钢筋混凝土截面配筋及变形的应变法

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由于钢筋混凝土结构具有坚固、耐久性、防火性好等特点,目前已广泛应用于建筑工程中,在使用钢筋混凝土结构过程中,需要有相对应的规范对此进行约束将钢筋和混凝土的性能发挥至最大化。目前我国《混凝土结构设计规范》已逐渐完善,但与欧洲规范内容相比还存在一些缺陷。例如:对于截面的七种受力状态(轴心受拉-小偏心受拉-大偏心受拉-纯弯-大偏心受压-小偏心受压-轴心受压)并没有考虑完整,且每种截面受力情况都有相应的计算公式,计算起来较为复杂,若当截面受力状态从小偏心受压直接跳跃至轴心受压时,没有考虑混凝土上下边缘应变是连续变化的,存在一定的局限性;规范公式所给出的圆形截面配筋需要求解超越方程,进行迭代,计算较麻烦,且对于只有局部受力的构件时没有非均匀配筋的方式,在一定程度上造成钢筋的浪费;在计算裂缝宽度是否满足规范要求时,仅有计算最大裂缝宽度,然后与规范所给裂缝宽度相比是否满足要求,方式较单一。本文主要的工作内容有以下几点:(1)、通过应变计算应力,再由应力计算出内力的逆解法计算7种截面受力状态的过度(轴心受拉-小偏心受拉-大偏心受拉-纯弯-大偏心受压-小偏心受压-轴心受压),考虑了当截面受力状态从小偏心受压直接跳跃至轴心受压时的情况,避免求解超越方程,对基础知识能够掌握地更加透彻,提供了《规范》公式里缺少求解的钢筋混凝土圆形截面非均匀配筋的内容,在非均匀配筋公式的推导过程中,考虑了因钢筋分布角度不同而造成的重心位置不同,绘制得到无量纲弯矩与相关系数的诺谟图,一个图就可适用于C50及以下的混凝土强度等级,若钢筋强度发生改变,只用改变钢筋抗拉强度设计值便可得到所对应的诺谟图,降低了计算的繁杂性。(2)、通过分析得到弯矩-曲率曲线,将直观的看到在固定截面配筋率的情况下弯矩-轴力-曲率三者之间的相互关系,且经过简单的换算就能得到在固定轴力的情况下的弯矩-曲率-截面配筋率曲线,由曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段可分析其截面的抗弯刚度及截面延性大小,计算延性系数可进行塑性内力重分布以及弯矩调幅,使工程设计更加合理,也可用延性系数来判断抗震性能。弯矩-曲率曲线可表明构件受弯承载能力的大小,预测构件的变形能力。(3)、将裂缝宽度控制的方法由验算裂缝宽度转换为求解最大钢筋直径限值,避免了直接计算裂缝宽度的复杂性,绘制钢筋应力、配筋率以及钢筋直径三者之间的图表,将三者相互关系曲线的最低点作为裂缝宽度限值下的最大钢筋直径;通过改变混凝土保护层厚度、混凝土抗拉强度标准值和截面高度等影响钢筋直径的因素,绘制变化后曲线,得到钢筋直径统一调整公式,当所取基数大小发生改变时,便可通过该调整公式得到变化后的最大钢筋直径限值。
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