混凝土结构设计规范构件承载力比较高等混凝土大作业Word格式文档下载.docx

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为混凝土轴心抗压强度标准值；

为钢筋抗拉强度标准值；

为混凝土材料分项系数，取；

为钢筋材料分项系数，取；

为钢筋截面面积；

为截面宽度和截面有效高度。

2）美国规范

美国规范采用的是基于概率理论的荷载-抗力系数的设计方法，其表达式为：

为荷载效应设计值；

为结构抗力标准值，由材料强度标准值计算确定；

为结构抗力折减系数，对于

3）日本规范

日本规范采用的是考虑结构安全因子的设计方法，其表达式为:

式中为构件的设计荷载效应，为结构影响系数，为构件抗力设计值。

中国规范中的/与美国规范中的以及日本规范中的在概念上是一致的。

但我国规范将抗力分项系数分解为混凝土材料分项系数和钢筋材料分项系数,并根据基于概率理论的可靠度方法得到分项系数=1.4和=1.1。

美国规范的结构抗力折减系数也是基于概率理论的可靠度方法得到,只是将结构构件抗力作为一个整体来考虑,其取值因构件受力特性及荷载形式而异,主要考虑以下四个因素:

（1）材料强度和结构构件尺寸的离散性;

（2）结构抗力的设计计算表达式的不准确性;

（3）构件的延性需求与所需可靠度要求的差异;

（4）构件在结构中的重要性。

三国规范的设计公式，在形式上虽有差别，实质上都是要求结构的设计承载力大于预期中结构所要承受的荷载效应，来保障结构的安全性。

三、构件受弯设计承载力的比较

1.受弯承载力设计假定的比较

1）平截面假定：

三国规范中都明确提出了弯曲前的平截面在弯曲后仍保持平面。

大量的钢筋混凝土构件试验表明，只要混凝土和钢筋之间保持着良好的粘结，则在直至弯曲破坏为止的各个加载阶段中，这项假定都是很接近于正确的。

在混凝土受压区，这项假定肯定是准确的。

在混凝土受拉区出现一条裂缝意味着钢筋与周围混凝土之间产生了一些滑移，而这也就表示这项假定对裂缝附近的混凝土不是完全适用的。

不过，如果用包含有几条裂缝的标距长度来测定混凝土应变，就会发现贝努里法则对这样得出的平均拉应变是适用的。

但这个假定在深梁或高剪力区内就不适用了。

2）不考虑混凝土的抗拉强度

三国规范都明确提出了在正截面设计时忽略混凝土的抗拉强度。

这项假定几乎是完全正确的，因为在紧靠中和轴下面的混凝土中存在的任何拉应力都是很小的，而且内力臂也非常小。

（1）中国规范

当时，

当时

图1.混凝土受压应力应变关系（中国规范）

式中，，，

（2）美国规范

美国ACI规范中并未明确规定混凝土的受压应力应变关系，认为只要假定的应力应变关系在强度计算上能与多次综合实验的结果相符合，能可靠地预测构件的抗弯强度。

一般采用双直线、抛物线和抛物线组合曲线。

而且美国ACI规范中只是假定了构件达到抗弯强度时，边缘受压纤维处的混凝土应变取为0.003，对峰值应力对应的应变并没有规定。

（3）日本规范

当时

当时

图2.混凝土受压应力应变关系（日本规范）

从图1.1图1.2可以看出，中日规范中混凝土受压应力应变关系基本一致，当时为近似抛物线形状，当时为直线。

而美国规范中一般采用的应力应变关系也差不多。

区别在于：

中日规范考虑了混凝土强度对受压应力应变关系的影响（主要是考虑混凝土随混凝土强度增大而越脆），而美国规范没有；

其中，日本规范只考虑了受弯构件混凝土能达到的最大压应力和极限压应变的影响，而中国规范还考虑了高强混凝土强度对时受压应力应变关系曲线形状的影响和对峰值应力对应的应变的影响。

三国规范对于峰值应力对应的应变和极限压应变的取值均不同，具体比较见表1。

表1.1中美日三国规范和取值

GB50010-2010

ACI318-11

—

0.003

JGC15

0.002

注：

GB50010-2010中，当时，取；

当时，取。

JGC15中，当时，取；

由表1.1可以看出，对于C50以下混凝土，中美日三国规范对和取值均没有折减，所以和取值的折减是针对高强混凝土（考虑其脆性随强度变化）。

实际上，应用中日规范中的应力应变关系进行计算是相当繁琐的。

从承载力角度看，确定受压区的实际应力分布图形的意义并不大，所以可以把实际的复杂应力分布，用一个假想的某种简单的几何图形来表示。

中美日规范中均采用了等效矩形应力分布，其中关于应力不均匀系数和等效应力高度系数的取值和比较见表1.2

表1.2中美日三国规范和取值

1.0

当时，取；

ACI318-11中，当时，取；

从表1.2可以看出，对不同强度混凝土，ACI318-11均取其应力不均匀系数，而GB50010-2010和JGC15中应力不均匀系数的取值考虑了混凝土强度的影响。

另外，ACI318-11中等效应力高度系数的取值范围为0.650.85，JGC15中等效应力高度系数的取值范围为0.720.8，我国规范GB50010-2010中等效应力高度系数的取值范围为0.740.8，则我国规范取值范围均比日美两国规范取值范围小。

三国规范受弯承载力均采用基于平截面假定的等效矩形图形计算方法，因为对混凝土材料的不同假设，计算等效矩形图以及计算系数略有不同，具体取法如下图：

（a）我国规范（b）美国规范（c）日本规范

图3正截面受弯承载力计算简图

3）纵向钢筋的应力应变关系规定

三国规范中钢筋应力应变关系一致，均采用双线性模型。

我国规范纵向受拉钢筋的极限拉应变取为0.01，而美国规范和日本规范中并没有关于纵向受拉钢筋极限拉应变的要求。

关于钢筋应变的这种限制几乎没有对计算出的抗弯强度的大小造成什么差异，但却能限制对一个构件所计算出的可资利用的极限变形。

鉴于钢筋的极限应变远远大于0.01，就难以看出这种限制的必要性。

2．最大与最小配筋率的限制

对于最大配筋率，中国规范通过控制混凝土相对受压区高度不超过其相对界限受压区高度来保证破坏时钢筋先屈服。

即

对于最小配筋率的限制，按实际,得

实际应用中，中国规范为保证开裂后，钢筋不会立即被拉断，对最小配筋率的数值略做放大得

且式中计算时将换成，实际效果相当于将最小配筋率提高10%左右。

对T型截面或工字型截面，梁受拉钢筋的配筋率是按全截面面积扣除受压翼缘面积来计算的，即

（2）美国规范

美国规范中无相对受压区高度的概念，但是有平衡配筋率的概念，且平衡配筋率的表达式与中国规范的表达式大致相同。

其形式如下：

而美国规范规定对于非预应力受弯构件和同时有小于的乘了分项系数的轴压力作用的非预应力构件，要求破坏时受拉钢筋的拉应变应不小于0.004。

2002年的美国规范为了保证所有的梁在即将破坏时不仅具有希望的能够发出明显警告的特征，而且在破坏时还具有适当的延性，建议在单筋梁中受拉钢筋的面积不要超过平衡破坏时钢筋面积的0.75倍。

即：

此时计算出的最外排受拉钢筋的拉应变为0.00376，故所建议的限制条件0.004稍偏安全。

为防止少筋破坏美国规范得到的配筋率也是根据把按素混凝土截面的抗折模量算得的截面开裂弯矩与按钢筋混凝土截面算得得抗弯强度取成相等的条件而求得的。

（3）日本规范

为了避免受弯构件截面配筋过多以及截面出现超筋破坏，因此截面最大配筋率的取值应和平衡配筋率有关。

平衡配筋率应按下式计算：

其中，方程中的系数为一个近似值：

此时截面所配置的纵向受拉钢筋不应超过平衡破坏时的所需钢筋的75%。

受弯构件的纵向受拉钢筋最少配筋率不应该少于0.2%，对于T形截面纵向受拉钢筋配筋不应该少于有效混凝土截面的0.3%。

同时为了避免受弯构件的脆性破坏，最小配筋率应同时满足下面的公式：

3.T形梁有效翼缘宽度的对比

（1）美国混凝土规范建议的有效翼缘宽度：

对于对称T形梁，不超过梁跨度的1/4，而且翼缘内肋部向每侧挑出的长度不得超过8倍板厚或者相邻一根梁的一半净距。

对于仅在一侧有翼缘的梁（倒L型），挑出翼缘的有效宽度不得超过梁跨的1/12，或6倍板厚，或到相邻的一根梁的一半净距。

（2）中国混凝土规范建议的有效翼缘宽度

对于对称T形梁，不超过梁跨度的1/3，而且翼缘内肋部向每侧挑出的长度不得超过6倍板厚（板厚小于梁截面有效高度的1/10时）或者相邻一根梁的一半净距。

对于仅在一侧有翼缘的梁，挑出翼缘的有效宽度不得超过梁跨的1/6，或5倍板厚（板厚小于梁截面有效高度的1/10时），或到相邻的一根梁的一半净距。

（3）日本混凝土规范建议的有效受压翼缘宽度：

对于两侧有翼缘的梁，有效受压翼缘宽度计算公式为：

式中，不应该超过两侧板中心线之间的距离。

对于单侧有翼缘的梁，有效受压翼缘宽度计算公式为：

式中，不应该超过和板净跨长的1/2。

以上两式中，应该采用简支梁的净跨长，连续梁中两个反弯点之间的距离或者是悬臂梁中净跨的2倍。

的值不应大于加腋部分的高度。

图4日本规范中T型梁的有效受压翼缘

四、构件受轴压承载力的比较

1.受压短柱的轴心正截面抗压承载力对比

（1）中国规范建议：

钢筋混凝土轴心受压构件，当配置一般箍筋时，正截面受压承载力应符合下列规定：

式中，N为轴向受压设计值；

为构件的稳定系数。

混凝土轴心抗压强度设计值；

A为构件截面面积，当纵向普通钢筋的配筋率大于3%时，A用（A-）代替。

为全部纵向普通钢筋的截面面积。

钢筋混凝土轴心受压构件，当配置了螺旋式或焊接环式间接钢筋时，其正截面受压承载力应符合下列规定：

为构件的核心截面面积，取间接钢筋内表面范围内的混凝土截面面积；

为螺旋式或焊接环式间接钢筋的换算截面面积；

为构件截面直径，取间接钢筋内表面之间的距离，s为间接钢筋沿构件轴线方向的间距；

为间接钢筋对混凝土约束的折减系数：

当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0，当混凝土强度等级为C80时，取0.85，其间按线性内插法确定。

我们可以看出配置螺旋式或焊接环式间接钢筋的混凝土构件受压承载力计算公式中不包含稳定系数，规范规定当时可以不考虑间接钢筋的贡献，因为此时可能会发生失稳问题，同时考虑间接钢筋作用的受压承载力不得小于不考虑其贡献时的承载力。

同时考虑到轴心受压构件的延性相比偏心受压构件较差，为保证轴心受压构件和偏心受压构件的安全水平相接近，公式的右端乘以0.9的折减系数，以计算轴压构件的承载力。

（2）美国规范建议:

对于配有螺旋箍筋的非预应力构件或组合构件：

对