橋梁鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度配筋探討

1、技術(shù)論壇橋梁鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度配筋探討張永宏，黃僑（淮海工學(xué)院，江蘇摘連云港；哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江哈爾濱）要：文章對影響裂縫的主要原因進(jìn)行分析，并把容許裂縫寬度驗算公式推導(dǎo)轉(zhuǎn)換成由容許裂縫寬度控制的配筋公式，避免了按承載配筋后用容許裂縫寬度反復(fù)驗算的煩瑣，構(gòu)思新穎，配筋簡潔。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土構(gòu)件；容許裂縫寬度；配筋中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：裂縫寬度控制的必要性和影響因素普通鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫分為兩大類：一類是正常裂縫，也稱工作裂縫或荷載裂縫，它是由外荷載（活載及恒載）引起的，混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，其抗拉極限應(yīng)變大約為，在混凝土即將開裂的瞬間，鋼筋的應(yīng)力只有（）×

2、5;，事實(shí)上，鋼筋的受荷遠(yuǎn)大于此值，在使用荷載作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的。另一類裂縫則稱為非正常裂縫，主要由于混凝土收縮、拆模、起吊和運(yùn)輸時不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)不周、構(gòu)造形式上的不合理或考慮不周引起的應(yīng)力集中或過大等原因造成的，這類裂縫只要采取一定的措施，大部分是可以克服和加以限制的。如果裂縫較大，由于水分及有害氣體的侵入會導(dǎo)致鋼筋的銹蝕，降低構(gòu)件的剛度，增加結(jié)構(gòu)變形，影響工程的正常使用，而裂縫處理又較困難，因此，必須對裂縫寬度進(jìn)行嚴(yán)格控制。這里重點(diǎn)討論荷載裂縫。實(shí)踐證明，在正常條件下，裂縫寬度小于時，鋼筋不致銹蝕。為了確保安全，容許的裂縫寬度還應(yīng)小些。公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)

3、計規(guī)范（）第條規(guī)定“鋼筋混凝土構(gòu)件，其計算的最大裂縫寬度不應(yīng)超過：類和類環(huán)境，；和類環(huán)境，不應(yīng)超過?！钡跅l給出的裂縫寬度驗算公式是由大連理工大學(xué)提出以數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的經(jīng)驗公式，根據(jù)大連理工大學(xué)和東南大學(xué)的試驗結(jié)果分析，其主要因素有：受拉鋼筋的、保護(hù)層厚度、鋼筋外形、應(yīng)力、直徑、配筋率荷載作用性質(zhì)、構(gòu)件受力性質(zhì)。各因素的影響作用可參見由葉見曙主編結(jié)構(gòu)設(shè)計原理。以往的計算過程為：先按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行配筋，再對裂縫寬度進(jìn)行驗算，如果裂縫不合格，需重新配筋，直至裂縫寬度滿足要求，過程煩瑣。本文則改用裂縫寬度進(jìn)行簡化配筋，并與承載極限配筋比選取大，使結(jié)構(gòu)配筋一次計算到位，構(gòu)思新穎、簡潔，大大提高了鋼

4、筋混凝土構(gòu)件配筋的程序化程度。裂縫寬度驗算公式簡介規(guī)范（）第條規(guī)定：矩形、形和形截面鋼筋混凝土及類預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，其最大裂縫寬度可按下列公式計算（）（）（）（）（）式中，為鋼筋表面形狀系數(shù)，對于光面鋼筋；為作用長期效應(yīng)影響系數(shù)，對于帶肋鋼筋；，其中和分別為按作用長期效應(yīng)組合和短期效應(yīng)組合計算的內(nèi)力值；為與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)為混凝土板式受彎構(gòu)件時，；其他受彎構(gòu)件時，；軸心受拉構(gòu)件；偏心受拉構(gòu)件；偏心受壓構(gòu)件；為縱向受拉鋼筋的直徑，當(dāng)用不同直徑的鋼筋時，公式（）中的改用換算直徑（為縱向受拉鋼筋總周長）；為縱向受拉鋼筋配筋率，當(dāng)時，??；當(dāng)，??；對軸心受拉構(gòu)件，式中，按全部鋼筋的一半取用

5、；為受拉翼緣寬度，；為梁的腹板寬，；為受拉翼緣厚度，；為截面有效高度，受壓邊邊緣至受拉鋼筋重心的距離，；為受拉鋼筋彈（）作者簡介：張永宏（），男，江蘇贛榆人，高級工程師，研究方向為橋梁及軟基工程。公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版模，×；為由作用短期效應(yīng)組合引起的開裂截面縱向受拉構(gòu)件的應(yīng)力，受彎構(gòu)件應(yīng)力可按下列公式計算：（）；為受拉鋼筋面積，；不同抗彎構(gòu)件裂縫配筋狀況。例一：簡支邊梁，例二：簡支中板，例三：×連續(xù)彎箱梁邊孔中肋，例四：上部為跨板梁，下部為跨雙懸臂橋墩蓋梁的邊跨。個算例均采用混凝土，抗壓強(qiáng)度為，采用級鋼筋，。各算例的工程概況及梁體特征詳見表，表中的沖擊系數(shù)根據(jù)通用規(guī)范（）

6、第條計算；荷載計算詳見表；極限配筋、強(qiáng)度復(fù)核及裂縫寬度驗算詳見表。下面以例一進(jìn)行計算過程說明。承載配筋設(shè)，（），由（）×××（），判別梁為第類型梁，由公式及為按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合計算的彎矩值，。裂縫配筋公式推導(dǎo)根據(jù)上面的（）式對受彎構(gòu)件的裂縫驗算公式進(jìn)行推導(dǎo)，讀者可據(jù)情況對其他受力構(gòu)件進(jìn)行推導(dǎo)。（）（）（）（）；轉(zhuǎn)換成）（）；得出（）（）（）縫下的配筋：，取代入（）式或以當(dāng)（）式解得（）（）代入進(jìn)行計算，直至后一次計算的與前一次計算的相等；當(dāng)，取代入（）式或以代入（）式解得（）（）進(jìn)行計算，直至后一次計算的與前一次計算的相等；當(dāng)（與兩者取大），?。换蛱崾尽?/p>

7、修改過大的截面尺寸”當(dāng)（）（），提示“須修改過小的截面尺寸或混凝土標(biāo)號”，其中為抗壓翼緣寬度；為抗壓翼緣厚度。計算中把、作為輸入變量，、作為中間變量；、為作輸出變量。（）用（）式編制程序或編制表格計算出在容許裂（）解得：）（×（××）××××；（）（×）或）；采用兩片焊接骨架，選用$，提供，×，×，（××）；（）（×）。強(qiáng)度復(fù)核（）（×）；）（××（）×（）×。裂縫驗算裂縫寬度驗算公式中，；×；（）

8、5;（××）；（）（×），?。还こ趟憷旅娌捎糜杀救嗽O(shè)計并較為典型的梁、板梁、箱梁、蓋梁個跨中截面的配筋進(jìn)行分析、比較，以說明表工程概況及梁體特征表例題梁板梁箱梁蓋梁橋?qū)捄奢d公路公路公路公路梁跨計算跨徑選用慣性矩基頻沖擊系數(shù)技術(shù)論壇××（××××），根據(jù)規(guī)范第條：對于焊接鋼筋骨架，再乘，為，則：（）××（）（×）（×）（）。表彎矩計算表荷載內(nèi)力序號梁板梁箱梁蓋梁恒載梁：公路余：公路人群（）重要性系數(shù)×（）×表極限配筋、極限強(qiáng)度復(fù)核及裂縫寬度驗算表

9、例題梁板梁箱梁蓋梁配筋計算實(shí)強(qiáng)度復(fù)核裂縫驗算程序驗證及裂縫配筋×，代入（）式反算：（）（）（），改用：（）（），與實(shí)際配筋相等，說明程序推導(dǎo)正確。用和，代入（）式計算：（）（），改用：（）（），（）×（××），即表左下角的和。各例在表荷載不變情況下，可依次用（）式編制的程序表格算出不同鋼筋直徑及不同裂縫寬度要求所對應(yīng)的配筋及鋼筋應(yīng)力，詳見表表。表邊梁跨中容許裂縫配筋表表中板跨中容許裂縫配筋表表箱梁邊孔中肋跨中容許裂縫配筋表（下轉(zhuǎn)第頁）公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版試驗的方法，通過對較小的試驗荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力性能測試，分析得到舊橋檢算系數(shù)，為更大噸位的重載通行

10、評估提供技術(shù)參數(shù)；本文的靜力監(jiān)控試驗結(jié)果表明，橋梁跨中橫向聯(lián)系弱，整體性差，導(dǎo)致跨中撓度校驗系數(shù)較大，應(yīng)變實(shí)測值產(chǎn)生變異。從跨中應(yīng)變峰值來看，結(jié)構(gòu)仍處于彈性工作階段，但較差的整體性使承載能力減小，安全性降低；拱腳處應(yīng)變系數(shù)分布比較均勻，應(yīng)變數(shù)值較小，這說明拱上建筑作用效果明顯，能較好地改善拱腳的受力狀態(tài)，拱腳承載力富裕量較大。參考文獻(xiàn)：公路舊橋承載力鑒定辦法（試行），公路橋涵養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范李德月，李軍，劉永公路超重車運(yùn)輸中的橋梁加強(qiáng)措施華東公（）：路，李德月超重車運(yùn)輸中的橋梁承載能力評估華東公路，（）：李東哲，鄭朝陽，孫煥軍重車過橋的驗算方法及加固與管理措施黑龍江水專學(xué)報，（）：陜西通宇公路與橋

11、梁新技術(shù)研究所青海民和官亭變大件設(shè)備公路運(yùn)輸路線橋梁檢算評估總報告長安大學(xué)青海民和官亭變大件設(shè)備公路運(yùn)輸路線團(tuán)結(jié)橋、果園橋、東溝橋試驗評估報告""""""""""""""""""""""""""""""""""""""&

12、quot;"""""""""（上接第頁）表蓋梁邊孔跨中容許裂縫配筋表裂縫配筋公式部分參數(shù)補(bǔ)充說明：式中項為考慮長期荷載的徐變影響的增加項，及均不考慮沖擊荷載，短期靜荷載作用時；單純恒荷載作用時，；恒活載異號時，當(dāng)相疊后與活恒活載同號時，載同號時，不考慮長期荷載影響，當(dāng)相疊后與恒載同號時，此時內(nèi)力由恒載控制，此種情況無須考慮。（）為倒形、箱形、工字梁，使用公式，式中；矩形時或形，后一項為零。對焊接鋼筋骨架的梁體，應(yīng)取最外邊緣鋼筋的應(yīng)力（）（）（）×進(jìn)行裂縫驗算，（），（）（）××

13、;（）（×）（×）（）。裂縫寬度是由求出的，所算裂縫寬度應(yīng)為鋼筋位置處值，混凝土表面裂縫值還要大一些。最大裂縫寬度要求。反之，利用裂縫寬度進(jìn)行配筋，對大部分的鋼筋直徑來講，配筋偏少，過大，基本不能滿足承載極限受力要求；采用進(jìn)行配筋，有一半的情況不能滿足承載要求。由此看出本文用承載配筋和裂縫配筋進(jìn)行比選取大的做法非常有必要的。通用規(guī)范（）第條規(guī)定：“公路橋涵結(jié)構(gòu)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計?！逼渲姓Ｊ褂脴O限狀態(tài)計算又包括應(yīng)力、撓度及裂縫項驗算。但在使用階段，規(guī)范中只對后兩項進(jìn)行驗算，由本文的分析可知，滿足了承載和裂縫要求，也就滿足了應(yīng)力要求，故使用階段的應(yīng)力驗算沒有必要，只要求在制造、運(yùn)輸、安裝等短暫的施工階段進(jìn)行應(yīng)力驗算。結(jié)語工程技術(shù)人員要善于思考，善于利用、善于創(chuàng)新，規(guī)范和課本有好多設(shè)計公式是屬于試算或驗算形式，設(shè)計時，工作量大，采用逆向思維求解，運(yùn)用數(shù)學(xué)技巧重新推導(dǎo)公式，把計算指標(biāo)和驗算指標(biāo)均作為控制參數(shù)輸入，可一步到位完成所需指標(biāo)的計算工作，