新编混凝土结构设计规范gb50010-20xx学习讲座

新编混凝土结构设计规范gb50010-20xx学习讲座内容摘要：

说明书全面准确地理解程序中采用的分析方法基本假设近似性和适用条件等检查是否适合设计对象在运算时应严格按照程序的要求输入数据和获取计算结果完成运算后应采取有效方法对每一份电算结果进行必要的判断和校核确认其合理可靠后方可用于工程设计 Ⅲ结构分析的方法分类 What 混凝土结构的设计除了应遵循本规范外还有一些相关的设计规范或规程对于特定的结构类型或受力条件给出了结构分析的详细要求和规定可予参照执行 钢筋混凝土结构是由两种性质迥 异的材料组合而成其中钢材 筋 的性质接近理想弹塑性而混凝土的拉压强度相差悬殊应力 应变关系为非线性变化超过强度峰值点后还有应力下降段因此任何一个设计合理的钢筋混凝土结构在荷载作用下必经历一复杂的受力破坏过程开始时出现短暂的弹性阶段随后进入混凝土受拉开裂和出现少量塑性变形的使用阶段至钢筋屈服后结构局部形成塑性饺发生塑性内力重分布阶段最终达到结构的承载能力极限状态其后还有变形继续增大但承载力逐渐下降的阶段可见混凝土结构的内力和变形是一个不断变化的非线性过程其变化幅度主要取决于结构体系的类型和布置各部分的配筋数量和构造以及材料的力学性能等因素而有很大差别 结构分析方法可基于混凝土结构的不同受力阶段有的方法可用于一切受力阶段多数方法则只适用于个别阶段工程中现用的结构分析方法按其力学原理和其针对的受力阶段可分为五类各类方法的特点适用条件和应用范围扼要说明如下 1 线弹性分析方法 这类方法假设混凝土结构的材料和构件均为匀质的线弹性体故二三维结构分析中所需的刚度矩阵或柔度矩阵弹性模量 E 和泊松比ν或杆系结构分析中所需的杆件截面刚度 EI 均取为常值不随荷载或材料应力值而变化因而在确定的荷载 作用 状况下结构分析有唯一解其 内 应 力和变形均随荷载值按比例增减 线弹性分析法是最基本和最成熟的结构分析方法也是其他类分析方法的基础和特例线弹性分析法可应用于一切形式的二三维结构和杆系结构体系一些体形和受力复杂的特殊结构当没有简捷可靠的专门分析方法时也常采用至今国内外已建成的混凝土结构中大部分都按此类方法进行分析并设计 线弹性分析法当然是以结构的弹性阶段的受力特点为依据建立的但也可应用于对混凝土结构其他各受力阶段的分析超静定结构的试验表明在受拉钢筋屈服所在截面及其附近区段形成塑性饺之前由于混凝土受拉开裂和受压塑性变形等原因使构件 截面 刚度减小各部分相对刚度发生变化而引起的结构内力重分布的幅度不大实际内力分布与线弹性法计算值的差别约在工程的允许范围以内因而在验算混凝土结构的正常使用极限状态时仍可采用线弹性分析的结果 按承载能力极限状态设计超静定结构时采用线弹性分析所得的构件 截面 内力以及按此内力用规范的截面极限状态法计算配筋逻辑上似有矛盾但是从理论上分析试验也有验证虽然混凝土结构在使用阶段和塑性内力重分布阶段的内力都与线弹性法的计算值有出入而在实现内力充分重分布形成破坏机构时其最终的内力分布取决于各截面的极限弯矩值仍与线弹性分析 一致故线弹性分析法也适用于结构承载能力极限状态的验算同样可保证结构的安全且实用上简易可行结构工程的无数实例足以证实其可靠性 当然其条件是构件 截面〉有足够的塑性转动能力能保证结构的内力充分重分布还需符合正常使用极限状态的要求混凝土结构在使用阶段因为混凝土开裂刚度减小而变形增大内力重分布又影响其他部分的混凝土开裂必要时应作验算 2 考虑塑性内力重分布的分析方法 超静定结构在达到承载能力极限状态之前总要发生程度不等的塑性内力重分布最终的内力分布主要取决于各构件 截面 的配筋和极限弯矩值主动地利用混凝土结构的 这一特点确定其设计内力值具有简化计算节约钢材调整布筋方便施工等优点 考虑塑性内力重分布的结构分析方法有多种比较简便且应用最多的是弯矩调幅法首先用线弹性法分析各种荷载状况下的结构内力获得各控制截面的最不利弯矩后对构件的支座截面弯矩进行调幅处理并确定相应的跨中弯矩这一分析方法已在我国应用多年取得较好的技术经济效益且有专门的设计规程可敷设计时采用弯矩调幅法最适宜应用于连续梁连续单向板和框架等结构其他类结构例如框架一剪力墙双向板等也可用同样的原理进行内力调幅处理 此类方法是针对结构的承载能力极限状态所建立为保证 结构在极限状态时实现设计内力值各构件 截面 必须具有足够的塑性转动能力构件的选材和配筋率等应满足一定要求 此外结构在使用阶段的内力分布显然不同于设计值一些控制截面附近将提早出现裂缝一般情况下对弯矩调幅值加以限制就可满足结构的正常使用性能必要时才进行专门的验算所需结构内力可按线弹性法分析 有些结构不允许出现裂缝或直接承受动荷载作用或处于严重的侵蚀环境等情况下为保证其安全性不宜采用此类分析方法 3 塑性极限分析方法 此类方法假设结构的材料或构件为刚塑性或弹塑性体应用塑性理论中的上限解下限解和解答唯一性等基本 定理验算结构的极限承载力或求解结构承载能力极限状态时的内力但不能用于结构使用阶段的分析此类方法在欧美称为塑性分析法在俄国则称为极限平衡法 塑性极限分析法最常应用于双向板的设计我国多使用塑性铰线法 上限解 欧美还使用条带法 下限解 此法还可应用于连续梁和框架等结构的分析和设计我国按塑性极限分析设计双向板已有数十年的工程经验证明结构安全可靠且计算和构造均简便易行但也需注意满足结构在使用阶段的性能要求 板柱体系的实用分析法 布置规则连续多跨跨度接近 竖向活恒载比值不大时板内力变化范围较小可采用弯矩系数法直接计 算两个方向柱上板带和跨中板带各控制截面支座和跨中的弯矩设计值系数 主要依据板的弹性内力分布并考虑内力重分布参考已有试验结果和工程经验而确定 布置不太规则时竖载下可用等代框架法进行近似分析两个方向都等代为梁 柱框架进行计算再将等代梁控制截面支座和跨中弯矩向柱上板带和跨中板带分配弯矩分配系数亦是参照弹性分析结果和工程经验确定的 4 非线性分析方法 以钢筋混凝土的材料构件 截面 或各种计算单元的实际力学性能为依据导出相应的非线性本构关系并建立变形协调条件和力学平衡方程后可准确地分析结构从开始受力直至承载力极限状态甚至其后的承载力下降段的各种作用效应的变化全过程必要时还可考虑结构 的几何非线性的作用效应和随时间环境条件变化的各种作用效应 显然非线性分析能应用于一切类型和形式的结构体系又适用于结构受力全过程的各个阶段有些体形复杂和受力特殊的结构体系其他类分析方法难以准确求解只有非线性分析可给出满意的结果混凝土结构的非线性分析采用了日趋成熟而多样的有限元方法充分地利用高速发展的计算机技术成为一种强有力的计算手段可快速准确地给出结构的全方位的作用效应在实际的工程设计中起了重要作用已经成为先进分析方法的发展方向且不同程度地纳入国外的一些主要设计规范 但是非线性分析法比较复杂计算工作量很大 所需的钢筋混凝土各种非线性本构关系尚不够完善至今使用范围仍有限目前主要应用于重要的大型结构工程如水坝核电站结构等以及在特殊作用如地震核爆炸温度等情况下的结构分析 5 试验分析方法 各种结构特别是体形和受力复杂的结构可用钢筋混凝土弹性材料或其他材料制作成结构的整体或其一部分的模型进行荷载或其他作用的试验测定其内 应 力分布变形和裂缝的发展确定其破坏形态和极限承载能力等以此为依据可判断结构的安全性和使用阶段的性能验证或修正计算方法测定计算所需的参数值修改初步设计改进构造措施等完成结构分析所需解决的问题试验方法对验算结构的正常使用极限状态和承载能力极限状态均可适用 上述的五类结构分析方法中又各有多种具体的计算方法有解析解或数值解精确解或近似解在结构设计时应根据建筑物的重要性和使用要求结构体系的特点荷载 作用 状况要求的计算精度等加以选择有时还取决于手头的分析手段如计算程序手册图表等 Ⅳ混凝土的多轴强度与本构关系 单轴受压σ ε曲线 单轴受拉σ ε曲线 双轴强度 三轴抗压强度 多轴应力状态下的破坏准则 用σ oct τ oct 表示 混凝土本构关系 非线性正交异性模型或其他本构模型 四正截面受弯承载力计算 理论体系相对 较为完备不变本次修订一是为了适应混凝土强度等级提高带来的变化混凝土应力 应变关系曲线上升段逐渐趋近于直线相应于峰值应力的应变有所增加下降段变陡二是为了提高安全度以及与国际规范接轨 参照 CEBFIP MC90规范处理如下 1 受压区混凝土σ ε关系 五正截面受压承载力计算 一轴心受压 钢箍柱 螺旋筋柱 二偏心受压矩形截面 1 承载力公式 2 二阶效应问题 二阶效应是指杆件轴力在产生了侧向位移和杆件挠曲变形的结构中引起的附加内力偏心受压构件均应考虑 二阶效应计算本属于结构分析的内容但计算侧移与挠度时所 用的杆件实际刚度不是弹性刚度所以手算极为复杂因此条件不成熟时在原规范中只能在偏压构件受压承载力设计中采用近似的η l0 法以偏心距增大系数η来增大弯矩值用以反应二阶效应的影响此时 l0 为相应的标准柱的长度即计算长度 1 考虑二阶效应的弹性分析方法 结构内力仍按弹性体系分析 区别是考虑结构变形的几何非线性 办法是对杆件的刚度进行折减原则使层间位移及其分布相当各杆件内力相近取毛截面弹性刚度 EcI修正系数 2η l0 法 老方法 η公式同原规范 l0 的取值 ①排架及常见框架同原规范 ②当水平 荷载产生的弯矩占总弯矩 75 以上时 当 Mh 相对很大或ψ min 过大时η MhMv 有可能小于η sMhMv 为安全计与η相应的 l0 取值要按上列两公式计算比原规范增大一些 3 其他问题 基本上同原规范 三任意截面的正截面承载力一般性计算方法 了倪克勤公式此法补充于附录 F 备选 划分预应力筋 Apk 普通钢筋 Asj及受压混凝土单元 Aci 根据平截面假定求出ε pk ε sj ε ci 根据材料σ ε关系求出σ pk σ sj σ ci 根据静力平衡求出 NMxMy 逐次假定中和轴位置 xn逐次迭代电算完成 六斜截面受剪承载力 计算 75 理论尚不完备国际上各不相同此次未做大的改变主要是 将适用范围扩大到更高混凝土强度等级更大的截面高度适当提高可靠度 1 防止斜压破坏及斜拉破坏的条件 截面尺寸的控制 同原规范但公式中加了一个β c 2 不配腹筋的板类受弯构件的斜截面受剪承载力 fc 改为 ft 近似取 ft 01 fc 考虑截面高度的影响β h 1～ 08 纵筋的影响仍未纳入 3 受弯构件 一般构件 6 双向受剪柱增补 18 七扭曲截面承载力计算 1 截面尺寸控制条件 八受冲切承载力计算 1 不配置箍筋或弯筋的板 还考虑了局部荷载附近开洞对 um的影 响 2配置箍筋或弯筋的板基本同原规范 3基础冲切承载力基本同原规范 4 板柱节点当传递不平衡弯矩时承载力下降规范的措施是不变承载力增大冲剪力 Fl取等效集中反力设计值 Fleq Fleq由新规范附录G列出参照 ACI 九局部受压承载力计算 1截面尺寸控制条件 十疲劳验算 1受弯构件正截面疲劳应力验算 2 受弯构件斜截面疲劳验算 1 中和轴处混凝土剪应力τ f≤ 06ftf 箍筋按构造配置 十一裂缝宽度与挠度验算 1 一级严格要求不出现裂缝的构件 1 正截面混凝土法向应力 钢筋表面特征系数υ只与粘结力项 有关与 c无关 υ光面钢筋 07带肋钢筋 10钢丝 04～ 08钢绞 线05 ～ 06 υ移入括号内所以括号内的系数改了 σ sk 计算同原规范 ψ公式同原规范 新规范的最大裂缝宽度公式与原规范公式实质没有根本性改变亦即基本保留了原规范的计算理论和方法试验统计平均裂缝间距由伸长差得平均裂缝宽度乘以扩大系数得最大裂缝宽度局部改进归纳如下 保护层厚度的影响与钢筋表面特征关系不大系数υ移入括号内在粘结力项中考虑 终确定考虑到了保护层厚度有增大的趋势收集和分析了厚保护层试验资料适用厚度可达到 65mm 钢筋换算直 径中考虑了不同钢筋表面特征对粘结特性的影响考虑了环氧涂层带肋钢筋υ的取值 8 折 对钢筋混凝土构件和预应力混凝土构件分别给出了构件受力特征系数原规范用同一值 根据某些低配筋率构件工程实践缝间钢筋应变不均匀系数ψ 注意 c大则 w大不耐久控裂理由裂缝过宽①引起锈蚀降低耐久性②损坏外观引起不安 按常识。