钢筋混凝土复杂应力构件的配筋优化研究
应力配筋方法浅析
应力配筋方法浅析 摘要目前的配筋方法主要还是依造结构力学的方法，利用内力进行结构的配筋。但是在水工结构中，有很多结构形式复杂，结构的受力和边界条件等也比较复杂，常规的结构分析方法难于准确地了解结构的变形规律和应力分布；另外随着建筑功能的多样化发展，建筑中运用转换层越来越普遍，而转换层的结构形式多变，整体性强，不应简化为杆系结构；在桥梁工程中，一些悬索桥、斜拉桥索的锚固区受力复杂，配筋一般通过经验进行，比较保守而且导致混凝土浇注困难。这些情况都导致采用内力配筋法无法满足工程的需要，而应力配筋法却可以适用于任何体系结构，因此，本文对应力配筋的方法进行一个初步的探讨。 关键词应力配筋方法 1、应力配筋法的发展史 应力配筋法的思想在水工钢筋混凝土结构中已有所应用。在水工结构中常会遇到一些无法用结构力学方法计算出截面内力(弯矩M，轴力N，剪力V或弯矩T等)的构件，而只能按照弹性理论方法(经典理论解，弹性有限元或弹性模型试验等)求出结构各点的应力状态。因而，也就无法用内力截面极限承载力公式计算配筋用量。在《水工混凝土结构设计规范》中提出了按弹性应力图形配筋的方法。由弹性理论计算得出结构在荷载作用下的拉应力图形，再根据拉应力图形面积计算出配筋用量。这种配筋方法比较简单易行，可适用于各种复杂的结构，但在理论上并不完善，一般情况下配筋偏于保守。 我国在六十年代曾考虑对水工的非杆件结构采用“全面积配筋”的方法，规定“当最大主拉应力大于混凝土的许可拉应力时，全部主拉应力由钢筋承担”。这种方法没有极限状态的概念，为考虑混凝土的抗拉作用，计算结果十分保守。《水工混凝土结构设计规范》SDJ20-78编制组在调查总结了大量的工程设计经验的基础上特制订了附录四的有关条文，提出“按主拉应力图形中扣除小于混凝土许可拉应力的剩余主拉应力图形面积配筋”的计算公式，并对公式的适用条件，配筋方式等做出了明确规定。但是，该公式尚不能考虑混凝土开裂后在截面上的应力重分布，而是按许可拉应力把弹性应力图形划分为混凝土承担的部分和钢筋承担的部分。经过多年的工程实践证明这种做法是偏于保守的，有关研究还从理论上证明了它的保守性。为此，在《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)应用了以概率理论为基础的，使用分项系数的极限状态设计方法对原有的应力配筋方法进行了改进。 2、水工混凝土结构设计规范(SL/T191-96)
结构配筋设计全过程
柱内纵向钢筋的摆放间距： 板内钢筋的配置： 1.板底受力钢筋间距板厚h≤150mm时不宜大于200mm，板厚h>150mm 不宜大于且不宜大于 250mm。配筋与梁相同）。板的经济配筋率为 %～ % 。 2.板面负筋钢筋间距及构造要求见混凝土规范注意最小配筋的限制。 3.单向板分布钢筋 4.温度钢筋、防裂缝钢筋 5.在楼板角部，布置附加钢筋自己还不懂。 6.双向板的短向h0应取h-(15+d/2),一般可取h-20（相当于钢筋直径d=10），长向h0应取h-(15+d+d/2)， 一般可取h-30（相当于钢筋直径d=10）。如果对此问题未予注意，而将两个方向的h0取为等值，这使另一方向的配筋量偏小。 7. 什么情况下的板可以采用双层双向配筋？关于双层双向配筋问题，规范没有明确的要求，哪 些部位必须双层双向配筋。但建议在厚板（180）以上，或受温度应力较大的部位混凝土易出现裂缝等部位，使用双层双向配筋。在这样的建议下，我个人在设计中通常都在以下部位采用双层双向配筋：基础筏板、地下室防水刚性底板、高层结构作为崁固层的楼板、使用荷载较大，且受力复杂的楼板（如，汽车坡道）、有动力荷载的楼板、屋面板、裸露在室外的楼板、异形楼板等等。还有就是面积比较小的房间，比如厨房，卫生间，拉通省事。在我所见过的和做过的设计里，板双层双向配筋的情况主要有筏板基础、地下室顶板、还有屋面板。筏板基础和地下室顶板双层双向配筋主要是因为荷载大，受力复杂，容易受力不均匀，所以双层双向配筋；屋面板双层双向配筋是因为屋面板受温度应力的影响很大，需要配温度钢筋，这样的话在施工上就造成了麻烦，所以一般屋面板就双层双向配筋了。 8.卧置在地基上的基础筏板，当板厚>2m时：宜沿板厚度方向间距不超过1米设置与板面平行的构造 钢筋网片直径≥12mm 间距≤200mm见混凝土规范 9.不能机械的固守“负筋必须与梁轴线垂直”的概念，应综合考虑钢筋的布置，以钢筋尽量不交叉重叠 为原则。如三角形板应双层双向布置，不应采用分离式配筋，这样施工起来也较方便。 框架梁纵向钢筋的配置： 1.非抗震梁（五级）的配筋按PKPM计算的结果配筋即可， 2.抗震梁的配筋除应满足一侧受拉纵筋最小钢筋直径 对于跨中钢筋的超筋限制规范没有明确规定，一般就按混凝土书的ζb来确定，其实PKPM会计算，我们只需按结果配筋就行。 对于梁端（即支座）的超筋; 考虑支座内力塑性重分布梁端ζ; 在满足计算要求的前提下，还要满足梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，而且要注意这里的比值应该以实际配筋来计算。 概括一下：在计算最小配筋率时，实际工程中：1.当你计算梁的配筋率的时候，验算是否达到最小配筋率，请用b·h来做乘数，验算最大配筋率的时候，分子请用b·h。，这样偏安全。2.计算柱子配筋率时，全用b·h。 经济配筋率：矩形梁%～% ，T形梁%～%
定应力求配筋容许应力法的简捷计算方法汇总
定应力求配筋容许应力法的简捷计算方法 陈永运 本方法是“按容许应力法直接计算钢筋面积的方法”的发展，更全面更实用。 1 偏心压力作用在矩形面内按容许应力法计算，仍然可以直接求钢筋面积 偏心压力作用在矩形面内按容许应力法计算，仍然可以直接求钢筋面积。因为我们的求解途径依然是确定钢筋应力后直接算面积。不同的是，力作用在截面内时要先计算出钢筋可以使用的应力值，这里称其为“设定应力”。针对设定应力的含义，最初使用的是“容许应力”这个名词，这是因为力作用截面以外，钢筋的应力值是可以达到规范规定的数值的，尽管我们不一定用到那样高。而力作用在截面内时，就不一定能达到规范所规定的那样高的数值了。为避免误会，以后均以“设定应力”来代替曾采用过的容许应力。 偏心压力作用在截面以外，之所以能对钢筋的设定应力取较高的数值，是因为受压区可以缩得很小。当配筋既定，受压区将随着偏心弯矩的增大而变小。即便偏心力很小，如果配筋数量不多的话，随着裂缝开展，受压区也会缩小；因为从理论上来说，假定混凝土是不承受拉应力的。 按容许应力法的平面直线的基本假定，随着受压区高度的减小和裂缝开展，受拉钢筋的应力将逐渐变大，其应力终将能达到所设定的数值。如果按计算所得的面积配置钢筋，从理论上来说，该钢筋的受拉应力就等于设定的应力值。如果实际配筋较计算有所增加或减少，则钢筋应力会较设定应力值偏低或稍高。 当偏心压力作用在截面内时，偏心力的着力点就作用在受压区范围内的某个位置处。受压区面积不会像偏心力作用在截面外那样缩得很小，是有一定限值的，换句话来说，是有一个最小的受压区的。该受压区合力中心直接与偏心力平衡。对于矩形截面，这个最小的受压区的高度是“偏心力作用点至截面受压端距离的3倍”，即x =3()o s h e （符号意义见图1）。 这仅是为讨论方便，既没有考虑混凝土的强度，也不考虑构件的总体稳定问题。受压区不会因偏心力的增大而缩小，截面的受压区只会因配筋的增多而加高。随着受压区的加高，钢筋应力将不断降低。因此在偏心力作用在截面内时，钢筋的应力不能随意设置。所用的设定应力。一般要较规范规定有不同幅度的降低。只有当偏心力作用在截面受压侧上边缘附近，即内力臂z 值 较大时，或钢筋容许应力本身就较低的的情况下，经计算或可以按规范规定设定其数值。而当偏心距较小或偏心力较小时，受拉钢筋的应
混凝土结构配筋设计
混凝土结构配筋设计 关键词：混凝土结构加固砌体式结构钢筋结构加固1混凝土结构加固混凝土结构的加固分为直接加固，并加强间接两种，在设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和必要的技术。1.1直接加固的一般方法1）放大段加固法添加混凝土现浇钢筋发生水平弯曲受压区混凝土构件，可能会增加部分有效高度，扩大截面面积，从而提高了组件的右侧部分反弯，斜截面抗切割能力部分刚度，起到加固补强的作用。在适当的肌肉范围，改变混凝土弯曲的组件的右侧部分配套能力，随着钢筋面积和强度的提高增加。在原来的组件的右侧部分钢筋的比例不太高的情况，增加了主要加固面积有可能提出的高原组件的右侧部分抗弯曲能力，有效地支持。拉一节中，通过新的加拿大部分和原构件共同工作的领域添加现浇现浇混凝土外套组成部分增加，但提高了有效成分的配套能力，改善正常的经营业绩。放大段加固法施工工艺简单，兼容，并具有成熟的设计和施工经验，在梁，板，柱，墙和一般结构用混凝土加固;但现场施工的湿作业时间长，对生产与生活有一定的影响，并加强建筑清拆后有一定减少。2）置换混凝土加固法该法与放大优点的部分方法被关闭，并经过加强的，不影响建筑物的清拆，但同样存在施工湿作业时间长的缺点;适合偏低或有混凝土承运人等严重缺陷梁，柱受压区混凝土强度的钢筋。3）粘结外包段加固法外包头钢铁厂强化是在部分或钢板包裹是钢筋构件的外，境外包头钢铁厂强化钢筋混凝土梁使用湿外包法律一般，即采用环氧树脂化中的牛奶等上与方法，以加强段施工委员会蛋糕一个整体，加固后的组件，因为是压缩钢横截面面积大幅度提高拉，所以右侧部分配套能力和部分刚性大幅度的提高。该法还表示，包头钢铁厂外湿加固法，应力可靠，施工简便，现场工作量小，但与钢材数量大，不宜在上面，在非600℃用途，保护的形势高温场所;适合不允许在使用明显增加原构件截面尺寸，但要求以增强其承载能力的大型混凝土结构的加固。4）粘钢加固法外面的钢筋弯曲混凝土构件粘钢加固是（右边部分被拉到在组件配套能力不足，扇形的面积，右侧部分受压区或斜截面）表面胶钢板，这样可以提高是增强组件的配套能力，和施工方便。 10 该法施工速度快，现场工作或不湿上只有少数湿抹灰工程等，对生产与生活的影响小，经过加强的，是不显着原有结构的外观和原定清拆影响，但加固效果是决定由胶粘工艺和操作水平很大程度上，是在合适的承受静态函数，而在正常的湿度环境是弯曲或拉构件加固。5）粘胶纤维增强塑料加固法外贴纤维加固与胶结材料粘贴在该组件是加强该地区的拉纤维增强复合材料，使其与一节加强联合工作，达到磨练组件承载能力的目的。除了具有类似胶水的钢板的优点，又具有防腐泥泞，耐潮湿，不增加自身结构重量近，耐用，维护费用低等优点，但需要特殊的防火处理，是适合各种应力混凝土结构构件的性质和一般建设。此法的优点和缺点与扩大部分将接近法是适用于钢筋混凝土结构构件的斜截面承载力不足，或必须施加横向约束力的挤压成员的情况。6）缫丝法此法的优点和缺点与扩大部分将接近法是适用于钢筋混凝土结构构件的斜截面承载力不足，或必须施加横向约束力的挤压成员的情况。7）锚杆锚固法方这项法律是在合适的混凝土强度等级为C20的混凝土?C60的承重成员改造，加固，它已经不适合上述结构，素质结构，光认真适合很体面。1.2间接加固的一般方法1）预应力加固法（1）Thepre，强调加强横向拉杆弯曲混凝土的成员，因为前强调，增加外部装入拉杆的共同作用，有轴向张力，通过杆结束这一部分的人数上的偏心传输锚（当拉杆与梁底部表面紧密贴合板，拉杆可以寻找调整与组件一起，这股热潮已分压传输组件底部表面直接），在组件中的偏心压缩功能，这个功能已经克服弯矩以外的部分负荷生产外荷载效应降低，从而激化组件的抗弯曲能力。同时，由于拉杆传递给组件的压力的作用，组件裂纹的发展可以缓解，控制，斜截面反减的配套能力也增强与它一起。作为水平提升干的函数的结果，原来的组件的部分由收到弯曲应力的特点变成了偏心受压，因此，在加固，组件的配套能力，主要是在弯曲决定的条件下，原始组件的配套能力。（2）在钢
SATWE配筋简图
一、 SATWE 配筋简图有关数字说明 1.1 梁 1.1.1砼梁和劲性梁 1 3 21321Ast VTAst Asm Asm Asm As As As GAsv ----- 其中： As1、As2、As3为梁上部(负弯矩)左支座、跨中、右支座的配筋面积(cm2)； Asm1、Asm2、Asm3表示梁下部(负弯矩)左支座、跨中、右支座的配筋面积(cm2)； Asv 表示梁在Sb 范围内的箍筋面积(cm2)， 取抗剪箍筋Asv 与剪扭箍筋Astv 的大值； Ast 表示梁受扭所需要的纵筋面积(cm2)； Ast1表示梁受扭所需要周边箍筋的单根钢筋的面积(cm2)。 G ，VT 分别为箍筋和剪扭配筋标志。 梁配筋计算说明： （1）对于配筋率大于1%的截面，程序自动按双排筋计算，此时，保护层取60mm ； （2）当按双排筋计算还超限时，程序自动考虑压筋作用，按双筋方式配筋； （3）各截面的箍筋都是按用户输入的箍筋间距计算的，并按沿梁全长箍筋的面积配 箍率要求控制。 若输入的箍筋间距为加密区间距，则加密区的箍筋计算结果可直接参考使 用，如果非加密区与加密区的箍筋间距不同，则应按非加密区箍筋间距对计算 结果进行换算； 若输入的箍筋间距为非加密区间距，则非加密区的箍筋计算结果可直接参 考使用，如果加密区与非加密区的箍筋间距不同，则应按加密区箍筋间距对计 算结果进行换算。
1.1.2 钢梁 R1-R2-R3 其中： R1表示钢梁正应力与强度设计值的比值F1/f； R2表示钢梁整体稳定应力与强度设计值的比值F2/f； R3表示钢梁剪应力与抗剪强度设计值的比值F3/fv。 其中F1，F2，F3，的具体含义： F1=M/（Gb Wnb） F2=M/（Fb Wb） F3（跨中）=V S/(I tw)， F3（支座）=V/Awn 1.2. 柱 1.2.1 矩形混凝土柱和劲性柱 在左上角标注：（Uc）、在柱中心标柱：Asv、在下边标注：Asx、在右边标注： Asy、引出线标注：As_corner As_corner （ Asx 其中： As_corner为柱一根角筋的面积，采用双偏压计算时，角筋面积不应小于此值，采用单偏压计算时，角筋面积可不受此值限制(cm2)； Asx，Asy分别为该柱B边和H边的单边配筋，包括角筋(cm2)； Asv 表示柱在Sc范围内的箍筋； Uc 表示柱的轴压比。 柱配筋说明： （1）柱全截面的配筋面积为：As=2*(Asx+Asy) - 4*As_corner； （2）柱的箍筋是按用户输入的箍筋间距计算的，并按加密区内最小体积配箍率要求控制； （3）柱的体积配箍率是按双肢箍形式计算的，当柱为构造配筋时，按构造要求的体积配箍率计算的箍筋也是按双肢箍形式给出的。
转换结构的主次梁应力分析
转换结构的主次梁应力分析 第1l期 2007年11月 广东土木与建筑 GUANGD0NGARCHITECTURECIVILENGINEERING No.11 N0V2oo7 转换结构的主次梁应力分析 成林星1韩小雷2 (1,东莞市常平建筑设计院广东东莞523560;2,华南理工大学广州510640) 摘要:在主次粱转换工程中,必须对转换主,次梁进行应力分析并按应力校核配筋,文中着重分析水平及竖向荷 栽作用下转换主次梁相应的应力分布规律,为转换梁工程设计提供类似结构转换粱受力概念及计算分析方法. 关键词:转换层;转换梁:有F~-,L分析 1引言 在高层建筑主次梁转换层结构中.框支主梁需 承受剪力墙,转换次梁及其上的剪力墙荷载,其传力 途径多次转换.受力复杂.框支主梁除承受其上部 剪力墙的作用外.还需承受次梁传来的剪力,扭矩和 弯矩.故较易发生受剪破坏[2=.《高层建筑混凝土结 构技术规程》规定,转换层上部的竖向抗侧力构件 (墙,柱)宜直接落在转换层的主结构上,当结构竖向 布置复杂.框支主梁承托剪力墙,转换次梁及其上剪 力墙时.应进行应力分析和应力校核进行配筋.并加 强配筋构造措施[1=在实际工程中常会遇到转换层
上部剪力墙平面布置复杂的情况 高层建筑结构梁式转 换层的主要受力构件是转 换大梁.作为支承上部剪力 墙的基础.如何保证其具有 足够的承载力.就要了解转 换梁的受力形式及影响其 受力的各方面因素其中 主要的影响因素如下:①上 部结构的结构形式:②上部 结构与转换梁的相对刚度: ③转换梁与其下部支承结 构(柱或墙)的相对刚度等. 实际上转换梁的受力 特性与上部墙柱构件参与 共同工作的比例相关:①部 分墙体支承在框支柱上的 转换梁:它与上部墙体共同 工作.墙体的一部分荷载直 14 接传递给柱,剪力墙的受力性能发生较大的改变.在转换梁上部靠近支座处的墙体内有较大的剪应力: ②部分墙体位于框支柱净跨中的转换梁:其受力相当于梁跨中间段承受一定长度的均布荷载.但在转换梁的受荷载梁段由于存在着剪力墙的共同作用也相当于普通梁中间有一段刚性梁段.由于上部墙体的作用.相应墙下转换梁就有一段范围出现受拉区. 这是墙转换梁作为一个整体共同弯曲变形.墙体约束了梁的变形.使转换梁所受的弯矩明显减小
PKPM手工配筋(根据SATWE配筋简图)
根据SATWE计算结果手工配筋 一、SATWE梁的计算结果的含义： 1、加密区和非加密区箍筋都是按用户输入的箍筋间距计算的，并按沿梁全长箍筋的面积配 筋率要求控制。 若输入的箍筋间距为加密区间距，则加密区的箍筋计算结果可直接参考使用，如果非加密区与加密区的箍筋间距不同，则应按非加密区箍筋间距对计算结果进行换算； 1）用户输入的箍筋间距信息在SATWE参数设置框中
2）沿梁全长箍筋的面积配筋率要求，见《混规》11．3．9 梁端设置的第一个箍筋距框架节点边缘不应大于50mm。非加密区的箍筋间距不宜大于加密区箍筋 间距的2倍。沿梁全长箍筋的面积配筋率ρsv应符合下列规定： 3）如何进行换算？ 保持总的配箍率不变，当加密区间距为100，非加密区间距为200，则应对非加密区箍筋面积进行换算，假设换算前后面积分别为ASV1、ASV2，间距分别为S1、S2，则有：ASV1/ S1= ASV2/ S2.[即Asv/S保持不变，原因见《混规》-2010中式（4.3.2-2）] 2、算例 下面的梁为百盛米厂第三层右边数过来第四根边梁。 该梁有关信息如下： 截面参数(m) B*H = 0.250*0.600 保护层厚度(mm) Cov = 30.0 箍筋间距(mm) SS = 100.0 混凝土强度等级RC = 30.0 主筋强度(N/mm2) FYI = 360.0 箍筋强度(N/mm2) FYJ = 210.0 抗震构造措施的抗震等级NF = 4 1、梁顶纵筋和梁底纵筋（bxh=250mmx600mm） 1）配置原则：
框架梁、次梁单侧纵筋不得多于两层，底筋根数不少于3根； 同侧纵筋布置中，不同直径的钢筋，直径相差不大于2级； 框架梁、次梁通长纵筋直径可小于支座短筋直径。尽量使通长面筋（钢筋面积） 不大于支座纵筋面积的60％，但不宜小于30％。 2）手工配置： 梁面（右）：AS=12cm2=1200 mm2, 实配4根HRB400级直径20（1257），保护层 C=20，2x(20+8)+3x25+4x20=211<250, 放置一排,满足（见《混凝》P102和P115） 梁底（左）（：AS=13cm2=1300 mm2, 实配5根HRB400级直径20（1571），保护 层C=20，2x(20+8)+4x25+5x20=256>250, 放置两排，上排2根，下排3根。 2、梁加密区、非加密区箍筋：G0.7—0.7 1）配置原则：1.满足受力要求；2.满足构造要求； 2）手工配置：G0.7—0.7 G—箍筋标志 0.7—表示在箍筋间距100mm范围内，箍筋总横截面（S范围内水平剖切面）面积为70 mm2,至少配置2肢箍，2*ASV1≧70mm2, 即有单肢箍Asv1≧35mm2,d=8mm(Asv1=50.3),满足要求。 3) 非加密区换算 ASV1/ S1= ASV2/ S2，ASV1=0.7（后），S1=100，非加密区S2=150，则ASV2=1.05=105 mm2，配置2肢箍，2根d=8mm(Asv=50.3x2=100.6mm2)，面积基本满足。 若非加密区间距为200，ASV1/ S1= ASV2/ S2，ASV1=0.7，S1=100，S2=200，则 ASV2=1.4=140 mm2，则若配置2肢箍，2根d=8mm(50.3)则不安全, 可配2根d=10mm 钢筋，Asv2=157mm2>140mm2 3、梁受扭纵筋：VT1—0.1 VT—受扭钢筋标志 1—表示受扭纵筋面积，单位为cm2,1即为100 mm2，可在梁侧配置受扭纵筋N4根12(As=452.2mm2,混规11.3.9) 4、梁抗扭箍筋 0.1—表示抗扭箍筋沿周边布置的单肢箍面积（cm2），即10 mm2，此处可验算上述 配置箍筋是否满足70+10=80的要求，适配箍筋Asv=2x50.3mm2>80mm2，满足（即实配箍筋面积≧抗扭箍筋面积+抗剪箍筋面积）。 5、PKPM的初始配筋钢筋与手算比较： 梁左：1）电算配筋为：2根20+2根18HRB400，As=1137mm2, 略小于配筋简图中1200mm2[(1200-137)/1200=5.2%]
应力配筋方法浅析
摘要目前的配筋方法主要还是依造结构力学的方法，利用内力进行结构的配筋。但是在水工结构中，有很多结构形式复杂，结构的受力和边界条件等也比较复杂，常规的结构分析方法难于准确地了解结构的变形规律和应力分布；另外随着建筑功能的多样化发展，建筑中运用转换层越来越普遍，而转换层的结构形式多变，整体性强，不应简化为杆系结构；在桥梁工程中，一些悬索桥、斜拉桥索的锚固区受力复杂，配筋一般通过经验进行，比较保守而且导致混凝土浇注困难。这些情况都导致采用内力配筋法无法满足工程的需要，而应力配筋法却可以适用于任何体系结构，因此，本文对应力配筋的方法进行一个初步的探讨。 关键词应力配筋方法 1、应力配筋法的发展史 应力配筋法的思想在水工钢筋混凝土结构中已有所应用。在水工结构中常会遇到一些无法用结构力学方法计算出截面内力(弯矩m，轴力n，剪力v或弯矩t等)的构件，而只能按照弹性理论方法(经典理论解，弹性有限元或弹性模型试验等)求出结构各点的应力状态。因而，也就无法用内力截面极限承载力公式计算配筋用量。在《水工混凝土结构设计规范》中提出了按弹性应力图形配筋的方法。由弹性理论计算得出结构在荷载作用下的拉应力图形，再根据拉应力图形面积计算出配筋用量。这种配筋方法比较简单易行，可适用于各种复杂的结构，但在理论上并不完善，一般情况下配筋偏于保守。 我国在六十年代曾考虑对水工的非杆件结构采用“全面积配筋”的方法，规定“当最大主拉应力大于混凝土的许可拉应力时，全部主拉应力由钢筋承担”。这种方法没有极限状态的概念，为考虑混凝土的抗拉作用，计算结果十分保守。《水工混凝土结构设计规范》sdj20-78编制组在调查总结了大量的工程设计经验的基础上特制订了附录四的有关条文，提出“按主拉应力图形中扣除小于混凝土许可拉应力的剩余主拉应力图形面积配筋”的计算公式，并对公式的适用条件，配筋方式等做出了明确规定。但是，该公式尚不能考虑混凝土开裂后在截面上的应力重分布，而是按许可拉应力把弹性应力图形划分为混凝土承担的部分和钢筋承担的部分。经过多年的工程实践证明这种做法是偏于保守的，有关研究还从理论上证明了它的保守性。为此，在《水工混凝土结构设计规范》(sl/t191-96)应用了以概率理论为基础的，使用分项系数的极限状态设计方法对原有的应力配筋方法进行了改进。 2、水工混凝土结构设计规范(sl/t191-96) 附录h，非杆件体系钢筋混凝土结构的配筋计算原则。 h.0.1，无法按杆件结构力学方法求得截面内力的钢筋混凝土结构，可由弹性力学分析方法或试验方法求得结构在弹性状态下的截面应力图形，再根据主拉应力图形面积，确定配筋数量。 当材料的本构关系等因素已确定时，也可用钢筋混凝土有限元分析方法对结构进行分析。 h.0.2 ，当由力学计算或试验得出结构在弹性阶段的截面应力图形，并按弹性受拉应力图形配置钢筋时，可按下列原则处理： (1)、当截面应力图形接近线性分布时，可换算为内力，按第6章及第7章的规定进行配筋计算及裂缝控制验算。 (2)、当应力图形偏离线性分布较大时，受拉钢筋截面面积应满足下式要求： (1) 式中：－由荷载设计值(包含结构重要性系数及设计状况系数 ) 确定的弹性总拉力，，在此，为弹性应力图形中主拉应力图形总面积，为结构截面宽度； －混凝土承担的拉力，，在此，为弹性应力图形中主拉应力值小于混凝土轴心抗拉强度设计值的图形面积；
第五章 结构力学的方法
第五章结构力学的方法 1、常用的计算模型与计算方法 (1)常用的计算模型 ①主动荷载模型：当地层较为软弱，或地层相对结构的刚度较小，不足以约束结构茂变形时，可以不考虑围岩对结构的弹性反力，称为主动荷载模型。 ②假定弹性反力模型：先假定弹性反力的作用范围和分布规律、然后再计算，得到结构的内力和变位，验证弹性反力图形分布范围的正确性。 ③计算弹性反力模型：将弹性反力作用范围内围岩对衬砌的连续约束离散为有限个作用在衬砌节点巨的弹性支承，而弹性支承的弹性特性即为所代表地层范围内围岩的弹性特性，根据结构变形计算弹性反力作用范围和大小的计算方法。 (2)与结构形式相适应的计算方法 ①矩形框架结构：多用于浅埋、明挖法施工的地下结构。 关于基底反力的分布规律通常可以有不同假定： a.当底面宽度较小、结构底板相对地层刚度较大时假设底板结构是刚性体，则基底反力的大小和分布即可根据静力平衡条件按直线分布假定求得(参见图5.2.1 ( b )。 b.当底面宽度较大、结构底板相对地层刚度较小时，底板的反力与地基变形的沉降量成正比。若用温克尔局部变形理论，可采用弹性支承法；若用共同变形理论可采用弹性地基上的闭合框架模型进行计算。此时假定地基为半无限弹性体，按弹性理论计算地基反力。 矩形框架结构是超静定结构，其内力解法较多，主要有力法和位移法，并由此法派生了许多方法如混合法、三弯矩法、挠角法。在不考虑线位移的影响时，则力矩分配法较为简便。由于施工方法的可能性与使用需要，矩形框架结构的内部常常设有梁、板和柱，将其分为多层多跨的形式，其内部结构的计算如同地面结构一样，只是要根据其与框架结构的连接方式(支承条件)，选择相应的计算图式。 ②装配式衬砌 根据接头的刚度，常常将结构假定为整体结构或是多铰结构。根据结构周围的地层情况，可以采用不同的计算方法。松软含水地层中，隧道衬砌朝地层方向变形时，地层不会产生很大的弹性反力，可按自由变形圆环计算。若以地层的标准贯入度N来评价是否会对结构的变形产生约束作用时，当标准贯入度N>4时可以考虑弹性反力对衬砌结构变形的约束作用。此时可以用假定弹性反力图形或性约束法计算圆环内力。当N<2时，弹性反力几乎等于零，此时可以采用白由变形圆环的计算方法。 接头的刚度对内力有较大影响，但是由于影响因素复杂，与实际往往存在较大差距，采用整体式圆形衬砌训算方法是近似可行的。此外，计算表明，若将接头的位置设于弯矩较小处，接头刚度的变化对结构内力的影响不超过5％。 目前，对于圆形结构较为适用的方法有： a.按整体结构计算。对接头的刚度或计算弯矩进行修正；
高层结构转换梁弹性应力与内力配筋法的比较
文章编号:1009-6825(2008)16-0009-02 高层结构转换梁弹性应力与内力配筋法的比较 收稿日期:2008-02-23 作者简介:马改改(1982-),女,西安理工大学水利水电学院结构工程硕士研究生,陕西西安 710048 简 政(1962-),男,教授,西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048 马改改 简 政 摘 要:通过工程实例,运用应力配筋法对转换梁作了整体应力分析和应力配筋计算,通过分析比较内力配筋法与应力配筋法的共同点及差异性,表明应力配筋法的合理性和实用性。关键词:转换梁,单元,非杆件结构,应力配筋中图分类号:T U 318 文献标识码:A 在对高层结构进行有限元分析时,通常采用杆系单元来模拟梁,柱壳单元来模拟楼板和剪力墙,由于带转换层的高层结构中转换梁的截面高度、宽度都比较大,转换大梁往往受力复杂,若要在进行整体结构分析的基础上对其进行更为详细的分析,必须借助于有限元方法。在有限元分析的基础上,根据其应力分布再进行计算和配筋得到结构的局部受力效应,例如,单独研究转换梁时,主要想得出转换梁的应力,用杆系单元模拟转换梁,计算结果为弯矩、轴力、剪力和变形等,所以应该用实体单元模拟转换梁,进行转换梁的三维实体分析,算出应力,转换梁用应力配筋,这样能比较精确地满足结构的设计要求。在进行建模时,有多种单元的综合使用,不同单元交接处,需要耦合约束。文中用上述方法模拟一个整体结构,着重得出转换梁的应力,然后用应力配筋和用内力配筋的结果进行对比。 1 应力配筋法 1)应力配筋法的演变。 非杆件结构形状多变,不应简化为杆件结构进行设计,对此类构件的配筋问题,各国正式颁布的规范中尚没有明确的条文规定,也没有推荐对此类构件结构都通用的计算方法。我国在20世纪60年代曾考虑对水工的非杆件结构采用/全面积配筋0的方法。规定/当最大拉应力大于混凝土的许可拉应力时,全部拉应力应由钢筋承担0,这种方法中没有极限状态的概念,未考虑混凝土的抗拉作用,计算结果非常保守。水工规范SDJ 20-78编制组在调查总结了大量工程设计经验的基础上,提出了/按拉应力图形面积中扣除小于混凝土许可拉应力后的剩余应力图形面积配筋0的计算公式,并对公式的适用条件、配筋方式等作了明确的规定,使水工中非杆件结构的设计既安全又比较简便,取得了很好的效果。但是,该公式尚不能考虑混凝土开裂后截面上的应力重分布,而是按许可拉应力把弹性应力图形划分为混凝土承担的部分及钢筋承担的部分。经过多年的工程实践证明,这种做法是偏于保守的,有关研究还从理论上证明了这一保守性。为此,水工规范DL/T 5057-1996应用了以概率理论为基础的、使用分项系数的极限状态设计方法对原有的应力配筋方法进行了改进,建立了更为合理完善的计算公式。经过前辈学者多年系统性的研究,应力配筋的方法已经成为一种在工程界广受欢迎的、准确而简洁的设计方法。 2)对于非杆件结构,当用弹性力学或试验方法求得截面应力图形时,可按DL /5057-1996水工混凝土结构设计规范。a.当截面的应力图形接近线性分布时,可换算成内力,按内力进行配筋计算。 b.若截面应力图形偏离线性分布较大,可按下式计算受拉钢筋: T = 1 r d (0.6T c +f y A S )。其中,T 为由荷载设计值确定的弹性总拉力,T =A b ,A 为弹性应力图形中拉应力图形的总面积,b 为结构截面的宽度;T c 为混凝土承担的拉力,T c =A c 1b ,A c 1为弹性应力图形中主拉应力小于混凝土轴心抗拉强度设计值f 1的图形面积;A S ,f y 分别为受拉钢筋的面积及钢筋抗拉设计值;r d 为钢筋混凝土结构的结构系数,取1.2。 2 转换梁按应力曲线图形与沿梁高节点正应力值2.1 计算模型 文中采用的分析模型在贵阳市某广场的基础上,做改动之后模型概况为:地下1层,层高4.5m,地上12层,层高3.0m,结构类型为框支剪力墙,结构体形21m @14m @36m,高宽比36/14=2.57(<4),长宽比21/14=1.5(<5)。转换层以下柱子采用梁单元Beam4,转换大梁采用实体单元Solid45,转换层以上短肢剪力墙和楼板采用壳单元Shell63。为了使模型简化,荷载只施加竖向恒荷载和活荷载。转换梁用实体单元,为了使计算精确,划分网格时,梁截面宽度为0.5m,梁高度为1.5m,沿梁高度方向划分10份,每隔0.15m 有一个节点。 文中取转换楼层中一根转换梁作为研究对象,对转换梁进行受力分析,该转换梁两端上部为L 型短肢剪力墙,跨中上部为/一0字型短肢剪力墙,下部为框架柱,取梁左端为截面1,跨中为截面2,右端为截面3。 2.2 节点Y 方向应力值 节点Y 方向应力值见表1。 表1 控制截面节点正应力 沿梁高节点 高度/m 控制截面1应力值/Pa 控制截面2应力值/Pa 控制截面3应力值/Pa 0-55526002907400-55256000.15-34556002257400-34276000.3-23045001715600-22781000.45-14162001259400-13922000.6-779070861420-7574600.75-292110496280-2727700.901101101408201273501.05489890-2206805052101.20931190-5683209448501.351583700-72531015962001.50 2753400 -1651700 2767500 # 9# 第34卷第16期2008年6月 山西建筑SHANXI ARCH ITECTURE Vol.34No.16Jun. 2008
应力配筋法在水利工程中应用的研究
文章编号：1009-6825（2012）33-0245-03 应力配筋法在水利工程中应用的研究 收稿日期：2012-09-22作者简介：尹岩（1988-），男，在读硕士 尹 岩 （华北水利水电学院，河南郑州450011） 摘 要：为研究应力配筋法在水利工程中的应用，结合工程实例，运用有限元软件Ansys 对闸室在两种工况下的应力进行了分析， 并选取两种工况中最不利工况对闸墩进行应力配筋计算。计算结果表明，有限元分析可以直观反映闸室的应力分布情况，采用应力配筋计算过程简单、结果明确，对工程设计具有一定的参考价值。关键词：出口控制闸，闸墩，有限元分析，应力配筋中图分类号：TV314 文献标识码：A 1概述 在水利工程中有很多非杆非壳的大体积混凝土结构，这些结 构的受力和形状都比较复杂，无法按照常规的结构力学方法进行 分析及计算。目前， 针对此类问题应用较为广泛的方法是应力配筋法，现行SL 191-2008水工混凝土结构设计规范［1］给出了弹性应力配筋方法的基本思路，并对此方法作出了原则性的说明，这 对我们的工程设计具有重要的参考价值。我们将结合工程实例，运用大型有限元软件Ansys 模拟计算闸室在两种工况下的应力，并通过有限元计算得到的应力对闸墩进行配筋计算。 2倒虹吸出口闸闸墩有限元分析2．1 工程概况 某渠道倒虹吸由进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口控制闸和出口渐变段组成，其中出口控制闸底板高程为98．421m ，正常运行期水位为105．421m 。闸室长23m ，闸室共4孔，分为两联，一联2孔，单孔净宽6．5m ，闸室底板与墩墙为C25混凝土整体式浇筑。闸室前部设弧形钢闸门，弧形闸门半径11m ，弧形闸门侧轨中心线半径10．94m ，相应门槽宽为0．9m ，门槽深为0．3m 。出口控制闸结构尺寸如图1，图2所示。 14380 46005000 7030 1700 36002650 3400 5600 A A 15001000 12006500 1800 1400 6500 1200 500 500800500 R 900 R 1 400 5750 385014380 500 图1出口控制闸平面图（一联） 2．2计算工况 我们只针对完建期后的工况进行探讨，根据工程实际运行情 况及不利工况，选取表1中所示的两种代表工况。 表1 计算工况 工况水位运行情况 一正常水位四孔开启 二 正常水位 两边孔关闭， 两中孔开启2．3计算模型 14380 3850 5750 200 12000 3000 C10混凝土厚100 C30二期混凝土 C30二期混凝土250 250 600 1660 980 1000 2000010001000 10426 6470 1660 60023980 1100 250 355 3924 396762000 1000 检修门 730038001500 900 R 11000 图2A —A 剖面图 4824 C25混凝土 我们主要针对闸墩的配筋进行研究，根据实际工程情况，该 工程闸墩有三种形式：缝墩、中墩、边墩，对于门槽处受力特点，边墩迎水面门槽处一直处于受压状态，缝墩和中墩门槽处受力情况 最为不利， 因此，在下面的分析中，仅考虑中墩和边墩的受力情况，并在建立模型时对结构进行了简化，模型更侧重于中墩和边 墩的受力情况。考虑结构的对称性，在此选取左联闸室进行有限元分析。 闸室混凝土结构均采用Solid45单元离散，在网格划分上，厚 度方向单元最大边长控制在0．5m 以内［2］ ，对底板与闸墩的交接处进行了适当的网格加密，为保证单元均为六面体单元，对闸墩弧形部分进行了简化。 模型总单元数为92735，坐标原点位于边墩进口处坡线与底板交点， x 轴为垂直于水流方向，y 轴为竖直方向，z 轴为顺水流方向，有限元模型如图3所示。 图3有限元网格划分图 模型边界条件为底板底部施加全约束，以x 轴、 z 轴为法向的面施加法向约束［3］ 。模型荷载仅考虑了结构自重和静水压力。 2．4计算参数 · 542·第38卷第33期2012年11月 山西 建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol．38No．33Nov．2012
超长混凝土结构温度应力配筋计算与裂缝控制
超长混凝土结构温度应力配筋计算与裂缝控制 摘要：现浇混凝土框架结构长度一般超过55m，可被定义为超长结构，结构形 式为开敞式的最大长度则为35m。剪力墙结构由于刚度及约束更大，长度限制则 更加严格。《《混凝土结构设计规范 GB50010 2010》（以下简称“砼规”）中建议 采用设置伸缩缝的方法来降低温度应力对于结构的影响，然而由于抗震的要求， 此类伸缩缝的宽度一般在100mm以上，不但影响建筑物的美观，同时也是漏水、渗水的隐患所在。而通过对温度应力的配筋计算和加强结构的构造措施，再配合 适当的施工措施。完全可以做到无需设缝的超长混凝土结构。 关键词：计算温差；伸缩缝；松弛系数 1.“抗”与“放”的概念 结结构在外界温度的影响下，若不受其他约束而产生自由变形，其将不会 产生任何的温度应力。一旦受到约束后，由此产生的约束应力随约束的增大而增大。显然，在处理结构因温度的影响产生变形而导致的应力问题上，简单的“抗”，如加大截面、提高刚度、增加约束等，对结构未必是合理和经济的处理方式。而 应做到“抗”、“放”兼顾，如合理地控制温度区段、设置后浇带、控制结构合拢时 的温度等，都是常见的“放”的措施。这使结构在保证正常使用极限状态的同时， 又满足承载力的极限状态。 2.计算温差 在计算温差时，是以结构初始温度与使用期限内该结构可能遇到的最高 （最低）月平均温度的差值为计算温差，有时还要考虑浇筑初期收缩产生的当量 温度。具体公式如下： T=T2-T1+T3 T-均匀温度作用标准值 T1-结构初始温度、为结构后浇带合拢后的当月平均气温 T2-结构最高（最低）平均温度 T3-混凝土浇筑初期收缩产生的当量温度 T3=-Ey(t)/α α-混凝土线膨胀系数1x10-5/°C Ey(t)-任意时间的混凝土收缩量，ε（t）=ε（∞）?（1-e-0.01t） M1M2M3???M10?【3】，此函数公式与混凝土配合比，初期养护时间，混凝土配筋率，使用环境等都有密切联系。 针对混凝土结构相对于温度传递的延迟性和惰性的特点，温度荷载一般取 月平均气温。而不是单日极端气温。对于T2的取值，施工期间可根据当地气象 局至少10年的气温资料，截取最不利的一年最高（最低）月平均气温。投入使 用后，露天结构可根据《建筑结构荷载规范 GB5009-2012》（以下简称“荷载规范”）的50年重现期的最高（最低）平均气温取值。非露天结构，考虑到建筑保 温效果室内机械通风等作用，可以取室内保温温度。 3.工程实例简述 上海某地拟新建一快递物流中心，结构为171mx54.6m的框架结构，地上四层，地下一层，总高度25.8m。地下室顶板板厚为250mm，其余楼面板厚为 130mm，屋面板厚为120mm。楼面工作区域活荷载为10kN/m2，屋面（不上人 屋面）活荷载为0.5kN/m2。由于物流工艺的需要，项目要求结构不设置伸缩缝。 而结构长度远远超过砼规中现浇框架结构55m的规定限值，故需进行温度应力的配筋验算。本工程采用有限元结构计算软件——Midas GEN进行建模、计算。
预应力温度应力配筋在超长钢筋混凝土结构中的应用与分析
预应力温度应力配筋在超长钢筋混凝土结构中的应用与分析 张现法1，焦正须2，杨军领3 （河北建工集团有限责任公司，050051） [摘要] 一般混凝土结构都是根据正常使用荷载进行结构配筋设计的，而对于超长混凝土结构，除进行正常使用荷载作用下的的配筋设计外，通常还要考虑温度应力的作用和影响，一般采用设置后浇带、施加预应力的方法来抵消混凝土温度应力，保证混凝土结构不开裂。 [关键词] 超长混凝土结构预应力温度应力主动结构技术措施 一、工程概况 奥林匹克公园地下商业位于奥林匹克公园中区，南北长405米，东西宽216米，地下两层，属于超长钢筋混凝土结构。东西方向设有3条后浇带，未设结构缝；南北方向设置6条后浇带，2道沉降缝。 对于超长混凝土结构，在满足正常使用荷载的承载力后通常要考虑温度应力的作用和影响。为此，设计在本工程地下一层外墙板和顶板以及纵梁配置了后张无粘结预应力筋，用于结构抗裂。通过预应力的作用来减小或抵消温度应力对整体结构的影响，并且通过配置预应力筋加强结构本身的整体性。预应力对温度变形的约束作用主要表现在预应力筋在混凝土中可以起到约束构件温度变形的作用。当混凝土受热膨胀变形时预应力起到了约束膨胀的作用，当混凝土受冷收缩变形时，由预应力筋在水平构件中的平均压应力又能起到抵消或降低由收缩产生拉应力的作用，防止产生过大的拉应力而使混凝土开裂。施加预应力是一种主动结构技术措施。 二、温度荷载的分类及特点 温度荷载通常分为三种：（一）日照温度荷载；（二）骤降温度荷载；（三）年温温度荷载。其特点为：日照温度荷载产生的原因为太阳辐射，短时急变，局部性和方向性强，分布不均匀，局部应力大，温度沿平面和壁厚呈非线性分布，分析计算复杂，但总体温差幅度不大。骤降温度荷载是由强冷空气等因素产生的，也属短时变化快，但属于整体变化，较为均匀，产生的应力较大，分析计算较为复杂。年温温度荷载是由年温度变化引起的，属于整体均匀缓慢的变化过程。温差大，整体位移大，分析计算比较简单。在超长钢筋混凝土结构的分析计算中，
二、浅谈对配筋、刚度、力流及设计思维的理解
浅谈对配筋、刚度、力流及设计思维的理解 中民筑友设计院（庄伟） 法师自然，大道至简，概念设计应贯通于结构设计中的始终，结构设计应悟道，一般可分为四个层次：配筋、刚度、力流与设计思维。 1引言 设计一般可以这样去理解，设即设想、构想、想象；计即计算、分析、力流。两者 结合起来就是设计，设计出来的结构最好是效率、优美、功能三者的平衡统一。不同人对结构设计有不同的理解，一般可以分为四个层次，配筋、刚度、力流及设计思维，除此之外，在结构设计中，应把设计思维贯穿其中。 2对配筋、刚度、力流及设计思维的理解 2.1配筋 配筋是结构设计最基本的工作，每个厉害的高手最初都是从画梁板柱施工图开始的，钢筋可以大致对照SATWE计算结果进行配置，但钢筋的背后，是强度与构造的体现，与刚度密切也密切相关。 2.2刚度 结构刚度就是结构能够限制作用力所产生变形的一种性质。在荷载不变的情况下，结构刚度大，结构的相应变形小，而结构刚度小，结构相应变形则大。刚度看不见，摸不着，但可以通过“变形”去理解。当力按一定的规则传递到结构上时，都会产生变形（水平变形，竖向变形，扭转变形等），变形过大，可能会引起超筋、位移比、周期比等不满足要求，变形过大，或许也是结构布置不合理。 刚度的布置应均匀，否则刚度的不均匀会导致力流的不均匀。刚度一般有X、Y向刚度，结构周期中某个转角的平动周期不纯，其背后的本质就是该方向两侧刚度不均匀或结构内外相对刚度不合理（产生扭转变形）。 X方向或Y方向两端刚度接近（均匀）才位移比小，两端刚度大于中间刚度才会扭转小(偏心荷载作用下），周期比更容易满足，，增加结构扭转刚度也对位移比有利，属于“抗”。 控制扭转的关键在于“加减法”及X方向或Y方向两端刚度接近（均匀），要加的墙位置很重要，好钢用在刀刃上才更有效，而方法的背后，在于一个外墙与内墙的相对刚度，而不是外墙的绝对刚度大小，理解了相对刚度，就明白了“减法”在刚度调整过程中的重要作用。减法的过程中也要控制X方向或Y方向两端刚度接近（均匀），否侧又产生扭转变形。 2.3力流 外荷载及作用作用于结构上，在结构内部是如何传递分配的是看不见摸不着的，但这种分配与传递确实实在在地存在着，为了形象地说明力流的传递与分配，可以用“水流”进行类比。结构中的力流由板传到梁、由梁传到柱、墙，有柱墙传到基础，总是遵循着一定的规则，但力流的传递的效率却至关重要，其背后体现着概念设计及结构布置。 力流的传递要短，少一些变形协调的过程，除非是不得已而为之（建筑、规范要求），墙柱布置应上下贯通。楼板中常有些小板块的100mm厚填充墙（比如小于4m）一般尽量不设小次梁，减少一些传力途径，可以局部加强楼板配筋。 力流的传递过程应“物尽其用”，提高材料的利用效率。比如混凝土抗压强度远远大于抗拉强度，应尽量让混凝土构件受压，而不是受拉，受弯。当结构受到弯矩时，弯矩的本质