em1110-2-2104水工钢筋混凝土结构强度设计规范-校

em1110-2-2104水工钢筋混凝土结构强度设计规范-校内容摘要：

力（斜向拉力）所需的额定强度。 尤其，剪力钢筋的设计应依据超剪力，水力计算极限剪力（ Vuh）与混凝土提供的抗剪强度（ ф Vc） 之间的差， 其中ф为混凝土抗剪设计系数。 因此，剪力钢筋设计， Vs,由下式得出：     cuh VVV （ ） b. 单荷载系数法。 在单荷载系数法中，恒载和活载乘以同一荷载系数。 U = （ D + L） （ ） 式中 U =非水工结构的计算荷载 D =恒载的内力和力矩 L =活载的内力和力矩 Uh = H f [(d + L)] （ ） 式中 Uf =水工结构的设计荷载 Hf =水力因数 对于水工结构，基本荷载系数（ ）乘以水力因数（ Hf） , 其中， Hf = ，直接受拉的构件除外。 对直接受拉的构件， Hf =。 经与CECWED 协商和同意后也可采用其它值。 除上述情况外，本设计还包括非正常或极端荷载影响的抗力，如风、地震或其它历时短和发生概率低 的力。 在这些情况下，应采用下列荷载组合之一： U = 或 E () 对于非水工结构 U = Hf（ 或 E） （ ） 对于水工结构，其中 UW 或 E = 包括风或地震影响的非水工计算荷载。 14 c. 修正的 ACI 318 规范。 ACI 318 规范中规定的荷载系数可直接用于水工结构，但有两处改动。 侧向流体荷载系数（ F），应取 ，而不是 ACI 318 规范中规定 的。 另外，对于水工结构，总计算设计荷载的计算荷载组合， U，正如 ACI 318 规范中所规定应增加的水力因数 Hf=, 直接受拉的构件除外。 对直接受拉的构件， Hf =。 U = + () 对于非水工结构 Uh = Hf U = Hf (+) () 对于水工结构。 对特定的水工结构，如 U 形体的船闸和水道，活载可对用于确定总计算荷载影响的计算荷载组合起到卸荷作用。 在此情况下，应对计算的恒载和活载（整体的活载系数）组合 Uh = Hf ( + ) () 应进行调查研究并在设计文件中报告。 d. 地震影响。 如果需要抗震荷载， E，应采用下列定义和荷载组合。 1） 非正常和极端荷载。 地震荷载考虑为非正常的或极端的，因为它们的发生概率低而且持续时间短。 至今，因它们的发生概率低，在推求荷载组合时还可把它们与正常工作荷载，如水工结构的正常运行库水位相结合。 2）设计地震定义。 在推求地震荷载时，需考虑三种不同的地震。 在设计强度和适用性时，最大可信地震（ MCE），最大设计地震（ MDE），和运行基本地震（ OBE）都是可能的临界地震。 a) 最大可信地震（ MCE）。 正如 ER 111021806 规范中所规定的，MCE 是最大地震，基于地震学和地质迹象有理由估计这种地震可能是由结构物位置附近的一种特定源引发的。 对一个特定的位置来说可确定为多 MCE 的，每个位置都有它们各自特定的地面运动参数和光谱形状。 b) 最大设计地震（ MDE）。 正如 ER111021806 规范中所规定的，MDE 是最大水平地面运动，以此进行结构的设计或评估。 尽管可能发生损伤或经济损失，相关的性能要求是工程能运行而不遭受灾难破坏。 对于关键特性，MDE 与 MCE 一样。 对于所有其它特性， MDE 应选为比 MCE 小的地震。 它可 15 保证经济设计达到适当的安全标准。 MDE 可称为决定性或概率性地震。 （在许多情况下，一般地震的百年超过概率为 10%，即 950 年的重现期。 ） MDE 荷载由于发生概率极低（可能震级高），因此考虑为极端荷载情况（并预计的正常荷载和库水位）综合使用。 c) 运行基本地震（ OBE）。 正如 ER111021806 规范中所规定的，OBE 是一种一般可预计在工程使用期限内发生的地震，即在使用期限期间的超过概率为 50%。 （对使用期限为 100 年的工程来说，这相当于 144 年的重现期。 ）相关的性能要求是工程性能损坏极少或没有，但性能不受影响。 OBE 的用途是保护工程不受经济损失或寿命损失，因此 OBE 重现期替代方案的选择可基于经济考虑。 由于发生概率低， OBE 认定为非正常荷载，并应与正常荷载（预计的正常荷载和库水位）结合使用。 3） OBE 荷载系数。 OBE 个别的荷载系数 是采用标准的（非现场特定）和现场特定地面运动生成的。 按现场特定求得的 OBE 荷载系数显示，荷载系数减小，而其可靠性增强了。 a) 标准地面运动分析。 当用抗震系数或标准设计谱计算一种 OBE的等效静态地震力时，可采用下面给出的荷载系数。 包括非现场特定的 OBE 分析的荷载组合为： UE = (D+L)+ () 并代入公式 给出 Uh = [Hf((D+L)+)] () 用于水 工结构。 本公式中的恒载和活载要用正常运行工况进行推导。 b）现场特定地面运动。 现场特定地面运动一般用于进行时程分析或反应谱分析。 可使用例如 DEQAS 的计算机程序得出现场特定反应谱。 必须使用规定的位置数据和 OBE 的定义来得出反应谱。 同样地，确定的加速时间历程必须反映出现场特定的动态特性以及 OBE 的定义。 包括现场特定的 OBE 分析在内的荷载组合为 ELDU E )(  （ ） 代入公式 得到 )])([ ELDHU fh  （ ） 16 通过正常运行工况得到本公式中的恒载和活载。 4） MED 荷载系数。 利用标准的和现场特定的地面运动得到 MDE 独立的荷载系数。 现场特定的开发的 MDE 的荷载系数反映出通过降低荷载系数增加荷载的可靠性。 a）标准地面运动。 当地震系数或标准设计谱用于推导等效静态地震力时，要使用以下荷载系数。 通过使用 EM6050 中提出的程序可以得出这些地震系数或设计谱。 包括非现场特定 MDE 分析在内的设计荷载为 ELDU E )(  （ ） 将此 公式代入公式 得到 )])(([ ELDHU fh  （ ） 通过正常运行工况得到本公式中的恒载和活载。 b）现场特定地面运动。 现场特定地面运动用于进行时程分析或反应谱分析。 可使用 EM6050 中提出的程序利用 NEHRP 图或例如 DEQAS 的计算机程序得出现场特定反应谱。 必须使用规定的位置数据和 MDE 的定义来得出反应谱。 包括现场特定的 MDE 分析在内的荷载组合为 ELDU E )(  （ ） 将此公 式代入公式 得到 )])(([ ELDHU fh  （ ） 通过正常运行工况得到本公式中的恒载和活载。 34 钢筋的设计强度 a. 设计通常应基于 ASTM60 级钢筋的屈服强度 60000psi。 采用其它级的钢筋需符合 22 节和 34b 节段规定。 设计使用的屈服强度应在图纸中指出。 b. 不应使用屈服强度超过 60000psi 的钢筋，除非与 CECWED 协商并获得CECWED 的认可，对延性和适用性要求进行详细的调查研究。 35 最大受拉钢筋 a. 对于单独加强的受弯 构件，以及承受组合的受弯和受压轴向荷载的构件， 17 当轴向荷载强度 φ Pn 小于 gcAf 或 φ Pb 的较小值时，给出的受拉钢筋比ρ应符合以下各项： 1）建议的限值 = b。 2）不要求专门研究或核实的最大允许上限 = b。 超过 b 的值将要求考虑适用性、可构造性和经济性。 3）当无法预测到过大偏差，而使用 ACI318 规范中规定的方法或其他方法预测到的变形与综合试验结果基本一致时，最大允许上限 = b。 4）只有与 CECWED 协商并获得 CECWED 的认可，对适用性要求（包括偏差计算）进行详细的核实，才能允许大于 b 的钢筋比。 在任何情况下，钢筋比不能超过 b。 b. 受压钢筋的使用应符合 ACI318 规范的规定。 36 偏差与开裂的控制 a. 如果没有超过第 34a 节和 35a(3)节中规定的设计强度和钢筋比的限值，无须核实由于有效荷载造成的开裂和偏差。 b. 如果设计强度和钢筋比超出第 34a 段和 35a(3)段中规定的限值，应与CECWED 协商对由于作用荷载造成的变形与开裂进行广泛地调查研究。 这些研究应包括材料和模型的实验室试验 、分析研究、特殊结构程序、裂缝控制的可能措施等。 偏差与裂缝宽度的控制程度应使其不会对特定结构的运行、维护、性能或者外观有不利影响。 37 墙的最小厚度 高于 10 英尺的墙最小厚度应为 12 英寸，两面均应设置钢筋。 18 第三章 强度及适用性条文说明 总则 a. 非水工结构与水工结构： 于水工结构，开裂、振动和稳定是主要的适用性问题。 过去使用了允许应力设计方法学，水工结构中的混凝土构件的允许应力从 cf 减至 cf。 允许应力的减小产生了加厚的混凝土构件，构件的应力水平较低并增加了钢筋要求。 混凝土厚度的这一增加对水工结构是有益的，后者的稳定通常依赖于质量（更多的混凝土），没有过多加固（没有剪力钢筋）并且通常易受振动的影响（质量和减振）。 配筋要求的增加大大有助于改善裂缝控制。 出于同一目的，水力因数用于水工结构的荷载与阻力系数设计。 当构件没有直接受拉时，注意到。 减小的允许应力法是正确的这一事实以及得到的合理的适用性结果，促使将这一概念引入荷载与阻力系数方法学。 水力因数的使用是简单的，并 省去了单独适用性分析的必要。 b. 单个与修正的 ACI318 规范荷载系数法： 单荷载系数法对于恒载和活载都使用一个荷载系数（ ），而 ACI318 规范使用不同的荷载系数，恒载 ，活载。 USACE 已经选择使用比 USACE 结构所用系数更高的 ACI 阻力系数。 因此，USACE 结构的荷载系数也略高于使用常规荷载和阻力系数法推导 USACE 结构荷载系数。 当流体压力是主要活载的水工结构中， ACI318 规范法要求流体压力的荷载系数为。 这一 ACI318 规范要求小于本文规定的流体压力要使用 的荷载系数，使得 两个方法几乎相同。 唯一的差异是恒载系数为 比 （ ACI318 规范）。 对于具有大的恒载成分和限制的流体压力的结构， ACI318 规范法将提供较低的强度要求。 通过需求承载能力关系和安全性可以最适合地描绘出对荷载系数的需求。 如果结构物是准确分析、正确设计、完美修建并按预计负载，略微超出需求的承载能力应提供适当的设计。 不幸的是，这些行为大多数具有不确定性，要求执行安 19 全裕度。 实际荷载在量值和分配上与设计荷载有差异。 荷载可能是瞬时的、每日的、每年的运行期限中一次的。 模拟假设、限制和简化可提供与实际情况轻微不同至 完全不同的结果。 除了需求与承载能力之间的关系之外，荷载系数还必须考虑失事后果（重要性）。 由失事造成的生命和财产的损失或大的经济损失比微小的运行破坏或小麻烦要求更大的安全裕度。 对阻力系数的需求取决于构件强度的变率。 构件的强度必须超出对所有可预见荷载的要求，没有破坏或重大事故。 每个构件的实际强度与额定计算值不同。 这些差异与竣工对比假设的（分析 /设计）材料特性、横截面尺寸、钢筋设置的变化以及分析程序的准确性有关。 在特定的例子中，这些变化造成实际强度比计算值小。 为了保证结构或单个构件的安全，必须通过（抗力）系数 降低标定强度，并应通过（荷载）系数增加荷载。 这些阻力系数φ，考虑强度中的变化性，特别是与计算值相比可能降低的构件强度，以及荷载系数γ，考虑与假设负荷相比可能超载的或不适当的负荷系统。 这转化到公式： ili in QR  1 （ ） 这是强度设计的基础，式中φ是阻力系数（小于 ）， Rn 是计算的构件额定承载力，γ i 是荷载 ith 的荷载系数， Qi 是荷载类型（恒载、活载、地震荷载等）， l是荷载类型的数量。 安全裕度可以被定义为强度和荷载效应之间的差异，如图 所示。 安全裕度是一个随机变量，根据图 所示的特性得出概率分布。 用于确定失事概率的典型概率分布是 1n(R/Q)，如图 所示。 图 和 中概率分布低于零时，发生事故。 因此，零左边的区域（失事概率）必须减至最小至一个可接受的值。 这一般是通过将安全裕度的平均值强制成规定数目的裕度的标准偏差来实现的。 这一乘式被称之为安全指数β，通常取 3 到 4 之间的值。 （ AISC 为受风荷载的构件选用 ，恒载加上活载的构件之间的连接选用 和 ，受地震荷载的构件选用。 ）来自于成功设计的安全指数的历史数。