不同规范钢筋混凝土受弯构件的裂缝计算比较.pdf
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1、2 8 8 科技研究 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年 6 月第 6 期 不同规范钢筋混凝土受弯构件的裂缝计算比较 吴立鹏 ,范 伟 ,曾丽萍 ( 武汉市政工程设计研究院有限责任公司, 湖北武汉 4 3 0 0 2 3 1 摘要 : 该文分析 了不 同行 业规范 的裂缝计算公 式的异 同 , 并通过 工程算例 , 得 出不 同规范的计算裂缝宽 度存 在较大差异 , 为设 计人员进行混凝土结构设计时提供参考 。 关键词 : 规范 ; 裂缝 ; 受弯构件 中图分类号: T U3 7 5 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 2
2、8 8 0 3 O 引言 钢筋混凝土受弯构件是钢筋混凝土结构中的最 为普通的受力构件 。 除需进行承载能力计算外 , 还应 根据使用功能和外观要求 , 进行正常使用极限状态 验算 其 中对受力裂缝宽度 的验算是其中一项重要 的计算内容。裂缝宽度计算的方法很多 , 不 同的规 范采用不同的计算公式 。 国内公路桥涵结构 的钢筋 混凝土结构采用 了偏 于统计分析的计算方法 , 水工 和建工的钢筋混凝土结构的计算方法是基于滑移理 论建立的。在同样的工程条件下 , 采用不同的规范 中的计算公式进行计算 , 得到的计算结果相差较大。 为了方便设计人员 了解各行业规 范在此方面的差 异 更好地不同功能和使
3、用条件下的结构构件进行 设计 , 本文对 水工混凝 土结构设计规范 ( S L 1 9 1 2 0 0 8 ) ” 、 给 水 排水 工程 构 筑 物 结 构 设计 规 范 ( G B 5 0 0 6 9 2 0 0 2 ) 2 1 、 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ) p 、 公路钢筋混凝土及预应力混凝 土桥涵设计规范 ( J T G D 6 2 2 0 0 4 ) t4 1四种钢筋混凝 土结构设计规范 中有裂缝计算 内容进行分析 比较 , 为设计人员进行混凝土结构设计提供参考。 1 不 同规范的裂缝计算公式 钢筋混凝土产生裂缝的原 因很
4、多 , 本文讨论的 裂缝是仅指由荷载效应的直接作用引起的裂缝。在 钢筋混凝土受弯构件 中, 裂缝出现前 , 混凝土及钢筋 的应力沿构件长度基本上是均匀分布的 , 当构件荷 载继续增加 。 混凝土的拉应力也逐渐增大 , 当其拉应 力达到其抗拉强度时, 在构件上最薄弱的截面上将 出现裂缝 。裂缝 出现后 , 开裂截面处的混凝土退 出 工作 , 应力为零, 钢筋负担全部拉力 , 产生应力突变。 收稿 日期 : 2 0 1 2 一 O 1 1 7 作者简介 : 吴立鹏 ( 1 9 7 4 一 ) , 男 , 湖北天 门人 , 高级工程师 , 从事 市政 、 岩士及民用建筑工程设计和研究 工作 。 钢筋
5、和混凝土应力的变化使钢筋和混凝土之间的产 生粘 结力 和相 对滑移 。裂缝 宽 度即混 凝土在 开裂 截 面的回缩量 ,为裂缝出现后钢筋与外 围混凝土在裂 缝间距之间的相对滑移总和 或者说为两者在两条 裂缝间距间的伸长差值。 为计算裂缝宽度 ,各个规范均给出了裂缝宽度 的计算公式。 1 1 水 工 混凝土 结构设 计规 范的计 算公 式 水工混凝土结构设计规 范规定 最大裂缝宽度 w m 的计算公式为: w : ( 3 0 + c + 0 0 7 ( 1 ) s Pt 。 式中: 考虑构件受力特征和荷载长期作用的综 合影响系数 ,对受弯和偏心受压构件 , 取 a = 2 1 ; 对偏心受拉构件
6、 , 取取 a = 2 4 ; 对轴心受拉构件 , 取 a = 2 7 ; 按荷载标准值计算 的构件纵 向受 拉钢 筋应力 : E 钢筋的弹性模量 ; c 最外 层 纵 向 受拉 钢 筋 外 边缘 至 受 拉 区 边 缘的距离: d 钢筋直径 : p 。 纵 向受拉钢筋的有效配筋率。 1 2给水排水工程构筑物结构设计规范的计算公式 给水排水工程构筑物结构设计规范规定最大裂 缝宽度 w 一的计算公式为 : = 1 8 r 1 5 c + 0 1 l d) ( 1 -,1 - O 1 ) ( 2 ) 5 P 式中: 裂缝间受拉钢筋应力不均匀系数 ; 按长期效应 准永久组合作用计算的截 面纵纵向受拉
7、钢筋应力 ; 钢筋 的弹性模量 ; 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 6 月第 6 期 城 市道桥 与防洪 科技研究 2 8 9 c 最外层纵 向受拉钢筋外边缘至受拉区边 缘 的距离 ; 钢筋直径 ; p 。 以有效受拉混凝土截面面积计算的纵 向 受拉钢筋配筋率; 0 , 系数, 对受弯、 大偏心受压构件可取 : D ; z , 纵向受拉钢筋表面特征系数 , 对光面钢筋 应取 1 0 ; 对变形钢筋应取 0 7 。 1 3混凝土结构设计规范的计算公式 混凝土结构设计规范规定最大裂缝宽度 w 一的 计算公式为 : w 一 妒 r 1 9 c +
8、09 c 0 8 J ( 3 ) w = 妒i r 1 () 凸5 Pt 式 中: 构件受力特征系数 ; 裂缝间纵向受拉钢筋应力不均匀系数 s 按荷载准永久组合计算 的构件纵 向受 拉普通钢筋应力或按标准组合计 算的 预应力混凝 土构件纵 向受拉钢筋 等效 应力: 钢筋的弹性模量 : c 最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉 区底 边 的距 离 : d e 钢筋等效直径 ; P 按有效受拉混凝 土截面面积计算 的纵 向受拉钢筋 的配筋率 。 1 4公 路 钢筋 混 凝 土及 预 应 力 混 凝 土桥 涵 设 计 规 范 的计算公 式 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 规定最大裂缝宽度 的计算
9、公式为 : W k = CI C z C 3 o - 3 0 + d , ( 4 ) 式 中 : C 钢筋表 面形状系数 ,对光 面钢筋 , C , = 1 4 ; 对带 肋钢筋 , C 严1 0 ; C , 作用( 或荷载 ) 长期效应影响系数; C 与构件受力性质有关的系数 ; 钢筋应力 ; E 。 钢筋的弹性模量 ; C 最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底s 边 的距 离 : d 纵向受拉钢筋直径 : p 纵向受拉钢筋配筋率。 2 计 算公 式的分析比较 根据各个规范 的裂缝计算公式可以看出,相互 之间存在较大差异 ,各公式所考虑的计算参量有所 不同 。 即使相 同的计算参量其计算方法也
10、存在差异。 2 1 各规范计算公式的计算参量 ( 见表1 ) 表 1 不 同规范 考虑的参量汇总表 注:v , 表示考虑了该项参量 。 水工混凝 土结 构设计规 范规定最大裂缝 宽度 w 的计算公式考虑了以下 因素 :纵 向受拉钢筋应 力 、 钢筋的弹性模量 、 构件受力特征 、 荷载长期作用 的影响、 纵筋的保护层厚度 、 钢筋直径 、 纵向受拉钢 筋的配筋率 , 共涉及 6个参量 , 其中构件受力特征和 荷载长期作用的综合影 响采用 同一个 系数 一起考 虑 。 给水排水工程构筑物结构设计规范规定最大裂 缝宽度 w 的计算公式考虑了以下因素 :纵向受拉 钢筋应力 、 钢筋的弹性模量、 裂缝
11、问受拉钢筋应力不 均匀系数、 纵筋的保护层厚度 、 钢筋直径 、 纵 向受拉 钢筋的配筋率 、 构件受力特征 、 纵向受拉钢筋表面特 征系数 , 共涉及 8个参量。 混凝 土结 构设 计 规范 规定 最 大裂 缝 宽度 w 的 计算公式考虑 了以下因素: 纵 向受拉钢筋应力 、 钢筋 的弹性模量 、 裂缝间受拉钢筋应力不均匀系数 、 纵筋 的保护层厚度 、 钢筋直径 、 纵 向受拉钢筋的配筋率 、 构件受力特征 、 共涉及 7个参量。 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 规定最大裂缝宽 度 的计算公 式考虑 了 以下 因 素 : 纵 向受拉钢筋应力、 钢筋的弹性模量、 钢筋直径 、 纵向
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