凝土三向应力的关系：（1）在三项等量压缩状态下，混凝土强度一般比单向受压强度高得多；（2）在双向等量压缩并且伴随着在第三方向微小的压缩量，受压强度有望增长超过20%；（3）在包含至少任一其他方向受拉的应力状态下，中间主应力不受什么影响，而且可以基于图2.8安全地判断受压强度。、
事实上，处于复合应力下的混凝土的强度还不能完全地被计算出来，而且同样重要的是，在许多状况下的混凝土结构中几乎不可能计算所有起作用的应力和它们的方向；这是对实验有持续依赖的两个主要原因。因此，相对于全程的分析理论，钢筋混凝土结构的设计一直以来都更多地基于广泛的实验数据，特别是在许多发生复合应力的情况下。
2.11 收缩与温度的影响
在2.8部分中讨论的变形是由外部载荷所引起的应力引起的。即便当没有任何外部载荷时，不同性质的影响导致混凝土经历变形与体积变化。这些之中最重要的是收缩与温度变化的影响。
a．收缩
就如在2.2部分与2.4部分中所讨论的，任何可工作的混凝土混合物包含的水比成为水化物所需的水更多。如果混凝土被暴露于空气中，其中大部分自由水会随着时间而蒸发，干燥的比率与完整性取决于环境温度与湿度条件。随着混凝土变得干燥，它在体积上会收缩，可能是由残留在混凝土里的水里发生的毛细拉力引起的。反过来，如果干燥的混凝土被浸没在水里，它会膨胀并恢复先前收缩的体积的大部分。收缩在几个月内按降低的速率一直持续且收缩的速率取决于组成成分构造，而收缩是几个方面上对混凝土不利的因素。当收缩没有被适当地控制时，就会导致影响外观的、有害的裂缝，经常发生在楼板，墙等等构件中。在结构中收缩一般是不稳定的（大多数混凝土结构都如此），它会导致巨大而又有害的应力。在预应力混凝土中收缩会导致内部应力的部分损失。由于这些原因，最小化和控制收缩是必要的。
随着过程的本质逐渐清晰明了，决定最终收缩量的是新造混凝土内含的自由水。由图2.9可知当混合水的总量变化时收缩的总量。在所有实验中都采用同样的骨料，但除了并且独立于水含量之外每立方码混凝土中的水泥量也从376磅变化到了1034磅。如此之大的水泥量变化导致每立方码混凝土含有250到350磅水的混凝土中的收缩拉伸出现了20%到30%的变化，这个变化适用于大多数构造混凝土。提高水泥用量会使混凝土中的水泥构成部分提高，而且使骨料含量减少，而混凝土中水泥构成部分是收缩确切发生的地方。因为大多数骨料对收缩没有影响，则骨料用量的减少可有效减缓收缩。这一结论可见于图2.10，图中比较了不同骨料含量的混凝土的收缩量与均匀水泥团中发生的收缩量（只有水泥和水）。例如，将骨料含量从71%提升到74%（保持同样的水-水泥比）会导致收缩量有20%的减少。增加骨料含量也许能用于（1）更大形体的粗骨料（这同样减少了满足工作性能所需的水量），（2）具有更低的工作性能混凝土，而且（3）化学混合物来提升在低水容量下的工作性能。很显然这是一个减少收缩（这与水容量减少和骨料量增加有关）的有效办法。另外，延长并仔细地养护对控制收缩量是有益的。
一般的混凝土的最终收缩量的值大概是400到800，且取决于内部水含量、环境温度和人为控制，以及骨料属性。高吸收度的骨料，比如某些砂石和页岩，会导致收缩量的值2倍或更多倍于吸收性不那么强的骨料，比如花岗岩和某些石灰石。某些轻型骨料，由于它们的富多孔性，极易导致相对于一般混凝土来说大得多的收缩量。
由于某些目的,比如说在预测预应力混凝土梁的随时间进行的应力损失时，估计作为时间的函数的收缩量是十分重要的。长期研究表明，对于湿保养的混凝土来说，它在起始7天之内任意时间点t的收缩量可以由等式得到，其中是在这几天之内t时间点的独立收缩量，而是在很长一段时间之后的最终收缩量。方程2.9适用于“标准”条件，即摘要2.21所说的湿度不超过40%和构件平均厚度在6英尺，而且它同样适用于普通重量混凝土和轻量混凝土。修正系数是用于非标准条件下的，而且独立方程是用于蒸汽养护的混凝土构件。
这对于需要减少裂缝的结构来说是尤其重要的，比如说桥船甲板、路面平板以及液体储存罐，采用扩张性水泥混凝土是合适的。成比例地构建了收缩补偿水泥以至于混凝土在浇筑和硬化时其体积会增长。当采用钢筋或其他方法来约束混凝土时，膨胀的趋势会导致压缩。随着后来干燥了，收缩就这样产生了，继而导致了裂缝的发生而没有产生拉应力，仅仅是减少或减轻了初始膨胀导致的扩张性拉伸。扩张性水泥是在普通波特兰水泥中残日少许活化铝酸盐制成的；大约90%的收缩补偿水泥是由传统波特兰水泥制成的。在主要的三种在生产的扩张性水泥中，只有K型在美国有售；这种水泥比一般波特兰水泥要贵20%（摘要2.43）。美国材料试验协会第845条给出了对扩张性水泥的要求，即“扩张性水硬水泥标准规程”。这种平常的混合物可用于收缩补偿混凝土，但实验混合物是必要的，因为有些混合物尤其是加气剂，并不与某些特定扩张性水泥相适应。
b．温度变化的影响
就像大多数其他材料一样，混凝土随着温度上升而膨胀、随着温度下降而收缩。这样的体积变化的影响与收缩所导致的影响相似，换而言之，温度导致的收缩可引起不良裂缝产生，特别是当还发生了收缩时。在广义的结构中，由温度改变导致的变形可引起巨大又偶然的有害应力。
温度膨胀系数和收缩发生某种程度的变化取决于骨料类型和混合物的富余。一般来说每华氏度发生到的变化。一般作为计算由温度变化导致的应力和变形的期望值。
2.12 高强度混凝土
在近些年高强度混凝土的热度有了迅速增长。对高强度混凝土的精确定义不那么确切，但一般是指单向受压强度在8000磅每平方英寸到15000磅每平方英寸或者更高的混凝土。这样的混凝土可由谨慎选取而又容易取得的水泥、沙和石制成；特定混合物中含有高效减水剂、浮尘以及硅粉；在生产过程中加以十分仔细的质量控制（摘要2.44与2.45）。除了高受压强度之外，高强度混凝土也具有大多数其他工程特性，致使高性能混凝土变得流行。
高层混凝土建筑中的柱是最经常应用高强度混凝土的地方，在这种柱中使用一般混凝土会使柱截面变得很大，导致宝贵的层间空间的浪费。有证据表明在高层建筑的柱中使用更加昂贵的高强度混凝土不仅仅节省了层间空间，而且还比提高钢筋用量更加经济。受压强度高达12000磅每平方英寸的混凝土专用于芝加哥的婚戒大楼的低层之中（见图2.11），这建筑有946英尺高。先前一直保持着建筑高度纪录，现已被其他更高的建筑取代了；现今的纪录是由香港中心广场所保持的，总高度达到1230英尺（摘要2.46）。
对于桥梁来说也是如此，更小的截面能带来显著的优势，而且为了减少恒载就需要更长的墩距。其更高的弹性系数和更低的弹性系数能减少初始变形与徐变，而在预应力混凝土桥梁中，初始应力损失和随时间进行的应力损失都会更少。其他最近的高强度混凝土应用包括海上油井，汽车停车场，桥板覆盖，大坝泄洪道，仓库，以及重工业厂房楼板（摘要2.47）。
高强度混凝土必须要求用低的水-水泥比。对于一般混凝土来说，这会随重量减少至0.4到0.6，但对于高强度混凝土它会下降至0.25或者更低。为了能够合适放置会成为坍落度为零的混合物、高度减水的混合物，或是高度减水剂的东西，有必要提升坍落度至6到8英寸。其他添加剂包括浮尘，以及特别是硅粉（见2.7部分）。
许多近年的研究都为造就高强度混凝土的基础性能、工程性能做出了贡献，就如由材料构成的构件功能特性一样（摘要2.28，2.29，以及2.48到2.54）。现如今可用的信息是大体量的，即便其优势决定了其高价格，这也让工程师能够放心使用高强度混凝土。图2.3、2.4中的受压强度曲线表明了高强度混凝土与一般混凝土之间重要的差异，包括更高的弹性模量和延伸变化的线性弹性响应；其缺点包括脆性行为（见图2.12）和在某种程度上减少的极限拉伸强度。蠕变系数减少了，如表2.1中所示。在稳定荷载下的强度占标准气缸强度的很大一部分（摘要2.25和2.26），而且现在已知的信息确认了其提升的长期性能和抗磨损能力（摘要2.52和2.55）。在广泛试验后最终投入实践，而且随着设计编码被渐渐升级以识别现有的高强度混凝土的特殊性能，我们可以期待高强度混凝土在更多方面的应用。
2.13 混凝土中使用的钢筋
普通钢筋的拉伸有效强度和压缩有效强度即屈服强度，大概是普通结构混凝土的压缩强度的15倍，而且远远超过混凝土的拉伸强度的100倍。从另一方面来说，钢筋相对于混凝土来说是一种昂贵的材料。有此可得结论，这两种材料最好是结合起来使用（混凝土抵抗压应力而钢筋抵抗拉应力）。因此，在钢筋混凝土梁中，混凝土抵抗压力，纵向钢筋被布置于受拉面以抵抗拉力，而且经常其余的钢筋也这样布置以抵抗梁中剪力引起的斜向拉应力。但是，就如在多层建筑中的低层柱，钢筋也经常被用于抵抗压力，主要是为了减小受压构件的横截面面积。就算没有必要，在所有受压构件中也会布置最少量的钢筋以避免小的偶然弯矩导致裂缝产生以及避免素混凝土因此破坏。
对于最有效的钢筋布置来说，钢筋与混凝土保持同样变形是必要的，也就是说，这两种材料之间要有有效的强力粘结以确保钢筋与周围混凝土之间没有相对位移。这种粘结是由：钢筋-混凝土接触面的相对大的化学胶着力、热轧钢筋的氧化层的凹凸不平咬合力、以及紧密贴合在钢筋的肋型表面变形构成的，以提供两种材料之间的高度的互锁。
为了满足钢筋与混凝土之间的粘结性能有其他特性如下所示：
- 两种材料的温度膨胀系数（钢筋大概是而混凝土大概是）十分接近以阻止裂缝产生以及其他特别的温度变形的不必要的影响。
- 由于钢筋的抗锈蚀能力比较差，包围在钢筋周围的混凝土提供了绝佳的锈蚀保护，使锈蚀问题和相应维护费用最小化了。
- 未受保护的钢筋的抗火性很差，因其高导热性，以及钢筋在高温情况下其强度剧烈下降的事实。反之，混凝土的导热性相对来说较低。因此，由长时间暴露在火中所造成的任何损害，一般都会被外层的混凝土所阻挡，而且适量的混凝土保护层为内包的钢筋提供了充足的温度阻绝。
钢筋在混凝土结构中有两种用途：用作强化钢筋或用作预应力钢筋。强化钢筋被布置在优先位置以使混凝土定型。钢筋中的应力、硬化混凝土中的应力都只是由施加在结构上的荷载引起的，还有收缩和相似原因引起的可能的次应力。相对应的是，在预应力混凝土结构中，会在强化钢筋上先施加巨大的拉力以使钢筋与混凝土对外部荷载做出同样的响应。钢筋的这两种用途十分不同，我们将分开讨论。
2.14强化钢筋
最常见的强化钢筋形式（区别于预应力钢筋）是圆钢筋，又被称为螺旋钢筋，直径从英寸到英寸用于普通用途，以及两种重钢筋，直径是英尺与英尺。这些钢筋有表面肋痕，用于抵抗钢筋与混凝土之间的滑动。这些变形（间距、肋状突起等等）的最低要求已由实验研究给出。不同的钢筋厂商采用不同的模式，但这些模式都满足这些要求。图2.13展示了肋状变形的一系列现行形式。
许多年以来，钢筋尺寸是由数字规定的3到11号是常用型号，而14号和18号代表先前提到的两种特大尺寸钢筋。之所以提倡用数字名称代以直径，是因为钢筋表面突起使得我们不可能定义直径的单一测量值。这些数字如此安排是因为数字编号十分对应直径尺寸英寸的数字。例如，5号钢筋的名义直径是英寸。钢筋尺寸被印在钢筋表面上以易于区分。
过了许多年，美国材料试验协会标准引入了第二种钢筋尺寸编号，即单位制国际系统（SI），用毫米作为单位的大致直径来对尺寸进行编号。为了限制钢筋编号，在美国生产的强化钢筋已经与参禅钢筋的SI系统协调了。因此，3号到11号钢筋被标以编号10号到36号，而14号和18号被标以编号43号与57号。美国材料试验协会同时采用两套编号系统，而且2002ACI Code采用老的一套传统编号.为了区分两套编号系统以便于生产钢筋，传统钢筋编号系统在这篇文章始终保留，而SI编号系统写在括号中，比如6号（19号）。附录A的表A.1给出了标准钢筋的截面面积与重量。表A.2与表A.3给出几组钢筋相似的信息。
a．级别与强度
说到钢筋混凝土，有很长一段时间都偏向于采用高强度材料，无论是钢筋还是混凝土。大约是30年前的标准，强度40千磅每平方英寸的强化钢筋基本被60千磅每平方英寸的钢筋所取代，是因为它们更加经济，也是因为它们的作用更倾向于减缓钢筋过多的情况。越来越多的柱中采用屈服强度为75千磅每平方英寸。表2.3列出了所有现在使用的强化钢筋、其等级编号、定义它
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