应力图形法中混凝土承担拉力取值探讨

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1、低温建筑技术2014年第11期(总第197期)应力图形法中混凝土承担拉力取值探讨汪基伟，王海云，冷飞(河海大学土木与交通学院。江苏南京210098)【摘要】应力图形配筋法是非杆系混凝土结构最基本的配筋方法，其中混凝土承担拉力的取值对钢筋用量影响较大。现行《水工混凝土结构设计规范》对混凝土承担拉力的规定缺乏依据，也较为保守，文中选择上闸首结构底板为对象，对混凝土所能承担拉力的取值进行研究。首先对不同厚度底板进行应力图形配筋，然后采用钢筋混凝土非线性有限元方法，分析了开裂后结构裂缝截面钢筋承担的拉力与混凝土承担拉力之间

2、的关系，根据裂缝面钢筋承担拉力应小于应力图形配筋时需要钢筋承担的拉力，且两者尽可能接近的原则，给出了混凝土承担拉力最大取值的建议，算例表明按该建议配筋能满足承载力的要求。【关键词】非杆系混凝土结构；应力图形法配筋；钢筋混凝土有限元法计算；系数修正；承载力复核【中图分类号】TU375【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)11—0034—040引言在配筋方向投影图形中拉应力值小于0．45f的图形形在水利和土木工程中存在大量的非杆系结构，如成的拉力，不宜超过总拉力的15％。大坝孔口、蜗壳、船闸与闸首底

3、板、基础底板等。此类两本规范都对混凝土能承担的拉力或规定结构的形体复杂，不能由结构力学求解内力，只能由了不宜超过总拉力的比值，即最大取值，这里分别记试验和有限元等数值计算方法求得应力分布，采用应为P”和P。工程实践表明，有些结构的或较力图形法配筋设计或确定非线性有限元校核计算所小，对钢筋用量影响不大；但有些结构的受拉区很长，需的钢筋用量⋯，因而应力图形法是非杆系结构最基特别是应力值小于．或0．45f的受拉区很长，虽然应本的配筋方法。力值很小，但是叠加积分后使得或很大，这时P。应力图形法是工程上常用的方法，我国最早的

4、和P取值就直接影响钢筋用量的大小。现行规范对SDJ20—78{水工钢筋混凝土结构设计规范》引、1996年颁布的SL／T191—96{水工混凝土结构设计规范》P和P取值的规定来自于96规范，而96规范的规定又来自于78规范，但78规范没有对该比值的和DL／T5057—1996：，以及现行SL191—2008(水工混凝土结构设计规范》和DL／T5057—2009都列取值进行说明，至今也未能找到有关的研究报道。按有该方法。在这些规范中，虽然应力图形法的计算表现行规范P。：30％和P=15％的规定，某些结构钢筋达式形式和拉

5、应力定义有所不同，但原理相同，计算用量过大，配筋过密，有必要对混凝土能承担的拉力得到的配筋量相近。不宜超过总拉力比值P。和P的取值进行研究。DL／T5057—2009规范采用概率极限状态设计原文中通过对大坝深孔、上闸首和船闸等非杆系结则，以分项系数表达式进行设计，其应力图形法的设构的试算，最后选择上闸首结构底板(或较大)计表达式可写为：为研究对象，采用钢筋混凝土非线性有限元方法，通过研究开裂后结构裂缝截面钢筋承担的拉力与配筋A≥量之间的关系，给出P。和P取值建议，并对不同厚式中，为混凝土承担的拉力，为截面主拉应力度

6、、不同混凝土强度等级和不同设计水位的底板进行在配筋方向投影图形中拉应力值小于混凝土轴心抗承载力校核，验证该建议取值的合理性。拉强度设计值的图形形成的拉力，不宜超过总拉1非线性计算采用单元与本构模型力的30％。计算采用河海大学土木与交通工程学院自行研SL191—2008规范不再强调以概率理论为基础，制的钢筋混凝土平面非线性有限元软件HohaiRCFE—采用在多系数分析基础上以单一安全系数表达的P。在文中计算时采用分离式单元模型，其中，混凝土方式进行设计，其应力图形法的设计表达式可写为：采用4～8结点平面等参单元，钢筋

7、采用杆单元，钢筋与混凝土之间的粘结采用双弹簧单元。(2)J混凝土本构关系采用等效单轴应变模型，钢筋式中，为混凝土承担的拉力，为截面主拉应力采用带硬化段的弹塑性本构模型，钢筋与混凝土粘结汪基伟等：应力图形法中混凝土承担拉力取值探讨35滑移关系曲线采用Houde公式，具体公式参见文献考虑基岩的作用。利用对称性取结构的一半建模，在[9]。对称面取滑移支座，模型底部固结。2计算条件与计算模型3P取值确定先对SL191—2008规范中的P取值进行研究。I垒2：2确定P值后，再换算出DL／T5057—2009规范中P。的石。垒

8、Q：Q建议值。下文对不同厚度底板进行线性计算，得到最危险截面的拉应力图形，对不同P取值按式(2)进行堑：Q应力图形配筋，并进行非线性计算。兰计算水位取设计洪水位461．3m，水压荷载分项系数取1．1，承载力安全系数K取1．2。混凝土强度等级C25，钢筋采用HRB335。非线性计算时，为得到钢筋实际承担的拉力，材料强度采用标准值。图1结构尺寸示意图㈤计算中考虑