建筑力学钢筋混凝土受弯构件的变形与裂缝
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第四章 钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形验算对钢筋混凝土构件,除应进行承载能力极限状态计算外,还要根据施工和使用条件进行持久状况正常使用极限状态和短暂状况的验算。
第一节 抗裂计算桥梁构件按短暂状况设计时,应计算其在制作、运输及安装等施工阶段,由自重和施工荷载等引起的应力,并不应超过规范规定的限值。
施工荷载除有特别规定外均采用标准值,当进行构件运输和安装计算时,构件自重应乘以动力系数,当有组合时不考虑荷载组合系数。
在钢筋混凝土受弯构件抗裂验算和变形验算中,将用到“换算截面”的概念,因此,本章先引入换算截面的概念,然后依次介绍各项验算方法。
4.1.1 换算截面依据材料力学理论,对钢筋混凝土受弯构件带裂缝工作阶段的截面应力计算作如下假定:1、 服从平截面假定由钢筋混凝土受弯构件的试验可知,从宏观尺度看平截面假定基本成立。
据此有同一水平纤维处钢筋与混凝土的纵向应变相等,即:s c εε= (4.1-1)2、 钢筋和混凝土为线弹性材料钢筋混凝土受弯构件在正常施工或使用阶段,钢筋远未屈服,可视为线弹性材料;混凝土虽为弹塑性体,但在压应力水平不高的条件下,其应力与应变近似服从虎克定律。
故有c c c E εσ=,s s s E εσ= (4.1-2)3、 忽略受拉区混凝土的拉应力钢筋混凝土构件在受弯开裂后,其受拉区混凝土的作用在计算上可近似忽略。
将式(4.1-1)代入式(4.1-2)可得:c s c c c E E εεσ==''因为 s ss E σε=所以 s ES c s sc E E σασσ1'== (4.1-3)其中:ES α-钢筋与混凝土弹性模量之比,即c s ES E E =α。
为便于利用匀质梁的计算公式,通常将钢筋截面面积s A 换算成等效的混凝土截面面积sc A ,依据力的等效代换原则:1、 力的大小不变:换算截面面积sc A 承受拉力与原钢筋承受的拉力相等。
第9章 钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算9.1 概 述在前面几章里,根据持久状况承载能力极限状态计算原则,已详细介绍了钢筋混凝土构件的承载力计算及设计方法。
但是,钢筋混凝土构件除了可能由于材料强度破坏或失稳等原因达到承载能力极限状态以外,还可能由于构件变形或裂缝过大影响了构件的适用性及耐久性,而达不到结构正常使用要求。
因此,钢筋混凝土构件除要求进行持久状况承载能力极限状态计算外,还要进行持久状况正常使用极限状态的计算,以及短暂状况的构件应力计算。
本章以钢筋混凝土受弯构件为例,介绍《公路桥规》对钢筋混凝土构件进行这类计算的要求与方法。
对于钢筋混凝土受弯构件,《公路桥规》规定必须进行使用阶段的变形和最大裂缝宽度验算,除此之外,还应进行受弯构件在施工阶段的混凝土和钢筋应力验算。
与承载能力极限状态计算相比,钢筋混凝土受弯构件在使用阶段的计算有如下特点:1) 钢筋混凝土受弯构件的承载能力极限状态是取构件破坏阶段,例如,其正截面承载力计算即取图3-10所示的Ⅲa 状态为计算图式基础;而使用阶段一般取图3-10所示的第II 阶段,即梁带裂缝工作阶段。
2) 在钢筋混凝土受弯构件的设计中,其承载力计算决定了构件设计尺寸、材料、配筋数量及钢筋布置,以保证截面承载能力要大于最不利荷载效应:d M 0γ≤u M ,计算内容分为截面设计和截面复核两部分。
使用阶段计算是按照构件使用条件对已设计的构件进行计算,以保证在正常使用状态下的裂缝宽度和变形小于规范规定的各项限值,这种计算称为“验算”。
当构件验算不满足要求时,必须按正常使用极限状态要求对已设计好的构件进行修正、调整,直至满足两种极限状态的设计要求。
3) 承载能力极限状态计算时汽车荷载应计入冲击系数,作用(或荷载)效应及结构构件的抗力均应采用考虑了分项系数的设计值;在多种作用(或荷载)效应情况下,应将各设计值效应进行最不利组合,并根据参与组合的作用(或荷载)效应情况,取用不同的效应组合系数。