新规范引入钢筋极限拉应变限制 的物理意义及控制方法

文章编号 1008 3812 2005 01 0001 03 新规范引入钢筋极限拉应变限制 的物理意义及控制方法 张颂娟马 亮 辽宁省交通高等专科学校 辽宁沈阳 110122 摘 要 本文针对新规范在钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件正截面承载能力计算中引入 纵向受拉钢 筋极限拉应变取值为0 01 的限制条件提出具体建议 对新规范给出的正截面抗弯承载能力实用简化公式的适 用条件进行了补充 提出了以受拉钢筋极限拉应变控制设计时承载能力实用计算方法及限制条件 关键词 钢筋混凝土 预应力混凝土 正截面承载能力 钢筋极限拉应变 实用计算方法 中图分类号 TU378 1 文献标识码 A 新修订的 混凝土结构设计规范 G B50010 2002 以下 简称新规范 在正截面承载能力计算的基本假定中 增加了 纵向受拉钢筋的极限拉应变取为0 01 的限制条件 关于 这一限值规定的物理意义 新规范条文说明解释为 对纵向 受拉钢筋的极限拉应变规定为0 01 作为构件达到承载能 力极限状态的标志之一 对有物理屈服点的钢筋 它相当于 钢筋进入了屈服台阶 对无屈服点的钢筋 设计所用的强度 是以条件屈服点为依据的 极限拉应变的规定是限制钢筋的 强化强度 同时 它也表示设计采用的钢筋 其均匀伸长率不 得小于0 01 以保证结构构件具有必要的延性 对预应力 混凝土结构构件 其极限拉应变应从混凝土消压时的预应力 钢筋应力 p0处开始算起 对于非均匀受压构件 混凝土的 极限压应变达到 cu或者受拉钢筋的极限拉应变达到0 01 即两个极限拉应变中只要具备其中一个 即标志构件达到了 承载能力极限状态 现在的问题是在抗弯承载能力实用简化计算公式中 如 何落实新规范7 1 2条提出的 纵向受拉钢筋的极限拉应变 取为0 01 的基本假定 并探索按纵向受拉钢筋应变达到极 限值0 01为控制条件的抗弯承载能力简化计算方法 1 以混凝土极限压应变 cu控制设计时承载能力实用简化 计算公式的适用条件 新规范给出的受弯构件正截面抗弯承载能力实用简化 计算公式及其适用条件 基本上是沿用了原规范的内容 众 所周知 原规范给出抗弯能力计算公式是以适筋梁的塑性破 坏为基础 按混凝土的压应变值 cu 0 0033 并假设受拉钢 筋达到屈服强度 即纵向受拉钢筋的应变值 s fy Es 的计 算图示导出的 公式的适用条件是 x bh0 1 x 2a 2 公式 1 的物理意义是规定了混凝土受压区高度最大值 收稿日期 2004 12 20 作者简介 张颂娟 硕士 副教授 马亮 硕士 讲师 限制 其实质是限制纵向受拉钢筋应变的最小值 应达到 s fy Es 保证纵向受拉钢筋进入屈服状态 应力达到抗拉强 度设计值fy 公式 2 是针对双筋截面而言的 规定了混凝土受压区 高度的最小值限制 其实质是限制纵向受压钢筋应变的最 小值 应达到 s f y Es 0 002 保证纵向受压钢筋的应力 达到抗压强度设计值f y 应该指出 上面给出的公式适用条件对纵向受拉钢筋的 最大拉应变没有限制 显然这与新规范7 2 1条提出的 纵 向受拉钢筋的极限拉应变取为0 01 的假定是不一致的 在实用简化计算中落实 纵向钢筋的极限拉应变取值为 0 01 的规定 可以通过规定混凝土受压区高度最小值的限 制来实现 x suh0 3 式中 su为混凝土压应变达到极限值 cu 纵向受拉钢筋 应变达到极限值 su 0 01时 混凝土受压区相对高度 其数 值可由平截面假设求得 对钢筋混凝土构件 su xsu h0 cu su 0 01 4 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 对预应力混凝土构件 其极限拉应变应从混凝土消压时 的预应力钢筋应力 p0处开始计算 当采用钢丝和钢绞线时 pu Xpu h0 su cu 0 002 0 01 pu Ep 5 对C50及以下混凝土 取 cu 0 0033 0 8 近似按 p0 1000Mpa计算 则得 pu 0 2563 当采用精轧螺纹钢时 pu cu cu 0 01 p0 Ep 6 对C50及以下混凝土 近似按 p0 500MPa 则得 pu 0 2444 这样 新规范7 2 1 7 2 6条给出的受弯构件正截面 抗弯承载能力计算公式的适用条件应改写为 1 第7卷 第1期 2 0 0 5年3月 辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报 JOURNAL OF LIAONING PROVINCIAL COLLEGE OF COMMUNICATIONS Vol 7 No 1 Mar 2 0 0 5 suh0 或 puh0 x bh0 7 对与X bh0的情况 说明梁高过小 属于超筋梁范围 一般情况下应修改设计 对于x suh0 或 puh0 情况 说明梁高偏大 在满足最小 配筋率限值 即p As bh0 0 45ft fc 的前提下 其正截面抗 弯承载能力应以纵向受拉钢筋的应变达到极限值 su 0 01 控制 2 以纵向钢筋极限拉应变控制的承载能力实用简化计算 以纵向受拉钢筋应变达到极限值 su 0 01控制的正截 面承载力计算图示于图1 图1 以纵向钢筋极限拉应变控制的承载力计算图示 图1 c所示为截面应变图 截面变形符合平截面假设 极限状态下纵向受拉钢筋的应变取极限值 su 0 01 混凝土 受压区边缘的应变小于极限值 其数值 ct可通过变形零点 至受压区边缘的距离x0来表示 ct 0 01 x0 h0 x0 cu 8 一般情况下 ct不宜小于 0 0 002 距变形零点x处混凝土的应变为 ct ct x x0 0 01 x0 h0 x0 9 图1 d所示为截面应力图 极限状态下 纵向受拉钢筋 的应力取钢筋抗拉强度设计值fy 受压区混凝土取曲线应力 图 不同截面高度处的应力值 cx 根据应变值 cx由混凝土应 力 应变曲线确定 以纵向钢筋极限拉应变控制的正截面抗弯承载能力计 算公式由内力平衡条件求得 由 X 0得 x0 0 cxdAc fyAs 10 由 M 0得 r0Md Mdu s fyAsZ 11 式中 z 内力臂 z h0 yc 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 按新规范 7 1 2条推荐的混凝土应力 应变曲线 7 1 2 1 7 1 2 6 式 代入公式 10 和 11 通过积分运算 给出了不同 配筋率时以纵向受拉钢筋极限拉应变为控制条件的正截面 承载能力 结构抗力 M du s 并与不考虑纵向受拉钢筋应变限 制 仍以混凝土极限压应变控制条件 按新规范7 2 1给出 实用简化公式求得的正截面假想名义抗弯承载能力 假想名 义结构抗力 M du c加以比较 计算结果表明 mdu s和Mdu c相 差不大 通过大量试算 两者的比值为0 94 0 98 从图1 d 所示的计算图示可以看出 当钢筋的应力达到屈服后 纵向 受拉钢筋合力Zs fyAs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 纵向受拉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 suh0时 应改为以纵向受拉钢筋极限拉 应变 su 0 01控制设计 但在实际设计中 对这种情况仍可 按常规方法计算求得截面的假想名义承载力Mdu c 然后乘 以修正系数 求得真实的承载能力Mdu s sMdu c 安全起 见 笔者建议取 s 0 94 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 受压区混凝土的压应变应不小于 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的限制条件为 x 0h0 12 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 混凝土受压区相对高度 其 数值可由平截面的假设求得 对钢筋混凝土构件 0 0 0 su 0 8 0 002 0 002 0 01 0 1333 13 对预应力混凝土构件 当采用钢丝和钢绞线时 0 0 0 0 002 su p0 Ep 14 若近似地按 p0 1000Mpa时计算 0 0 1778 当采用精轧螺纹钢时 0 0 0 0 01 p0 Ep 15 若近似地取 p0 500Mpa计算 0 0 1684 3 结论与建议 1 新规范在受弯构件正截面承载能力计算中增加了 纵向钢筋极限拉应变取为0 01 的限制条件 在实际计算 中应予落实 2 按新规范给出的以混凝土压应变达到极限值为基础 建立实用简化计算公式 7 2 1 7 2 6 进行正截面承载能 力计算时 应增加混凝土受压区高度的最小值限制 即公式 的适用条件应改写为 suh0 或 puh0 x bh0 3 当按实用简化公式 7 2 1 7 2 6 计算 不满 bh0的限制条件时 应变为以纵向受拉钢筋极限拉应变 su 0 01来控制设计 这时 可仍按实用简化公式 7 2 1 7 2 6 求得截面的假想名义承载能力 然后乘以修正系数0 94 求得以纵向极限拉应变控制的实际承载能力 2 辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报2005年 文章编号 1008 3812 2005 01 0003 02 运行速度与道路线形的连续性 才西月姚 丽 辽宁省交通高等专科学校 辽宁沈阳 110122 摘 要 本文论述了运行速度的概念和运行速度的预测模型 并提出用运行速度评价道路线形的连续性 关键词 运行速度预测模型线形的连续性 中图分类号 U412 3 文献标识码 A 道路设计是以满足汽车的行驶要求为依据的 道路线形 设计必须符合汽车的行驶特性 在保证汽车行驶力学要求的 基础上 充分考虑驾驶员视觉和心理方面的要求 注重立体 线形设计 尽量做到线形连续 指标均衡 视觉良好 景观协 调 安全舒适 我国道路几何设计采用设计速度作为设计的基本依据 如果只从几何要素考虑 设计速度也就是一条道路受限路段 汽车所能安全行驶的最大车速 然而 一条道路的受限路段 一般较少 而大多数路段为非受限路段 其线形指标明显高 于受限路段 可以允许汽车以高于设计速度的车速行驶 而 且实际的行驶速度总是随公路线形 车辆动力性能及驾驶员 特性等各种条件的变化而变化 汽车在道路上行驶时 只要 条件允许 驾驶员总是倾向于采用较高的速度行驶 以下结 合国内外的研究资料 阐述道路线形设计中对运行速度及线 形的连续性判断标准的思考 收稿日期 2004 12 15 作者简介 才西月 毕业于哈尔滨建筑大学 辽宁交通高等专 科学校 讲师 现同济大学工程硕士在读 1 运行速度的概念 1994年美国AASHTO 美国各州公路与运输工作者协 会 制定的公路线形设计政策当中虽然采用的还是设计速度 法 但它采用运行速度来辅助评价公路的线形设计质量 近 年来 采用运行速度来设计评价公路线形质量己经得到了很 多西方国家 例如澳大利亚 瑞士 瑞典等 的重视和应用 运行速度又称行驶速度 是指在良好的气候条件和正常 的交通条件下 一般驾驶员驾驶汽车沿某条道路行驶时实际 采用的车速 汽车在路段上行驶时的车速各异 不同的驾驶 员驾驶相同的汽车运行时车速也不同 即使相同的驾驶员驾 驶相同的汽车也会因驾驶员的心理状况 汽车的状况 道路 的状况而车速不同 另外货车和小客车的运行速度也是不同 的 国外通过大量的实况速度调查 选用V85来表示路段上 的汽车实际运行速度 V85指的是在某路段上85 分位车 速 即85 的车辆所能达到的最高车速 而忽略了某一些 小客车所能达到的高速和某一些大货车所行驶的低速 2 影响运行速度的主要因素 由于驾驶员 道路 汽车以及周围环境构成了一个封闭 的道路交通系统 因此 汽车的运行速度就会受到道路条 4 以纵向钢筋极限拉应变控制设计时 受压区混凝土 边缘的压应变不宜太小 为此应满足x 0h0的要求 参考文献 1 郑绍 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 北京 交通 部公路规划设计院 2004 10 2 郑绍 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 条文说 明 北京 交通部公路规划设计院 2004 10 3 郑绍 刘敬云 公路桥涵设计规范 JT J023 85 北京 人民交通出 版社 1989 4 马亮 钢筋混凝土及预应力混凝土构件设计及程序开发 哈尔滨 工业大学工学硕士学位论文 2003 9 Physical meanings and controllingmethods of Introducing steel ultimate pulling strain in new bridge norm Zhang Songjuan Ma Liang Abstracts This dissertation is according to Introducing steel ultimate pulling strain equaling to 0 01 of the calculation of positive section re2 sist bending