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 概念设计在土木工程中的重要作用(2)  

2011/4/22 19:45:41 浏览:2565 来源:  

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关键词:概念设计;混凝土;适筋梁


   “强压弱拉”原则钢筋混凝土构件主要是靠混凝土受压、钢筋受拉来平衡外力。为避免杆件在弯曲时,发生受压区混凝土脆裂的脆性破坏,要求在杆件截而设计时,采取措施使受拉区钢筋承载力低于受压区混凝土承载力,这就是“强压弱拉”的设计原则。

  结合《混凝土结构原理》的课程教学,对钢筋混凝土基木构件,“强压弱拉”实现途径就是限制构件的受拉配筋率(或混凝土相对受压区高度),保证梁、柱各构件受力过程中,构件中某个截而的钢筋达到屈服强度时,杆件截而产生塑性铰,即受拉钢筋屈服早于混凝土的压溃。同时,山图1可见,塑性铰的转动能力与该截而的受拉配筋率p有关,p越高,混凝土受压区高度越大,延性越差,则转动幅度越小。为了保证梁形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力,同时保证结构的整体性,给学生弓}入规程规定于}p}0.35半或屯蕊0.35或上式中对构件一侧受拉钢筋的最小配筋率的规定,是为防止受拉脆性破坏。

  “强剪弱弯”原则钢筋混凝土梁、柱破坏形态可以归纳为两种正截而的弯曲破坏和斜截而的剪切破坏。当发生正截而弯曲破坏时,在破坏之前会先形成塑性铰,只要按上述“强压弱拉”设计,形成的塑性铰会具有良好的变形能力和耗能能力。但是当发生斜截而剪切破坏时,其延性小、耗能差,属于脆性破坏。为防止出现剪切破坏,设计中要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力,这就是“强剪弱弯”的设计原则,即设计受压、受弯构件时,在结构承载力无明显降低的前提卜,控制构件的破坏形态,避免使其产生斜截而受剪脆性破坏,而仅产生延性较好的正截而受弯破坏。

  结合《混凝土结构原理》的课程教学,对钢筋混凝土基木构件,将“强剪弱弯”实现途径总结如卜提高目标可靠指标[囚当构件发生脆性破坏时,山于它的破坏较为突然,承载能力极限状态的目标可靠指标值陷]比延性破坏要高0.sla]。因此抗剪设计的可靠度要比抗弯设计高,安全储备史大,保证构件一旦破坏,先发生受弯延性破坏。

  限制构件剪压比V践h玩剪压比V/f}.bh},用以说明截而承受剪应力的大小程度。梁截而剪应力的大小对梁的延性、耗能及保持梁的强度和刚度有明显影响。剪压比越高,梁的刚度和承载力退化越快;反之,剪压比越低,延性越高。试验表明,当平均剪应力超过0.2缄时,钢筋混凝土构件横向钢筋或箍筋的抗剪效果将显著降低。通过控制受剪截而剪力设计值蕊斜压破坏时受剪承载力,给出截而限制条件iii,来防止梁山于配箍率过高,产生斜压破坏,即或0.2f}. (3}.bh});抗震设计按跨高比(对梁和连梁)和剪跨比(对柱和抗震墙)的大小,规定了剪压比的限制;对短柱、短梁、短连梁、短剪力墙等易发生脆性剪切破坏的构件,剪压比限制则史加严格}zi。

  配置足够的抗剪钢筋适量横向钢筋或箍筋对于提高构件的剪切抗力、防止斜裂缝的出现和开展起着十分重要的作用。为了防止斜拉破坏,规定构件横向钢筋或箍筋的最小配筋量izi,如对钢筋混凝土梁,当V >0.7f},}山时,要求配箍量p } p .v--0.24f},/f},。

  应用钢纤维混凝土钢纤维混凝土具有较高的抗拉、抗裂和抗剪强度。构件对比试验表明,钢纤维混凝土较钢筋混凝土梁的抗剪强度可以提高30%}40%}5,使梁的破坏形态山“弯剪破坏”转变为“弯曲破坏”。

  柱使用较高强度混凝土柱使用较高强度混凝土。一方而减小轴压比高柱的延性小柱截而尺寸另一方而,提,减日‘止__习匕一提高轴压强度,使柱的剪跨比增大、剪—压比减小,从而提高了柱的抗剪承载力,避免出现剪切型破坏。但如果混凝土强度过高,将会减小混凝土极限压应变[2],从而降低延性,影响构件的抗震性能。故基于高强度混凝土的脆性性质,当设防烈度分别为9度和8度时,混凝土强度等级分别不宜超过C60和C70}Z},以保证构件在地震作用卜有必要的承载力和延性。

  柱采用大剪跨比,避免小剪跨比不同的剪跨比决定柱在反复水平荷载作用卜的破坏形态。剪跨比应按柱端或墙端截而组合的弯矩设计值M}、对应的截而组合剪力计算值V}及截而有效高度h0确定,即}=M}: }V}:ho,并取上卜端计算结果的较大值。把入}2的柱,定义为短柱。柱越短,越容易产生脆性剪切破坏。为了避免出现这种情况,在设计中应尽量不采用短柱,若不得已采用短柱,应采取构造措施(如加密箍筋)叭若实在难以避免,采用了个别超短柱(如}<1),则应采取特别的措施(如采用劲性钢筋等)。

  “强核芯区、强锚固”原则在梁、柱塑性铰充分发展前,必须保证核芯区不破坏;伸入核芯区的梁、柱纵向钢筋,在核芯区内应有足够的锚固长度,避免因粘结、锚固破坏而增大层间位移,以保证结构的整体性,这就是“强核芯区、强锚固”的设计原则。为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结,结合《混凝土结构原理》

  的课程教学,对钢筋混凝土基木构件,将其实现途径总结如卜对不同等级的混凝土和纵向钢筋,要保证最小搭接长度和锚固长度要求;在钢筋的搭接接头内应加密箍筋;纵筋在支座处的锚固如图2所示。

  必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求;在钢筋端部应设置弯钩负弯矩钢筋的切断位置从粘结锚固长度和外伸长度Laz中,选外伸较长者。

  对大深度混凝土构件应分层浇筑或二次浇捣了一-一~一,图2纵筋在支座处的锚固一般除重锈钢筋外,可不必除锈。

  三、结语而对工程设计日益计算机化的大趋势,为了避免学生盲目相信电算结果,避免学生重计算轻构造,忽略结构设计的基木概念,应加强学生概念设计理念的培养,并贯穿到整个土木工程课程教学中。木文将抗震延性设计遵循的“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强核芯区、强锚固”和“强压弱拉”设计原则,应用到《混凝土结构原理》的课堂教学中,有利于学生对钢筋混凝土基木构件的正确理解和深入学习,有利于学生初步建立起土木工程专业知识体系的框架,有利于提高学生的工程意识和工程素质,有利于高校在新形式卜对创新人才的培养。

  【参考文献中华人民共和国国家标准。高层建筑混凝土结构技术规程(JG3-2003 )[S].北京:中国建筑工业出版社,中华人民共和国国家标准。建筑抗震设计规范GB50010-2001 [S],北京:中国建筑工业出版社,中华人民共和国国家标准。混凝土结构设计规范GB50010-2002 [S],北京:中国建筑工业出版社,中华人民共和国国家标准。建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001 [S],北京:中国建筑工业出版社,刘大海,杨翠如,钟锡根。高层建筑抗震设计[M].中国建筑工业出版社,钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程卜转第41页
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