是以适筋梁的塑性破坏为基础,按受压区混凝土的应变达到极限值?c??cu控制设计的计算图式导出的。公式适用条件x??bh0(公式3.3-5)规定了混凝土受压区高度的最大值限值,其实质是规定纵向受拉钢筋的应变必须大于或等于钢筋的屈服应变(?s?fsd/Es),保证在极限状态下,钢筋进入塑性状态。但对进入屈服状态后钢筋的最大应变值没有加以限制,显然这与“纵向受拉钢筋极限拉应变取值为0.01”的基本假设是相矛盾的。
?c??cu (a) C ?xo A AAs AT ?s??su A?c??cu (b) A ?0Md AC As AA AsA T ?s??su A A断面图 应变图 应力图 A 图3.7-1 不同控制条件的正截面承载能力计算图式
(a)以混凝土压应变?c??cu控制设计;(b)以纵向钢筋拉应变?s??su控制设计
按照图3.7-1(a)给出的以混凝土压应变控制设计的计算图式,在极限状态下,混
ho-yc ho xo 凝土压应变达到极限值?c??cu,而纵向钢筋拉应变应小于极限值?s??su?0.01。纵向钢筋拉应变控制可以通过规定混凝土受压区高度最小值的限制条件来实现:
ho-yc h0 yc ?oMdx??suh0 (3.7-1)
式中,?su为混凝土压应变达到极限值?cu的纵向受拉钢筋应变达到极限值?su=0.01时的混凝土受压区相对高度,其数值可由平截面假设求得:
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yc ?su?xsu?cu?? (3.7-2) h0?cu?0.01对C50及以下的混凝土,取?cu=0.0033,?=0.8代入上式,则得到?su=0.1985。 这样,前面(§3-4~§3-6)给出的正截面承载力计算公式的适用条件(公式3.3-5)应
改写为下列形式:
?suh0?x??bh0 (3.7-3)
对于x>?bh0的情况,说明梁高过小,属于超筋梁范围,一般应修改设计。
对于x
按照图3.7-1(b)所示的计算图式,在极限状态下,纵向受拉钢筋的应变取极限值
?su?0.01,受压区边缘处混凝土的应变小于极限值?cu,其数值可通过变形零点至受压区
边缘的距离x0来表示:
?c?0.01?x0
由
?X=0得:
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由
?x00?cxdAc?fsdAs (3.7-6)
?M=0得:
?0Md?Mdu.s?fsdAs(h0?yc) (3.7-7)
式中 yc——混凝土受压区合力作用点至截面受压边缘的距离。
应该指出,在给定混凝土的应力--应变曲线数学模型的情况下,利用计算机完成上述积分运算并不困难。
我们以常用的矩形和T形截面受弯构件为例,按 <建混规50017-2002>推荐的混凝土应力--应变曲线[(1.1-18)~(1.1-19)式],代入公式(3.7-6)和(3.7-7),通过积分运算,给出了不同配筋率时以纵向钢筋极限拉应变为控制条件的正截面承载力(结构抗力)Mdu.s。并将其与按前面(§3-4~§3-6)介绍的不考虑纵向钢筋拉应变控制的实用简化公式求得的正截面假想名义抗弯承载力(假想名义结构抗力)Mdu.c加以比较。计算结果表明,Mdu.s和
Mdu.c相差不大,两者的比值为Mdu.s/Mdu.c?0.96~0.97。从图3.7-1所示的计算图示可以
看出,当钢筋达到屈服后,纵向钢筋合力Zs?fsdAs 是个定值,与其相平衡的混凝土压应力合力也是一个定值,结构抗力只随内力臂的大小而变。以纵向钢筋极限拉应变控制设计时,受压区混凝土边缘的应变值较小,受压区混凝土合力作用点下移,使内力臂减小,结构抗力降低。但混凝土压应变对其合力作用点位置的影响不大,加之在简化计算中?值取值的近似性,最终导致系数Mdu.s和Mdu.c相差不大也是预料之中的。
这样,当截面高度较大(相对配筋率较小),按常规计算方法计算出现x
Mdu.s=?sMdu.c,笔者建议取?s=0.95。
此外,当以纵向钢筋极限拉应变控制设计时,受压区混凝土边缘压应变将小于极限值,但其数值也不宜过小。笔者建议,受压区混凝土边缘压应变宜不小于?0?0.002。 若以此为控制条件,即可求得按纵向钢筋极限拉应变控制设计时,混凝土受压区高度最小值
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的限制条件为:
x???0h0 (3.7-8)
??=?0?0 (3.7-9)
?0??su式中 ??0——纵向受拉钢筋应变达到极限值?su?0.01,混凝土压应变达到?0?0.002 时的混凝土受压区相对高度,其数值可由平截面的假设求得。
?0?0.002,??0.8代入公式对C50及以下的混凝土取?u?0.0033,(3.7-9),
则得??0?0.1333。
这样,引入纵向钢筋极限拉应变限制后的正截面承载能力计算仍可按前面(§3-4~§3-6)
给出得实用简化公式计算,并按下列规定处理:
(1)当满足?suh0?x??bh0要求时,以混凝土压应变控制设计;
(2)当出现x??suh0(0.1985h0)的情况时,以纵向钢筋拉应变控制设计,其承载力应乘以0.95的修正系数。
(3)为了保证梁的塑性破坏,混凝土受压区相对高度不宜小于??0?0.1333。 应该指出,在正截面拉变承载力计算中,引入纵向受拉钢筋极限拉应变为0.01的规定,近年来,国内外很多设计规范采用普通作法。虽然《桥规JTGD62》没有明确规定比项限制。但是在桥梁结构设计适当地降低采高加大纵向钢筋的配筋率,控制纵向受拉钢筋的拉应度不要过大是十分必要的。
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