混凝土简支叠合梁的跨中内力和配筋计算方法

南华大学周益强教授论文

　第28卷第6期　1997年12月

中南工业大学学报

J.CENT.SOUTHUNIV.TECHNOL.

Vol.28　No.6　

Dec.　1997　

混凝土简支叠合梁的跨中内力和配筋计算方法

黄赛超　陈振富　周益强

(中南工业大学资源环境与建筑工程学院,长沙,410083)

摘　要　叠合梁的配筋计算方法是叠合结构计算中最为重要而又尚未很好解决的一个问题.本文研究了无施工支撑混凝土简支叠合梁跨中受力区别于整体梁的各种特性,分析了形成这些特性的本质原因.研究结果表明,叠合前后受力的梁的两部分截面高度不一致导致了叠合梁与相应整体梁受力性能的差异;而叠合后受力过程中的截面塑性应力重分布及相应的弯矩转移则起着缓解、梁的这些特性,而且计算简便,计算结果比较合理.关键词　叠合梁;应力重分布;弯矩转移中图法分类号　TU37511

1叠合梁是一种经过两阶段制造及两阶段受力的装配整体式结构(见图1a).对于无施工支撑的混凝土简支叠合梁(以下简称叠合梁),经过国内多年的试验研究,发现它与同条件的整体梁相比,其跨中具有如下特性[1,2]:

(1)在受拉钢筋屈服前,叠合梁的钢筋应力大

(3)“超前”和“迟后”随叠合后截面弯矩M

2

的

增大而逐渐缓解以至完全消失.

(4)叠合梁的正截面最大承截力与整体梁基本

相同,但其变形和裂缝比整体梁大.

这些特性较全面地反映了叠合梁的受力和变形特征,是叠合梁计算的重要依据.

2　截面塑性应力重分布

这里专指叠合梁跨中截面的预制和叠合的截面两部分间发生的应力重分布.图

2为电算模拟的叠合梁开裂截面在叠合后加载过程中不同M2条件下的截面压应力分布.截面开裂在叠合前截面弯矩M

1

于整体梁(见图1b).这是叠合梁最重要的特性,称为叠合梁受拉钢筋应力超前.

(2)在大体相当于整体梁受拉钢筋屈服前的受

力阶段,叠合梁压区叠合层混凝土应变比整体梁相应部位的应变小(见图1c).这一特性称为叠合梁受压混凝土应变迟后.

作用阶段就已发生;叠合后在M2作用下,随M2的

图1　叠合梁跨中基本受力特性电算模拟

(a)叠合梁截面;(b)钢筋应力超前及缓解;(c)混凝土应变迟后及缓解

收稿日期　1997206205　　第一作者　黄赛超,男,53岁,教授0国家自然科学基金资助项目

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第6期黄赛超等:混凝土简支叠合梁的跨中内力和配筋计算方法527

增大,受拉区及裂缝不断升高,预制部分在叠合前由

M

1

面应力重分布规律,且更便于实用计算.

[2]

根据电算模拟,Α2.图M2 M2u关系如图3所示

产生的应力逐渐调整至全截面.最后,裂缝升至

叠合面,预制部分的混凝土压区完全消失,相应的压应力全部调整至全截面

.

中OABCD曲线就是由Α所反映的叠合梁在M2作用阶段的跨中截面弯矩转移过程线.曲线上的点A为预制截面的压区变为拉区的起始点;B为叠合梁受拉钢筋屈服点;C位于整体梁钢筋屈服点稍右;D对应叠合梁和整体梁的最大承载力.曲线的形状与

M

1g

[2],h01 h0以及配筋率等有关.其中,当M

1g

较大

而h01 h0较小时,A重合于O;,D.曲线的形状

图2　电算模拟截面应力重分布过程

由于M1拉区的局部,.在M

M

1

2

作用过程中,由

产生的应力逐渐走出局部而在全截面重分布,使

得发生“超前”和“迟后”的原因在逐渐消失而导致它们的缓解.当M1所形成的局部应力全部调整至全截面后,叠合梁的截面应力分布就变得与整体梁完全相同了.截面应力分布相同是叠合梁和整体梁正截面最大承载力相同的前提条件.

由此可见,叠合梁两阶段受力以及跨中两阶段受力截面间发生的塑性应力重分布是造成叠合梁跨中各种受力特性的本质原因.

对于叠合梁的配筋计算方法,国内外进行了许多研究,提出了一些实用计算方法.所有这些方法均需分别计算叠合前弯矩M

A

s1

1

图3　叠合梁弯矩转移曲线

4　配筋计算方法

3　截面的弯矩转移规律

前述的截面应力重分布是一种由叠合截面的预制部分向全截面的定向重分布,而且这部分应力是由M1产生的.因此,与这种应力重分布同时发生的必然是M1由其原来作用的预制截面向全截面的转移,称为叠合梁的截面弯矩转移,并定义转移至全截

[2]

面的比例为截面弯矩转移系数Α

作用下的预制梁配筋

及叠合前弯矩M1g和叠合后弯矩M2共同作用下

的叠合截面配筋As.比较As1和As,选择大者作为截面的最后配筋量.As1的计算无需赘言;对于As的计算,研究者们从不同角度提出了不同的计算模式,其中最具典型性的有整体梁法和叠加法.

整体梁法取设计弯矩M为M1g和M2的简单叠加:

M=M

1g

=MΑ ΑM1

(1a)

+M

2

(2)

式中,MΑ为M1由预制截面转移至全截面的部分.工程中,M1包括叠合前由恒载产生的弯矩M1g和这一阶段施工荷载产生的弯矩两部分.其中的施工荷载一般在叠合层混凝土浇筑完后全部卸去,于是式(1a)应改为:

=MΑ ΑM1g

(1b)

以M作用于叠合截面,按与整体梁相同的方法计算配筋[3].

叠加法将M围:

M=[M

1g

1g

和M2分别作用于截面的不同范

]01+[M2]0

(3)

式中,方括号下标的“01”和“0”表示所在括号中的弯矩分别作用于有效高度为h01和h0的截面预制部分

由Α描述的截面弯矩转移规律可完整地替代截

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528中南工业大学学报第28卷

和全截面.配筋计算时,以两部分分别按整体梁计算然后叠加:

As=

+

ΧΧ01fyh010fyh0

式(7)对于确定的叠合梁是一条确定的水平线.以这一水平线代替弯矩转移曲线将带来一定的误差,但比取真实Α值偏于安全,这在设计上是可取的.特别重要的是,这将使叠合梁按式(6)的配筋计算变得简便、可行.从而使得式(6)成为比其它方法更为合理却同样简单的叠合梁跨中截面配筋计算公式.其配筋计算量稍大于具有相同承载力的整体梁,恰反映了叠合梁两阶段受力过程的影响.

(4)

式中,Χ01和Χ0分别为所在项的弯矩作用于其所在截面的内力臂系数.

为方便研究,取M确定的M

1g

和M

2

为定值.确定的M

2

对应图3中一条平行于纵坐标的竖直线,设为EF;

1g

是绘制弯矩转移曲线的前提条件之一.

因此,竖线EF对应设计弯矩M=M1g+M2为定值.在竖线的点E处Α=1,表明M1g作用于全截面,M

5,截面尺寸(b×

h)为:250mm×650mm,取as=35mm;跨中计算

和M2可简单相加.1的水平线;0.=1和Α=0在图M

1g

截面弯矩设计值M=M1g+M2=173135kN m,由施工荷载产生的弯矩设计值M标准值之和Mk=M

1q

的真实状态.只有EF与曲线的交点G所对应的Α值才反映了M矩应表达为:

)MM=[(1-Α

1g

1g

=23104kN m,

按Α的比例分为两部分,分别作用

叠合前恒载标准值和叠合后荷载标准值产生的弯矩

1gk

于截面预制部分和全截面的真实状态.这时,设计弯

]01+[ΑM

+M2]

(5)

+M2s=132126kN m;预制

底梁混凝土采用C30,叠合层混凝土采用C25,纵筋

1g

2

采用 级钢(取fy=310N mm …… 此处隐藏：5273字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……