[發明專利]一種確定使用彎矩下鋼砼梁中性層與配筋率關系的方法

有效

• 申請號: 201110224319.9
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102409806A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 孫俊貽;何曉婷;蔡珍紅;鄭周練;高曉威;司景龍;陳強
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: E04C3/20
• 分類號: E04C3/20;E04C5/02
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明涉及鋼筋混凝土梁在使用彎矩下中性層位置與配筋率關系的確定方法。

背景技術

由于混凝土(簡稱砼)在凝固過程中粗骨料和水泥砂漿的收縮差，以及不均勻的溫度、濕度場所產生的微觀應力場作用，結構混凝土在承受荷載或者外力之前，內部就已經存在一些分散的微裂縫，在荷載或者外力作用下，這些微裂縫將逐漸增多和擴展，由微觀裂縫逐漸發展為宏觀裂縫，直到最終構件被破壞，因此，服役中的鋼筋混凝土梁(簡稱鋼砼梁)，通常都處于帶裂縫工作狀態。開裂將改變受彎鋼筋混凝土梁中性層的位置、影響鋼筋混凝土梁的宏觀力學性能、削弱鋼筋混凝土梁的抗彎剛度。通常，采用預制矩形截面鋼筋混凝土單筋梁(即僅在梁的受拉區配置縱向鋼筋的梁)，進行簡支兩點對稱加載彎曲試驗，研究開裂對鋼筋混凝土梁力學性能的影響，如圖1所示。對適筋梁(即配筋比例適當的梁)的彎曲試驗而言，受拉區的混凝土應變首先達到其抗拉破壞應變值，即開裂應變ε_cr，對應的彎矩為開裂彎矩M_cr；繼續加載，拉區的混凝土出現肉眼可見的裂縫，隨著加載的進行，受拉鋼筋應力達到屈服強度f_y，對應的彎矩為屈服彎矩M_y，而此時壓區混凝土應變尚未達到抗壓破壞應變ε_cu，因此又稱適筋梁為鋼筋低量；隨著加載的繼續進行，壓區混凝土應變將達到抗壓破壞應變ε_cu，對應的彎矩為破壞彎矩M_u。適筋梁之破壞通常為一種韌性破壞模式，即，破壞前鋼筋應變大，故而梁破壞前有很大的變形，也稱為拉力破壞。若將彎矩M與梁的撓度w的試驗測試結果繪制成坐標圖M(w)，適筋梁的M(w)圖通常呈現出三折線形態的變化規律，并且，所施加的彎矩M達到破壞彎矩M_u后，彎矩M將隨著撓度w的增加出現下降趨勢，即M(w)圖上存在一個最大彎矩值(即破壞彎矩M_u)，如圖2所示。對適筋梁的設計而言，通常希望M_cr≈(0.2～0.3)M_u，M_y≈(0.9～0.95)M_u，這樣彎矩增量ΔM＝M_y-M_cr能夠盡量大些，而希望使用彎矩(即最大服務彎矩)為M_k≈(0.5～0.6)M_u。因此，我們可以通過研究使用彎矩下鋼筋混凝土梁中性層位置與配筋率的關系，更好地把握鋼筋混凝土結構(簡稱鋼砼結構)的宏觀力學性能，提高鋼砼結構設計的合理性。

通常，鋼筋混凝土結構的設計人員非常希望能夠依據某個設計參數，直接確定出鋼筋混凝土梁在使用彎矩下中性層的位置。然而，目前大多數試驗研究工作都是基于經典的等模量彈性理論，在試驗結果的基層上，定性或者定量地討論開裂對使用彎矩下鋼筋混凝土梁抗彎剛度的影響程度，而這些研究成果對指導鋼筋混凝土結構的設計與分析非常不方便。眾所周知，試驗研究將消耗大量的費用投入。為達到提高試驗研究經濟效率的目的，能夠使得一次性經濟投入，獲得永久性方便指導鋼筋混凝土結構設計與分析的試驗研究成果，這一領域迫切需要新的試驗研究方法，以滿足設計與分析工作的準確性和方便性需求。

發明內容