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混凝土结构论文(合集7篇)

时间:2023-03-28 15:04:48
混凝土结构论文

混凝土结构论文第1篇

关键词:高层建筑;超长结构;预应力结构;设计

1前言

预应力结构设计技术的发展,为现代高层建筑向更高、体型更复杂,结构形式更多样、功能更全、综合性更强的方向发展提供了更大的可塑空间。通常可使建筑物在同一竖直线上,上部楼层布置住宅、旅馆,中部楼层作为办公用房,下部楼层作商店、餐馆等。以满足综合性的不同需要。本文所介绍的工程设计是一幢集办公、休闲为一体的高档办公楼。

2工程概况

本工程位于益阳市赫山区,建筑面积31000m2,地上21层,地下一层,总高度为83m。其中一层为大型商场,二层为餐厅,三层为娱乐场所,四层及以上为公寓和办公楼。工程结构形式采用框架一剪力墙结构,裙楼为超长结构,结构平面布置随建筑变化而逐层变化,图1为四层的结构平面图,楼层主、次梁均为预应力混凝土技术。

3结构方案设计

混凝土结构构件在混凝土材料收缩和环境温差的作用下发生的体积缩小变形从而增大结构构件的拉应力,当该拉应力大于构件的极限抗拉强度时,构件即开裂。对此,现行规范中规定框架-剪力墙结构伸缩缝最大为45~55m。本结构纵向长度近159.6m,远超过上述规定,而且6个剪力筒大大增强其中间混凝土楼面水平侧向约束。如增加两道或三道结构伸缩缝,必须采用从基础到顶层增加双梁双柱来实现,这除了增加施工难度和成本之外,还大大影响了使用功能和建筑要求。设计采用预应力技术解决这一结构超长问题,通过对结构施加预应力,在结构中预先产生压应力。使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中产生的拉应力。理论与实践证明预应力对控制超长结构钢筋混凝土结构裂缝是有效的。

预应力除了可有效控制裂缝的作用之外,其主要作用是能有效抵抗竖向荷载并明显降低构件尺寸。经初算,预应力钢筋混凝土结构8.4m跨主梁的梁高可由原来普通钢筋混凝土主梁的700mm降为500mm,次梁梁高可由600mm降为450mm,16.4m跨主梁的梁高可由1600mm左右降为900mm~

1100mm。这样在保持净层高不变的情况下,每层高度可降低200mm。经综合考虑决定采用预应力方案,使楼层数量在建筑总高不变的情况下增加一层,从而取得显著的经济效果。

为此,在设计中我们针对本工程的结构形式和布置特点,确定了以下主要设计原则:

3.1为有效控制混凝土裂缝以及降低层高,结构纵横两个方向的梁均布置预应力筋;考虑到规范要求,采取有粘结预应力,跨后浇带的锁缝预应力筋采用无粘结预应力。

3.2根据文献[2],混凝土中有效预应力大于0.7Mpa,则可基本避免温度应力导致混凝土开裂。所以间距为2.8m的主次梁均应施加预应力,已达到在板中建立一定预压力避免楼板开裂的目的。

3.3后浇带位置要合理,避免布置在侧向刚度很大的构件周围,以免影响两侧板带的自由收缩。

3.4由于结构复杂,预应力筋数量和形式多样,设计时就必须考虑采取相应的构造和施工措施来避免预应力张拉施工时可能造成混凝土开裂。

4预应力计算

4.1设计重点

a)4~6轴部分结构地下一层至六层纵向均为8.4m跨的框架结构,其中六楼为空中花园,七、八楼中空,到九、十层纵向成为连接两边塔楼的16.4m跨大梁板,其中十层为空中花园。按结构整体计算结果配筋,并对两层柱采取加强措施。另外施工时九层的支撑为两层高,而且后浇带的设置使地下一层至六层的A~C轴和E~F轴以及九、十层A~F轴在后浇带未浇混凝土、锁缝筋未张拉之前形成12.4m的大悬挑结构。所以这些部位结构的支撑均通过认真计算确定并适当加强。

b)如图1所示,十层和十一层17~20/C~G轴之间是一个悬挑大网架,面积为25.2m×33.6m,矢高为一个楼层高度,通过大型预埋件固定在17、18、19、20、E、F、G梁柱节点上。在风荷载的作用下支座对结构产生很大的水平推拉力,十一层G点支座向外拉力最大,为1300kN。为了避免在梁柱节点预埋件处局部混凝土产生过大的集中应力,在预埋件上钻直径20mm的孔,采用无粘结应力筋对预埋件进行锚固,把支座拉力传向远端框架结构。无粘结预应力筋与原结构预应力筋不相干,基本走梁中直线,张拉控制应力为0.6fptk。

c)二十层屋面设置了冷却塔、擦窗机以及沿周边7m高的广告牌。所以本楼层荷载复杂,特别是广告牌支座在风荷载作用下,每个支座最不利弯矩为250kN·m,支座两个支点间距为800mm则支点上下反复集中力约为300KN。支座间距为28m,对于16.8m跨大梁就有5个点落在梁中位置,荷载值很大。

针对以上所述的设计重点难点,预应力设计紧密与建筑、钢结构、设备等专业配合,均采取了相应有效合理的设计措施。

4.2预应力计算标准

材料强度等级:混凝土C40,局部采用杜拉纤维C60混凝土;有粘结和无粘结预应力筋为1860高强低松弛钢绞线,张拉控制应力均为0.75fptk。

本工程采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。根据规范要求:结构设计应满足正常使用极限状态、承载能力极限状态以及耐久性的要求。针对结构多样复杂性。对不同情况的构件采取不同的控制标准(见表1)。

所有预应力梁普通钢筋基本采用对称配筋,其受压区高度均小于0.35h0,纵向受拉钢筋折算配筋率均不大于3%,符合规范要求。所有梁均进行两层托一层的施工工况以及楼面自重下一次张拉反拱工况的验算,均未开裂。

5构造设计

5.1后浇带设置

如图1所示,三道后浇带把结构分成长度均为36m左右的四个区段,有效解决了侧向刚度很大的剪力筒约束混凝土楼板自由收缩的问题。混凝土的收缩随时间而增长,初期发展较快,两周可完成全部收缩的1/4,一个月约可完成1/2,三个月完成60%~80%。在后浇带浇筑之前,超长板可视为一种能接近于自由变形的构件,后浇带选择两个月后而且气温低于主体结构浇灌时气温浇灌,考虑竖向结构(柱和墙)的约束影响,可认为此时收缩变形已完成50%。穿越后浇带的锁缝预应力筋在后浇带混凝土达到100%强度时即可张拉。为增强后浇带的抗裂性能,采用比原强度等级高一个等级的膨胀混凝土浇灌。

预应力对于E~F轴段结构从第三层就到17轴为止,则该区段15~16轴之间的后浇带的作用不是很明显。为加快施工进度,从第六层开始把该后浇带取消,预应力筋最长55.4m。同时在16轴与剪力墙之间预留临时施工后浇带,以实现两端张拉和避免拉裂混凝土。同理在C、E轴边板设置200mm宽的临时后浇带,以防止4~6轴间的横向次梁预应力张拉时把内部结构拉裂。

5.2锚具设计

由于荷载和结构形式复杂,预应力梁内的预应力数量种类很多,根据各种组合采用了单孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多种型号的锚具。固定端采用了挤压式锚具。因此本工程预应力锚具及相关配筋种类较多。

5.3张拉槽、后浇带构造设计

由于后浇带或梁面张拉槽处需要采用变角张拉技术,而要实现变角张拉的操作,梁面普通钢筋以及箍筋必须有足够的间隔。如设计不作预先充分的考虑,必将带来如截筋而无法补强等施工问题,最终影响工程质量。所以设计时应对构造复杂的地方进行特殊处理,以保证施工质量。

在梁后浇带处或梁面张拉槽处,先按张拉变角块所需的空间以及尽量少断钢筋的原则排好普通钢筋,对割断钢筋采取增加相应搭接筋进行补强。后浇带及梁面张拉槽处张拉端的详细构造设计(见图2和图3)。

5.4张拉顺序设计

根据本工程的结构设计特点,张拉各个区域分开进行,先张拉次梁,后张拉主梁。这主要由于先张拉主梁(特别是与次梁垂直的主梁),有可能会由于主梁反拱抬起未张拉的次梁,而导致后者的开裂。预应力筋张拉顺序如下:

a)先沿着一个方向张拉纵向次梁,再返回张拉纵向主梁;

b)沿一个方向张拉横向主、次梁;

c)横向主梁由于中间16.4m跨所配的预应力筋比两边两短跨多,必须先张拉贯通全50.4m梁的预应力筋,在两边短跨梁内建立起预压力,再张拉中间其余预应力筋。否则必定把两边短跨梁拉裂。

6结语

经各方共同努力,本工程施工进展顺利,经观察没有发现结构裂缝,质量优良。工程实践表明:

6.1采用预应力技术和合理布置后浇带是解决超常结构混凝土开裂的有效途径。

6.2在高层中,施加预应力能起承受主要竖向荷载而降低构件尺寸的作用。所以在保持总高度不变的情况下,采用预应力方案可以增加建筑物层数,从而取得显著的经济效益。

6.3预应力结构配筋计算应根据实际情况而定,对同一幢建筑中的不同构件,同一个构件的不同工况都应采取相应不同的设计标准。

6.4预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序,这有利于指导施工各方配合,保证施工进度和工程质量。

参考文献:

[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.

[2]美国混凝土协会规范.AC1318.

[3]陶学康.后张预应力混凝土设计手册.北京:中国建筑工业出版社.

混凝土结构论文第2篇

关键词预应力混凝土火灾可靠度仿真分析

据公安部消防局统计,2005年全国共发生火灾235941起,死亡2496人,伤残2506人,直接财产损失13.6亿元。近年来,预应力混凝土结构已由早期的简单构件发展为现今复杂的空间整体受力结构,以其大跨度、大空间、良好的结构整体性能以及有竞争力的综合经济效益,正逐步成为现代建筑结构形式的发展趋势,由于预应力混凝土结构的抗火性能劣于普通钢筋混凝土结构,因此开展预应力混凝土结构的火灾反应和抗火性能研究是非常有意义的。

1预应力混凝土结构火灾研究的现状

国外学者对结构抗火性能的研究开展较早,始于20个世纪初,并成立了许多抗火研究组织,比较有名的有美国建筑火灾研究实验室、美国消防协会、美国的波特兰水泥协会、美国预应力混凝土协会、英国的BRE(BuildingResearchEstablishment)。这些组织对建筑结构的抗火性能进行了系统的研究,主要体现在对建筑材料高温下的力学性能;结构、构件火灾下的升温过程及温度场的确定;火灾条件下结构和构件的极限承载能力及耐火性能方面的研究,并编订了相应的建筑规范及行业规则。

国外预应力混凝土构件抗火性能的研究稍晚于钢筋混凝土结构,主要工作始于20世纪70年代初期。尽管早期Ashton等人的试验研究认为预应力混凝土在火的作用下存在许多问题,但其后一些学者的试验和研究表明预应力混凝土构件在火的作用下仍具有较好的工作性能。

有关文献介绍了美国进行的18个后张预应力混凝土板和梁的耐火试验。在这些试验构件中,预应力筋分为有粘结和无粘结两种。在耐火试验中,实测了时间与预应力筋温度关系,典型的时间-温度曲线如图1所示。在图中还可以看出不同保护层厚度与耐火时间的关系。

Gustaferro等人在预应力混凝土抗火方面做了不少试验研究,他们对有粘结预应力混凝土梁、预应力混凝土简支板、预应力混凝土连续梁、板等结构或构件在不同情况下的抗火性能进行了试验研究,并对预应力混凝土结构的抗火性能提出了合理的计算方法。他们通过对后张预应力混凝土梁和板的抗火试验,得出在1,2,3,4小时的抗火等级下的保护层厚度和构件最小尺寸的建议值。Ashton等人与Gustaferro同期也进行了一系列相应的预应力梁抗火试验研究,包括不同比例试件的耐火极限试验的对比,试验结果表明预应力混凝土能满足结构的不同耐火等级,其耐火性能主要取决于其预应力筋在火灾中所达到的温度,因此预应力筋的保护层厚度和梁的截面形式对预应力混凝土结构的耐火性能具有明显的影响,结构在火灾下的承载力随混凝土的保护层厚度增加和荷载减少而提高,并且轻骨料预应力混凝土板的抗火性能好于普通预应力混凝土板。Joseph等进行了后张无粘结预应力混凝土板的试验研究,试验着重研究了预应力钢筋保护层厚度对构件抗火性能的影响同时研究了荷载和端部约束情况的影响、辅助钢筋的作用等问题。Abrams等人对不同骨料和喷有隔离层的预应力混凝土构件的抗火性能进行了试验研究,Krishnamoorthy等人通过徐变和温度对预应力混凝土框架性能的试验研究得出了试验结果,其中包括不均匀温度对结构变形性能的影响及内应力和弯矩随时间的变化。

国外根据预应力混凝土梁、板等方面的试验研究结果,已对预应力混凝土在火灾作用下的承载力及极限耐火时间有了较全面的了解。他们认为温度是影响预应力混凝土结构蠕变性能的主要因素,要建立合理的分析方法必须考虑混凝土温度蠕变特性,弹性理论已不适用,蠕变率的分析方法被认为是预测整个加载阶段结构特性较满意的方法。他们的试验研究为预应力混凝土抗火设计提供了直接依据。

国内抗火研究组织从20世纪80年代后期起着手进行钢筋混凝土结构的抗火性能研究,但国内关于预应力混凝土抗火方面的试验研究尚处于起步阶段,缺乏足够的试验数据。国内规范中涉及预应力混凝土的抗火内容主要是参考国外经验确定的,如《无粘结预应力混凝土结构技术规程》防火部分第三章第3.2.1条规定用保护层厚度来满足不同耐火等级要求,它对不同耐火极限下无粘结预应力混凝土保护层厚度的确定,主要取自美国《后张预应力混凝土手册》。同济大学对5榀相同尺寸的单层无粘结预应力混凝土框架、3榀有粘结预应力框架和预应力钢丝进行了火灾试验,得出了一些有用的结论,主要有以下几个方面:①在高温作用下,预应力钢丝的强度、弹性模量、延伸率均表现出与常温下不同的性能。强度和弹性模量随温度升高而下降,延伸率则随温度的升高而增大;②对于预应力混凝土结构,火灾升温速率和温度越高,其抗火性能越差;在同一升温条件下,预应力混凝土结构承受的荷载越大,其抗火性能越不利;③对于预应力框架结构,与普通混凝土结构框架试验结果不同,荷载大小对抗火性能的影响可能要比温度的影响明显。预应力度大的结构受温度影响大,抗火性能差。预应力筋的有效应力大的结构,其抗火性能比有效应力小的结构差。无粘结预应力混凝土结构的抗火性能比有粘结预应力混凝土结构的抗火性能差。火灾后预应力混凝土结构的刚度明显减小,但仍存在一定的承载力,并反映出较好的恢复性能。

2存在的问题

尽管国内在钢筋混凝土结构抗火方面的研究工作已经取得长足进步,但在预应力混凝土结构火灾性能方面的研究才刚刚起步。诚然,预应力混凝土结构的抗火性能与一般钢筋混凝土结构在许多方面有相似性,但由于预应力混凝土结构自身的特性,这方面的研究还存在着许多问题,主要表现为以下方面:一是到目前为止各国学者所进行的试验及研究,基本上是以预应力混凝土简支构件在标准火灾下极限耐火时间为研究对象,主要考虑了截面内部温度分布及升温对预应力钢筋强度的影响等因素;二是以往试验主要研究预应力混凝土构件的耐火性能,由于结构的相互作用,因此受火构件的热变形将对其他构件产生影响,并存在较大的内力重分布,目前尚无专门研究,一般的解决办法是直接引用普通钢筋混凝土连续梁等火灾的有关结果,而这些结果是否能直接使用于预应力混凝土结构尚缺乏试验验证;三是以往的分析方法仅以热传导作为判断依据,无法对结构响应和损伤如位移、开裂、屈服等进行有效的判断,特别是材料的高温蠕变对结构火灾响应的显著影响缺少一定的研究;四是与普通混凝土相比,预应力混凝土具有许多特殊性,而以往的试验研究较少涉及。

3今后应开展的工作

(1)预应力材料高温性能研究。采用高强预应力钢丝和钢绞线是目前高效预应力混凝土的一个主要特征,因此预应力钢丝和钢绞线在高温下的蠕变性能是预应力混凝土结构抗火性能研究的基本内容。必须要通过材料试验研究高强钢丝和钢绞线在高温下的强度、变形、弹性模量的变化规律,特别是钢丝和钢绞线的高温蠕变性能对预应力混凝土结构的有效预应力的影响。此外要重视材料高温(火灾)性能数据库的建立。由于混凝土和钢材本身化学成分的差异,在温度影响下材料热工、力学性能有较大的离散性,如何对目前国内外进行的高温材料试验结果进行总结,并建立可供计算机程序调用的材料高温(火灾)性能数据库是火灾材料研究的一个重点。

(2)高温下预应力整体结构的非线性有限元分析。拟用传热学的基本原理,得到差分-有限元瞬态非线性温度场计算基本方程和各类常用边界条件,由此计算预应力混凝土结构温度场分布,并根据热弹塑性基本理论建立预应力混凝土火灾反应的非线性有限元分析基本方程。方程可用于分析预应力混凝土结构火灾下的变形、内力变化及预应力筋的应力随时间变化的过程,确定预应力结构火灾反应的一些基本特征。

(3)结构火灾的计算机仿真试验分析。一方面预应力混凝土结构火灾试验是最直接反应预应力混凝土结构抗火性能的手段,但预应力混凝土结构通常都应用于各类大跨度、大空间结构,由于试验条件限制,无法进行足尺模型试验,采用缩小比例的模型能基本反映火灾全过程的反应规律,但仍然有一定的差距。另一方面,由于受试验条件、试验经费的限制,也无法进行大量的模型试验。在进行模型试验的同时,要研究如何采用计算机仿真试验以避免上述限制。通过大量仿真试验,了解不同形式预应力混凝土结构的抗火能力,并提出改善预应力混凝土结构抗火能力的方法。笔者通过对有粘结预应力框架火灾位移的计算机仿真分析,可以得出如图2所示的有粘结预应力框架火灾下位移的实测值和计算机仿真分析结果的比较。由图2可见,计算所得的位移变化规律与实测相符,但仿真分析得到的结构位移较实测要大,误差最大时为40%。产生误差的主要原因可能由于试件混凝土含水率偏高,造成计算温度场高于实际温度分布,而结构的温度变形及材料性质与温度密切相关,从而产生结构计算误差。并且温度越高,材料的物理、力学性能离散性越大,另一方面,材料的高温蠕变的相关资料较少,这些也会造成一定的误差。总之仿真分析时的参数取值是否准确将影响分析结果,合理的参数取值依赖于可靠的实验结果。

(4)结构火灾反应的可靠度分析。由于火灾发生的可能性、火灾的持续时间和峰值强度、发生火灾时结构承受的荷载等因素并不确定,材料在高温下性能更趋于离散,上述因素均会影响结构的耐火性能。在无粘结预应力结构中,还存在锚固失效的可能性,以及结构局部失效可能产生的整体失效等,因此如何在设计中对这些因素进行综合考虑,以确定其耐火安全度是结构火灾的一个重要研究内容。结构火灾下的可靠度分析也是对现有遭受过火灾的建筑物进行评估的一个重要方面。

(5)结构抗火设计计算机模块的研制。目前对特定结构进行火灾全过程非线性有限元分析在理论上是可行的,但不免繁复的运算过程。因此有必要编制具有工程准确度的、概念清晰且简易实用的结构抗火设计计算机程序,并实现和现有通用结构设计软件进行接口是结构抗火试验研究工程化的一个关键。

参考文献

1AshtonLA.Thefire-resistanceofprestressedconcretefloors[J].CivilEngineeringandRublicworksReview,1951(46)

混凝土结构论文第3篇

目前钢筋混凝土排架结构在设计分析方面仍面临很多挑战,为能解决这些可能遇到的问题,很多学者对钢筋混凝土排架结构设计上做了研究。在唐山大地震中,大多数以钢筋混凝土排架结构为主的工业厂房结构柱破坏,造成很大的损失和伤亡,此后,我国学者钢筋混凝土排架结构开始进行深入的分析与研究。研究的内容如下:地震局工程力学研究所对排架结构进行了有机玻璃模型的具体分析;李树祯等采用弹塑动力时程分析方法对横向单棍的排架结构进行分析,认为钢筋混凝土排架结构用普通的设计方法可满足抗震的基本要求,但从概率角度出发,其可靠度相对较低,地震作用下部分构件可能超过强度而严重破坏,“强柱弱梁”整体厂房还做不到;西安建筑科技大学共同对变柱变梁异型平面节点、钢筋混凝土框排架结构柱和带直交梁空间节点进行了大量的试验研究,研究结果表明:提出了长柱、短柱、普通混凝土柱以及异型节点承载力在高强混凝土上的计算公式,为改善节点区的配筋及高强混凝土在工程中应用提供了理论依据;目前弹性扭转效应的研究已趋于成熟,各国的规范对结构的弹性扭转效应都有各自的计算方法。对于结构进入塑性扭转,由于塑性扭转效应涉及到对整体结构的空间弹塑性分析的问题,其在这一领域问题较为明显,为钢筋混凝土排架等结构工程领域研究的热点问题。从总体上讲,在钢筋混凝土排架结构设计及理论方面,通过理论研究分析取得了许多有益的结论。但目前排架结构的研究重点仍处于对平面和弹性阶段的研究和分析,目的是能将空间计算问题尽量简化为平面的简单问题计算。由于钢筋混凝土排架结构的自身复杂性、专业性和特殊性,当前仍然有很多问题有待解决,如:塑性扭转效应和非线性分析问题;当前抗震性能的试验在钢筋混凝土排架整体结构领域进行较少,在排架结构的设计中,抗震设防的理论有待进一步完善;在排架结构处于塑性区后,其抗震能力发生变化,这一现象在结构扭转效应表现突出;此外,对排架与框架相互结合剪力墙结构的研究涉及较少,对框排架的工作性能及受力特点有待进一步的更多的研究和分析;钢筋混凝土框排架结构中框架与排架的协同工作受力情况较为模糊。

2我国目前规范对钢筋混凝土排架设计的不足

在钢筋混凝土排架结构的抗震设计方面,GB50191—2012构筑抗震设计规范和GB50011—2010建筑抗震设计规范指导规范不同地域、不同排架结构的抗震设计。本文结合《构筑抗震设计规范》的具体条文,阐述了目前规范中钢筋混凝土排架结构中设计的不足和缺陷。有关排架结构上部屋架结构计算的规定有:

1)《构筑抗震设计规范》6.2.19条规定,针对Ⅲ,Ⅳ类场地和8度、9度时,应该考虑屋架下弦的拉压效应对结构的影响并核算屋架承载力;

2)《构筑抗震设计规范》6.2.22条规定,针对Ⅲ,Ⅳ类场地和8度、9度时,应验算变形产生的附加内力。上述两点叙述,规范使用“应”字,因此应考虑建立合适的屋架和支撑的杆系模型,否则无法得出上述内力值。在钢结构排架设计方面,钢排架结构施工进度快,造价低,但以后要经常维护保养。框架结构施工复杂,造价高,后期维护工作量低。在工程建设中,钢架也就是在排架柱方向通过设置联系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗纵向力下变形的钢框架(局部开间或连续开间),具体做法可采用实腹联系梁或格构桁架———根据可设置高度选用,采用门式柱间支撑,可以留出工艺空间,还能对柱平面外予以加强。但我国处于高度使用水泥的情况,环境污染日益严重,从节能减排方面讲,钢排架结构应作为首选,但规范未给具体说明。

3结语

混凝土结构论文第4篇

1.1浅析预应力混凝土结构的基本概念

在开始充分讨论预应力混凝土结构关键技术及其施工管理之前我们必须对预应力混凝土结构有一个初步的认识和了解,对其基本概念、特点以及相关方面的内容都应该面面俱到,这样才有助于我们下文展开分析和论述。就其字面意思分析,预应力混凝土结构肯定是在混凝土基础上演变而来的,在其基础通过注入一定的技术使其具有更加稳定、安全的性能。从更严格的含义出发,所谓的预应力混凝土结构是指在实际的施工过程当中,通过采用强度较好的钢材和强度等级优良的混凝土,然后凭借先进的设计理念和相关的理论以及一些比较科学的先进的施工工艺将其形成一个整体,最终形成的配筋混凝土结构。传统的预应力混凝土结构已经无法满足我们当前对混凝土技术的需求,现代的预应力混凝土技术正如雨后春笋般开始进入我们的日常的建设活动过程当中。和传统的预应力混凝土技术相比较而言,现代的预应力混凝土技术拥有绝对的优势,具体可以表现为以下几个方面:在某种程度上二者在预应力的钢筋选取上有一定的差别,传统的预应力混凝土结构主要采取的是通过冷加工过程形成的钢材,抗拉强度比较差,而现代的预应力混凝土结构则主要采用的是抗拉强度比较好的高标准的钢绞线作为预应力的钢筋,这大大的避免了因为预应力钢筋抗拉强度差而导致的一些严重的问题,另一方面二者在混凝土的选择上有一定的差别,相对于传统的预应力混凝土结构而言,现代的预应力混凝土结构运用的混凝土的指标和质量明显的优于传统的预应力混凝土结构所采用的混凝土。除此之外,我们必须还需要明确传统的预应力混凝土结构和现代的预应力混凝土结构在结构方面存在的差别。前者主要侧重于预制预应力混凝土构件为主,而后者则更侧重于大跨超静定结构,在某种意义上实现了从“构件”向“体系”的完美过渡。当然,正是由于二者之间存在着这种本质上的区别,它们的运用领域也有所不同,相比较而言,现代的预应力混凝土结构有着更为广阔的用途。

1.2预应力混凝土结构的工作原理初探

在对现代预应力混凝土结构的概念和其基本特点有了初步的了解以后,在此基础上我们接下来探讨一下现代预应力混凝土结构的工作原理,对其形成一个更为全面、深入、系统的了解和认识。现代预应力混凝土结构的工作原理主要是通过对混凝土的结构进行科学合理的布置和安排,然后凭借预应力钢筋的张拉效应产生一种新型的荷载,使得这种荷载与外荷载形成完全相反的效应,在这种情况下,新产生的新型荷载就可以在一定程度上抵消外荷载的作用,将整个结构受到的实际的荷载的影响降低到一个水平之下。最终达到不断减小截面尺寸的目的,截面尺寸的面积越小,它所受到的外荷载效果就会越显著,从而实现增大预应力混凝土结构跨越时的跨度,达到这一结构的目的之所在。

2现代预应力混凝土关键技术及其施工管理探析

2.1现代预应力混凝土关键技术分析

整个施工过程中,现代预应力混凝土模型结构主要包括斜梁预制、保持预制斜梁就位、穿环向预应力筋、在预制斜梁间向拼缝处灌入一定量的浆液、向预应力筋张拉环、在预应力筋中穿入径、浇筑地圈梁等重要的环节。这些环节之间有着密切的联系,对于每一个环节都必须要做的非常精确和完整,不能够出现一丝闪失,否则整个工程将前功尽弃。对这些过程细分,我们需要对每一个环节都进行严格的探讨和分析。在斜梁预制的过程当中,我们必须要认识到模型结构的尺寸直接关系到我们斜梁预制效果的好坏,考虑到它的面积本身比较小,我们一般情况下采取的是细石混凝土来预制斜梁,对于细石混凝土的配比、规格都有严格的规定。斜梁预制的关键在于如何有效的控制好预应力筋预留孔道的误差的大小,这个误差的界限对于后期施工的开展至关重要,我们必须将其有效的控制在0.5毫米以内的范围之内。而在架设临时支撑和斜梁就位的过程当中,我们采用两点支撑的方法,除了严格按照一定的流程进行施工之外,这一环节在技术和细节上没有太多的限制和要求。相比较前两个环节而言,穿环向预应力筋和拼缝处灌浆就显得有点难度,由于斜梁上的板尺的尺寸大小不一,使得孔道之间的间隙也完全不同,这就为预应力筋的穿筋过程造成了一定的麻烦,在穿筋过程中,我们要设法减轻相互之间的摩擦,穿筋完成之后,我们才可以在拼缝处灌入浆液,灌浆的主要目的在于避免应力集中,同时灌浆对于径向主梁平面外受弯开裂也发挥着至关重要的作用。在之后的几个环节中对于钢筋的规模尺寸以及质量都有着较高标准的要求,因此,在施工过程中,一定要对钢筋进行严格的筛选和考察,使得每个钢筋都可以有条不紊的对号入座,从而保证整个施工过程的完整性和优质性。

2.2预应力混凝土结构在施工管理的具体分析

在施工过程中,除了要把握好预应力混凝土结构的关键环节意外,同时还需要注重对施工质量的监督和重视,即做好所谓的施工管理工作。这就要求我们在实际的施工过程当中,科学合理的管理施工项目部,注重对施工人员的筛选、考核和定期培训,在人员安排上做到人尽其用,有效的发挥出其个体的主观能动性和价值作用。

3结语

混凝土结构论文第5篇

论文摘要:混凝土结构被广泛应用于多种工程,解决开裂问题是决定混凝土结构是否能够满足使用需求和耐久性的关键。

0引言

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于混凝土施工、本身变形和约束等一系列问题,使混凝土裂缝成了土木、水利、桥梁、隧道等工程中最常见的工程病害。轻者使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性等,严重的将威胁到人民的生命、财产。出现混凝土裂缝的原因从微观上看,混凝土是由水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体,由于混凝土的组成材料、微观构造以及所收外界影响的不同,混凝土裂缝产生的原因也有很多种。

1混凝土结构的裂缝依其形成可分为以下三类

1.1静止裂缝系指形态、尺寸和数量均已稳定不再发展的裂缝。修补时,仅需依裂缝粗细选择修补材料和方法,而与其它因素无关。

1.2活动裂缝系指其宽度不能保持稳定,易随着结构构件的受力、变形或环境温、湿度的变化而时张、时闭的裂缝。修补时,应先消除其成因,并观察一段时间,确认已稳定后,再依静止裂缝的处理方法修补;若无法完全消除其成因,则应使用具有足够柔韧性的材料进行修补。

1.3尚在发展的裂缝系指长度、宽度或数量尚在发展,但经历一段时间后将会终止的裂缝。对此类裂缝应待其停止发展后,方可进行修复或加固。

混凝土裂缝修补前,应对其成因进行研究,若是由于承载能力不足引起的裂缝,除应选择相应的方法进行修补外,尚应选用适当的加固方法进行加固。

2修补设计

修补设计原则上应根据第四章是否需要修补及补强加固的判定结果,进行恢复己开裂结构件的机能及耐久性的设计,更重要的是要选择适当的修补材料、修补工法以及在选择修补时间的基础上进行修补设计。进行修补设计时,应考虑如下事项:①根据是否需要修补的判断结果,设定修补范围及规模,还应按需要再度调查现场。②掌握开裂原因、开裂状况(裂缝宽度、深度及型式等),建筑物的重要性及环境条件(一般环境、工厂地区、盐类环境、温泉地带、寒冷地带及特殊用途)。③为了明确规定修补目的及恢复目标,考虑环境条件,选定最适于修补的修补材料、修补工法及修补时间。选择修补工法,可按开裂现场及开裂原因决定。另外,当构筑物处于盐类等苛刻环境时,应选择比普通环境条件高一个等级的材料及工法。如有可能,裂缝最好在稳定后再作修补;对随环境条件变化的温度裂缝,则宜在裂缝最宽时处理。

混凝土建筑物及构件的修补恢复目标将视竣工时的初期性能、建筑物的耐用年限、开裂原因、劣化程度及劣化范围等而异,另外,保修年限也不尽相同。通常,可将修补恢复目标分成如下三个阶段:①恢复到与健全构件同等性能。②恢复到不妨碍使用的程度。③恢复到能够确保人身安全的程度。一般针对以确保人身安全而进行的应急修补工程。④必须充分研究修补作业所必要的机械材料、脚手架及工程现场对周围人群的安全保障。

3修补方法

3.1表面修补法①利用混凝土表层微细独立裂缝(裂缝宽度ω≤0.2mm)或网状裂纹的毛细作用吸收修补胶液,封闭裂缝通道。对楼板和其它需要防渗的部位,尚应在混凝土表面粘贴纤维复合材料以增强封护作用。常用的方法为涂覆法,增加整体面层,压抹环氧胶泥,环氧浆液粘玻璃丝布,表面缝合等。②涂覆法:混凝土表面出现数量较多的表面裂缝时,采用手工或机械喷涂方法,将修补材料涂覆于混凝土表面,起到表面封闭作用。涂膜厚度在0.3~2.5mm之间,厚度大者适应裂缝变化能力强。选用修补材料时应考虑使用条件(室内、室外、环境温湿度变化,介质腐蚀情况)以及裂缝活动情况等,例如,要求耐磨的地坪可选用环氧沥青涂料,聚氨酷涂料,聚氨酷沥青涂料等刚性涂料,不稳定的裂缝修补可选用聚氨酷弹性体,橡胶型丙烯酸酷涂料等弹性涂料。③增加整体面层:混凝土表面裂缝数量较多,分布面较广时,常采用增加一层水泥砂浆或细石混凝土整体面层的方法处理。多数情况下,整体面层内应配置双向钢丝网。有条件时,宜采用喷射法施工水泥砂浆或混凝土整体面层。3.2局部修复法①充填法用钢钎、风镐或高速转动的切割圆盘将裂缝扩大,最终凿成V形或梯形槽,分层压抹环氧砂浆、或水泥砂浆、或聚氯乙烯胶泥、或沥青油膏等材料封闭裂缝。其中V形槽适用于一般裂缝修补;梯形槽用于渗水裂缝修补;环氧砂浆适用于有结构强度要求的修补;聚氯乙烯胶泥和沥青油膏仅适用于防渗漏的修补。②预应力法用钻机在构件上钻孔,注意避开钢筋,然后穿入螺栓(预应力钢筋),施加预应力拧紧螺帽,使裂缝减小或闭合。如条件许可时,成孔的方向应与裂缝方向垂直,钻孔方向不与裂缝垂直时,宜采用双向施加预应力。③部分凿除重新浇筑混凝土对于钢筋混凝土预制梁等构件,由于运输、堆放、吊装不当而造成裂缝的事故时有发生。这类裂缝有时可采用凿除裂缝附近的混凝土,清洗、充分湿润后,浇筑强度高一等级的混凝土,养护到规定强度的修补方法。修补后的构件仍可使用在工程上。用这种方法修补己断裂的构件应特别慎重。此外,修补前应检查钢筋的实际应力和变形状况。修补混凝土宜用微膨胀型。修复工作必须十分仔细认真,否则新老混凝土结合不良将导致失败。

3.3灌浆法将水泥或化学浆液灌入混凝土缝内,使其扩散,固化。固化后的浆液具有较高的粘结强度,与混凝土能较好地粘结,从而增强了构件的整体性,使构件恢复使用功能,提高耐久性,达到堵漏防锈补强的目的。用于结构修补的化学浆液主要有两类:一类是环氧树脂浆;另一类是甲基丙烯酸甲酷液(简称甲凝液)。用于防渗堵漏的化学浆液主要有:水玻璃、丙烯酞胺、聚氨酷、丙烯酸盐等。这些不溶物可充填缝隙,使之不透水并增加强度。

3.4低压慢注修补法(注射法)以一定的压力将修补胶液注入裂缝腔内;此法适用于处理0.2<ω<1.5mm静止的独立裂缝、贯穿性裂缝以及蜂窝状局部缺陷。可使用JN-L低粘度灌缝胶及JN-F封口胶。

3.5压力注浆法在一定时间内,以较高压力(按注浆料产品说明书确定)将灌注材料压入裂缝腔内;此法适用于处理大型结构贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的裂缝。可使用JN-J或HPG两种水泥基改性材料,也可使用JN-M结构灌注胶。

3.6填充密封法在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出U形或V形沟槽,然后用改性环氧树脂或弹性填缝材料填充,必要时以纤维复合材料封闭其表面;此法适用于处理ω>0.5mm的活动裂缝和静止裂缝。可使用JN-XF裂缝封闭胶或JN-LE弹性灌缝胶。

民用建筑混凝土结构裂缝修补工法多种多样,但我们不能只知其一、只用其一,而应牢牢掌握每一种方法,以一变应万变,做到根据不同情况采取不同方法,切实从每一个环节入手,做好过程控制,完善施工手段,确保施工质量,尽量实现修补最优。

参考文献:

混凝土结构论文第6篇

这类结构在水利工程设计中是难于避免的,有时,它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲,只要允许素混凝土结构的存在,必定会有少筋混凝土结构的应用范围,因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土,水工混凝土多数为大体积混凝土,水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中,如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等,在外力作用下,一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求,结构应有足够的自重;另一方面,还应满足强度、抗渗、抗冻等要求,不允许出现裂缝,因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计,常需配置较多的钢筋而造成浪费,若按素混凝土结构设计,则又因计算所需截面较大,需使用大量的混凝土。

对于这类结构,如在混凝土中配置少量钢筋,在满足稳定性的要求下,考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用,就能减少混凝土用量,从而达到经济和安全的要求。因此,在大体积的水工建筑物中,采用少筋混凝土结构,有其特殊意义。

关于少筋混凝土结构的设计思想和原则,我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。

二、规范对少筋混凝土结构的设计规定

对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上,这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)(下文简称规范)有关最小配筋率的规定,摘录并阐述如下:

1.一般构件的纵向钢筋最小配筋率

一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时,最小配筋率应适当增大。

2.大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构,其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即

1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为:

ρmin=ρ0min()

也可按下列近似公式计算:

底板ρmin=(规范9.5.2-1)

墩墙ρmin=(规范9.5.2-2)

此时,底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制,但应配置适量的构造钢筋。

2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为:

ρ'min=ρ′0min()

按上式计算最小配筋率时,由于截面实际配筋量未知,其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出,需先假定一配筋量经2—3次试算得出。

上列诸式中M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值;

e0——轴向力至截面重心的距离,eo=M/N;

Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力;

b、ho——截面宽度及有效高度;

fy——钢筋受拉强度设计值;

γd——钢筋混凝土结构的结构系数,按规范表4.2.1取值。

采用本条计算方法,随尺寸增大时,用钢量仍保持在同一水平上。

3.特大截面的最小配筋用量

对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件,规范规定:如经论证,其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制,钢筋截面面积按承载力计算确定,但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。

规范对最小配筋率作了三个层次的规定,即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定;对于截面厚度较大的板、墙类结构,则可按规范9.5.2计算最小配筋率;对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

为慎重计,目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率,对于其他结构,则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算,以避免因配筋过少,万一发生裂缝就无法抑制的情况。

经验算,按所建议的变化的最小配筋率配筋,其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构,为控制裂缝不过宽,宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时,则可仅配构造钢筋。

三、规范的应用举例

例1一水闸底板,板厚1.5m,采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋,每米板宽承受弯矩设计值M=220kN/m(已包含γ0、φ系数在内),试配置受拉钢筋As。

解:1)取1m板宽,按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

αs===0.012556

ξ=1-=1-=0.0126

As===591mm2

计算配筋率ρ===0.041%

2)如按一般梁、柱构件考虑,则必须满足ρ≥ρmin条件,查规范表9.5.1,得ρ0min=0.15%,

则As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2

3)现因底板为大尺寸厚板,可按规范9.5.2计算ρmin

ρmin===0.0779%

As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2

实际选配每米5Φ18(As=1272mm2)

讨论:1)对大截面尺寸构件,采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋,本例为1:1130/2175=1:0.52。

2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m,按规范9.5.2计算的ρmin变为:

ρmin===0.0461%

则As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2

可见,采用规范9.5.2计算最小配筋率时,当承受的内力不变,则不论板厚再增大多少,配筋面积As将保持不变。

例2一轴心受压柱,承受轴向压力设计值N=9000kN;采用C20级混凝土和I级钢筋;柱计算高度l0=7m;试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。

解:1)b×h=1.0m×1.0m时,轴心受压柱承载力公式为:

N≤φ(fcA+fy′As′)

==7<8,属于短柱,稳定系数φ=1.0,

As′===3809mm2

ρ′===0.38%

由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%,对一般构件,应按ρ0min′配筋

As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2

2)b×h=2.0m×2.0m时,若仍按一般构件配筋,则

As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2

现因构件尺寸已较大,可按规范9.5.3计算最小配筋率:

ρmin′=ρ0min′()

式中因实际配筋量As′尚不知,故需先假定As′计算Nu。

①假定As′=4000mm2。

Nu=fy′As′+fyAs

=210×4000+10×4.0×106=40.84×106N

ρmin′=ρ0min′()

=0.4%()=0.106%

As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2

②假定As′=4231mm2。

Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106N

ρmin′=0.4%()=0.1056%

混凝土结构论文第7篇

关键词:混凝土结构设计建筑结构

前言

1在设计方法上的差别

在建筑结构专业的《混凝土结构设计规范》GBJ10-89中(以下简称GBJ10-89),采用的是近似概率极限状态设计方法。以概率理论为基础,较完整的统计资料为依据,用结构可靠度来衡量结构的可靠性,按可靠度指标来确定荷载分项系数与材料分项系数,使设计出来的不同结构,只要重要性相同,结构的可靠度是相同的。

在公路桥梁专业的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》TJT023-85中(以下简称TJT023-85),采用的是半概率半经验的极限状态设计方法。虽然也采用概率理论及结构可靠度理论,但在设计公式中是用三个经验系数来反映结构的安全性,即荷载安全系数、材料安全系数、结构工作条件系数。

在设计中,对这种系数的差别要注意区别,不能混淆。

2材料强度取值上的差别

2.1混凝土的强度

混凝土立方体抗压强度是混凝土的基本强度指标,是用标准试块在标准养护条件下养护后用标准试验方法测得的强度指标。两规范中所采用的试块尺寸是不同的。GBJ10-89中采用150mm立方体试块,TJT023-85中用200mm的立方体试块。GBJ10-89中,根据测得的具有95%保证率的立方体抗压极限值来确定混凝土的强度等级,一共分为十级,即C10,C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C60。

TJT023-85中,根据测得到具有84.13%保证率的立方体抗压极限值来确定混凝土的强度等级,用混凝土标号表示,一共分为七级,即15号、20号、25号、30号、40号、50号、60号。由于所采用的试块尺寸不同,两规范中相同数值等级的混凝土强度值是不同的,GBJ10-89的值大。如C15混凝土与15号混凝土,尽管都表示强度等级为15Mpa的混凝土,但实际强度C15混凝土比15号混凝土大。混凝土强度取值不同,这一点在设计中是要注意的。

2.2钢筋的强度

两规范中,钢筋的标准强度取值是一样的,都采用钢材的废品限制值作为取值依据。但钢筋的设计强度取值不一样,GBJ10-89中以标准强度值除以材料分项系数作为取值依据,而TJT023-85中设计强度取值与标准强度取值是一样的。这样,相同的钢筋等级,TJT023-85中钢筋的设计强度取值大。

3荷载取值的差别

两规范中荷载分类与取值都有明确的规定,不容易混淆。在荷载效应组合中有一点差别,应注意。GBJ10-89中,荷载效应组合时,既有荷载分项系数,又有荷载组合系数,要区别开来。TJT023-85中只有荷载分项系数。

4构件计算的差别

两规范中在构件计算上,尽管依据的原理、计算假定、计算模型基本一致,但计算公式、计算结果是有较大差别的。构件计算是关系到设计结果的最重要的一环,值得重视。限于篇幅,只以正截面受弯和斜截面受剪强度计算为例看计算上的差别。

4.1正截面受弯强度计算

两规范在计算假定上就有差别。混凝土极限压应变取值,TJT023-85中为εu=0.003GBJ10-89中εu=0.0033。在等效矩形应力图形中,TJT023-85取γσ=Raβx=0.9x。GBJ10-89中取γσ=1.1fcβx=0.8x。由于εu取值不同,两规范中混凝土界限受压区高度有些差别。从混凝土极限压应变、等效矩形应力图形的差别上可以看出,两规范中安全储备是不同的。TJT023-85的安全储备大。

下面用算例来说明这一问题。

有矩形截面梁,截面尺寸为250mm×500mm20号混凝土,Ⅱ级钢筋。计算截面处计算弯矩为Mj=15KN.m试进行配筋计算。

4.1.1先按TJT023-85计算。

已知20号混凝土抗压强度设计值Ra=11MpaII级钢筋抗拉强度设计值Rg=340Mpa混凝土相对界限受压区高度ξjg=0.55,材料安全系数γc=γs=1.25。

(1)求混凝土受压区高度x

先假定钢筋按一排布置,钢筋重心到混凝土受拉边缘的距离a=40mm,则有效高度h0=(500-40)mm=460mm由

解得X=133mm<ξjgh0=0.55×460=253mm。

(2)求所需钢筋数量Ag,由RgAg=Ra·bx,得

Ag===1076mm2

(3)验算最小配筋率μ===1%>μmin=

0.1%,满足规范要求。

4.1.2按GBJ10-89计算

C20混凝土,弯曲抗压强度设计值fcm=11Mpa,钢筋抗拉强度设计值fy=310Mpa混凝土相对界限受压区高度ξb=0.544

(1)求X有Mj=fcmb×(h0-)得115×106=11×250×(460-),解得x=(1-1-)h0=102.3mm<ξbh0=0.544×460=250.2mm满足要求

(2)求As由Asfy=fcmbx得As=fcmbx/fy=(11x250×102.3)/310=907.5mm2>μminbh0=0.15%×250×460=172.5mm2

如果扣除由于20号混凝土与C20混凝土之间强度取值的差别,20号混凝土按GBJ10-89,fcm=11×0.95=10.45MPa则x=(1-1-)×460=108.5mm,As=(10.45x250x108.5)/310=914.4mm2

从上述计算中看出,按TJT023-85比按GBJ10-89钢筋用量多17.7%。

4.1.3受弯构件斜截面强度计算

在斜截面强度计算中,两规范都是根据斜截面发生剪压破坏时的受力特征和试验资料所制定的。但两规范在计算公式表述上及计算结果上都有较大的差别。

TJT023-85中,斜截面强度计算公式为:Qj≤Qu=Qhk+QW,其中Qhk=0.0349bh0(2+p)RμkRgk,Qw=0.06RgwΣAwsinα,式中Qj:根据荷载组合得出的通过斜截面顶端正截面内的最大剪力,即计算剪力,单位为KN;Qhk:混凝土和箍筋的综合抗剪承载力(KN);Qw:弯起钢筋承受的剪力(KN);b:通过斜截面受压区顶端截面上的腹板厚度(cm);h0:通过斜截面受压区顶端截面上的有效高度,自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离(cm);μk:箍筋配筋率μk=nk·ak/(b·s);Rgk:箍筋的抗拉设计强度(Mpa),设计时不得采用大于340Mpa:R:混凝土标号(Mpa);p斜截面内纵向受拉主筋的配筋率,p=100μ,μ=Ag/bh0当p>3.5时,取p=3.5;Rgw:弯起钢筋的抗拉设计强度(Mpa);Aw在一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋纵截面面积(cm2);α:弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。

上式中工作条件系数、安全系数均已记入。公式的适用条件采用上限值和下限值来保证。上限值要求截面最小尺寸满足Qj≤0.051Rh0(KN)。满足下限值,Qj≤0.038R1bh0(KN)可按构造要求配置箍筋,式中R1:混凝土抗拉设计强度(Mpa)。GBJ10-89中,斜截面承载力的计算公式为V≤Vu=Vcs+Vsb其中Vcs=0.07fcbh0+1.5fyv(Asv/S)h0Vsb=0.8fyAsbsinαs当为承受集中荷载的矩形独立梁,Vcs=0.2/(λ+1.5)fcbh0+1.25fyvh0,式中V:构件截面上的最大剪力设计值(N);Vcs:混凝土与箍筋的综合抗剪承载力(N);Vsb:弯起钢筋所承受的剪力(N);b:矩形截面的宽度,T形截面或I形截面的腹板宽度(mm);h0:通过斜截面受压区顶端截面上的有效高度,自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离(mm);fc:混凝土的抗压强度设计值(Mpa);fyv:箍筋的抗拉强度设计值(Mpa);S:沿构件长度箍筋间距(mm);fy:弯起钢筋的抗拉强度设计值(Mpa);Asb:在一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋纵截面面积(mm2);αs:弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。

公式的适用条件也是采用上限值和下限值来保证。上限值要求截面最小尺寸满足V≤0.25fcbh0当为薄腹梁,V≤0.2fcbh0。满足下限值V=0.07fbh0,可按构造要求配置箍筋。从上述公式中,可以看出,公式的表达形式不同,各物理量的单位也不同。

下面以实际例子看看计算结果上的差别。

已知T形截面简支梁,25号混凝土,纵筋采用II级钢筋,箍筋采用I级钢筋,计算截面的计算剪力为416.27KN受拉区有2Φ32的纵筋,保护层厚30mm。进行腹筋设计。

下表是根据两规范进行的计算比较。

TJT023-85中,对斜截面抗剪计算,要求弯起钢筋承担40%的计算剪力,混凝土与箍筋共同承担60%的计算剪力。另根据规范对计算剪力的定义,TJT023-85中的计算剪力与GBJ10-89中的设计剪力是一致的。所以在GBJ10-89计算中,也按4:6比例分担剪力。