换算截面力学参数求法.doc

8.3.4 JTJ023 方法1．换算截面换算截面是指将物理性能与混凝土明显不同的钢筋按力学等效的原则通过弹性模量比值的折换，将钢筋换算为同一混凝土材料而得到的截面图 8-12 所示为在受拉区裂缝出现前后不同的换算截面根据换算截面由材料力学方法可以求得其等效截面惯性矩 I0 和 Icr图 8-12 换算截面2．短期截面刚度将一根带裂缝的受弯构件视为一根不等刚度的构件（图 8-13a），裂缝处刚度最小，两裂缝间刚度最大，图 8-13b 实线表示截面刚度变化规律为便于分析，取一个长度为 lm 的裂缝区段，近似地分解为 整体截面区段和 开裂截面区段根据试验分析， 和 与开裂弯矩 Mcr 和截面上所受弯矩 Ms 的比值有关，可按下列公式确定：（8-26）（8-27）把图 8-13c 变刚度构件等效为图 8-13d 的等刚度构件，采用结构力学方法，按在端部弯矩作用下构件转角相等的原则，可求得等刚度受弯构件的等效刚度 B图 8-13 受弯构件截面刚度等效示意图根据图 8-13c 所示变截面构件，求出裂缝区段两端截面的相对转角 ：（8-28）根据图 8-13d 所示等截面构件，求出裂缝区段两端截面的相对转角 ：（8-29）令 = ，可得：（8-30）将式（8-26 ）、（8-27 ）代入式（8-30），整理后得： （8-31）B ——开裂构件等效截面的抗弯刚度；B0——全截面的抗弯刚度，B 0=0.85EcI0；Bcr——开裂截面的抗弯刚度，B cr=EcIcr；Mcr——截面开裂弯矩；I0——全截面换算截面惯性矩；式中Icr——开裂截面换算截面惯性矩。

上式即为 JTJ023 中所给出的刚度计算公式8.3.5 长期荷载作用的影响以上介绍的是钢筋混凝土受弯构件的短期刚度的计算方法，由此计算的挠度为短期荷载作用下的挠度变形如前所述，当构件在持续荷载作用下，由于压区混凝土的徐变，钢筋和混凝土间的滑移徐变等因素，其挠度将随时间而不断缓慢增长这也可以理解为构件的抗弯刚度随时间而不断降低因此，为了保证构件的适用笥，在验算构件的挠度变形时，要求在荷载效应的标准组合（或称“短期组合 ”）作用下并考虑荷载长期作用影响后的构件挠度，不应超过规范规定的允许限值那么如何考虑长期荷载作用对挠度的影响呢？目前国内建筑工程与公路桥涵工程所采用的方法有所不同前者（GB50010 ）引入长期刚度 Bl 的概念，通过对刚度的折减来考虑挠度随时间的增长；而后者（JTJ023）则采用挠度长期增长系数 直接反映挠度随时间的增长但是从本质上讲，两种方法是一致的假设在荷载长期作用下的挠度增大系数为 ，那么构件在荷载作用下的挠度用短期刚度计算，可以表示为：（8-32a ）式中 Ml 为准永久组合（或称“长期组合”）弯矩值，M k 为标准组合弯矩值Mk-Ml)即为短暂荷载作用产生的弯矩值。

相同的挠度，若用长期刚度计算，则为：（8-32b ）令上述二者相等，则得（8-33）上式即为《混凝土结构设计规范》（GB50010）中的期刚度的计算公式式中荷载长期作用下的挠度增长系数 按下式计算：（8-34）式中 和 分别为纵向受拉和受压钢筋的配筋率受压钢筋能阻碍受压区混凝土的徐变，混凝土压应变越小，截面曲率就越小，相应地长期挠度也越小上式的 项就是为了反映受压钢筋的这一有利影响此外，根据国内试验结果，翼缘在受拉区的 T 形截面的 值比配筋率相同的矩形截面的为大，故规范还规定，对翼缘在受拉区的 T 形截面， 应在式（8-34）的基础上增大 20%以上为建筑工程中长期荷载作用对挠度影响的处理方法下面再来看公路桥梁工程如何处理长期荷载作用对挠度的影响与式（8-32a）相同的挠度若用短期刚度和短期效应组合下的弯矩值计算，引入挠度长期增长系数 ，则计算式可以表示为：（8-32c ）同样，由式（8-32a）及（ 8-32c）可得挠度长期增长系数（8-35 ）为便于计算，对于公路桥梁，常遇的恒、活载比例下，Ml/Mk=(0.557～0.894) ，取平均值为 Ml=0.733Mk另外，公路桥梁钢筋混凝土受弯构件通常不配受压区纵向受力钢筋或配置很少，因而可近似地取 =2.0，对于高强混凝土结构构件，当 =0 时， =1.85～1.65 之间。

将以上 Ml=0.733Mk 及 值代入公式（8-35），即可得到：C40 以下混凝土时， =1.7采用 C40~C80 混凝土时， =1.6～1.4，中间强度等级按直线插入取值此即《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023）对挠度长期增长系数 的规定由此可以看出，在长期荷载的影响方面，两本规范的计算方法本质上是一致的，只是各自的表现形式不同而已8.3.6 受弯构件的挠度验算这类问题是：已知构件截面尺寸、混凝土强度等级、钢筋种类、数量、直径、混凝土保护层厚度、永久荷载的标准值、可变荷载的标准值、准永久值系数、计算跨度，要求验算受弯构件的挠度挠度验算步骤可以归纳如下：（1）根据力学分析结果，进行荷载效应的标准组合（或称“短期组合” ），得到最大弯矩截面的弯矩 Mk（或 Ms），建筑工程中还要进行荷载效应的准永久组合以得到 Ml；（2）由公式（8-25）或（8-31）计算截面的短期刚度；（3）计算构件的长期刚度 Bl 或由混凝土强度等级选择构件的挠度长期增长系数 ；（4）由式 或 计算荷载效应标准组合（或称“短期组合” ）作用下并考虑荷载长期作用影响后的构件挠度5）根据结构构件的类型，选用正确的挠度限值，验算构件的挠度是否超过允许值。

挠度验算不通过时，增加截面高度是提高截面刚度的最有效的方法当然，也可以加大截面配筋率、提高受压区钢筋面积，或改变截面形式尺寸等措施来提高截面刚度[例 8-4](GB50010)圆孔空心板截面如例图 8-1 所示其上作用永久荷载标准值 gk=2.38kN/m2，可变荷载标准值 qk=4kN/m2，准永久值系数 =0.4简支板的计算跨度 l0=3.18m采用 C25 级混凝土，HPB235 钢筋，纵向受拉钢筋为9φ8，A s=453mm2，求板的挠度例图 8-1[解]（1）求弯矩标准值（2）将板的截面换算为工形截面（例图 8-1b）按照截面形心位置、面积、惯性矩不变的原则，将圆孔换算成 的矩形孔，有共有 8 个圆孔，故 n=8，D=80mm ，将其代入上述二式，解得b2=580.8mm， h2=69.2mm，故换算的工形截面 （3）求(4)求截面短期刚度 Bs(5)求长期刚度 Bl长期荷载作用下的挠度增长系数 ，由于截面未配置受压钢筋，因此取 .（6）求挠度 f，满足规范要求 [本例题完][例 8-5]（JTJ023）某钢筋混凝土简支梁计算跨径 l0=6m，截面尺寸b=200mm，h=400mm，采用 C25 混凝土，承受 gk=8kN/m（含自重），短期活载qk=8kN/m，经承载力计算选用 HRB335 级钢筋4Φ18，As=1017mm2，h0=365mm（例图 8-2a）。

规范允许挠度为 l0/200试验算梁的挠度 例图 8-2 [解]（1）求未开裂截面的刚度 B0通过弹性模量比将钢筋面积等效为混凝土面积，可得到换算截面（例图 8-2b），然后可以计算得到该换算截面的惯性矩 I0 ，截面面积：以 h/2 为轴线，计算截面面积矩：换算截面中性轴到 h/2 高度的矩离：换算截面惯性矩：未开裂截面刚度：（2）求截面开裂弯矩 Mcr（3）求开裂截面惯性矩 Icr先须求得开裂截面的中性轴高度（例图 8-2c）由 ，解此一元二次方程得从而可得（4）求截面刚度 B（5）验算构件挠度 f满足规范要求[本例题完]。