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一级建筑师(建筑结构)辅导:受弯构件挠度的验算

 (二)受弯构件挠度的验算
1.挠度与刚度
在材料力学对匀质材料梁的变形计算中,给出了简支梁在均布荷载q作用下的跨中挠度为:

 式中 f——梁的跨中最大挠度;
M——跨中最大弯矩;
β—挠度系数,与荷载形式及支承条件有关;
EI——梁的截面抗弯刚度;
l一梁的计算跨度。
从式(11—142)中可以看出,对于匀质弹性材料梁,当梁的截面尺寸、材料一定时EI为常数,其弯矩—挠度(M—f)呈线性关系,如图11-61中O-A虚线所示。而钢筋混凝土构件则不同,其实测的M-f曲线表明,只有在荷载很小梁尚未开裂时(阶段1),M-f线才是一段直线,从开始出现裂缝到钢筋屈服时(阶段Ⅱ),M-f线开始偏离直线而逐渐向下弯曲,这说明构件刚度开始下降。但这时梁仍处于正常使用阶段。当继续加载时,受拉钢筋屈服(阶段Ⅲ),M-f线更偏向横轴(f轴),挠度值增长更快。上述现象说明,钢筋混凝土梁的刚度不是一个常数,而是随着荷载的增加而降低。从而,计算其变形问题就归结为计算它的抗弯问题了。梁的抗弯刚度也就分成短期刚度和长期刚度两种:短期刚度Bs表示在荷载短期效应作用下受弯构件截面的抗弯刚度;长期刚度B表示考虑了一部分荷载长期作用影响后截面的抗弯刚度。
  2.短期刚度Bs
当截面开裂后,在荷载短期效应组合作用下,钢筋混凝土受弯构件的短期刚度可按下式计算:

 当计算出的ψ<0.2时,取ψ=0.2;若ψ>1.0时,取ψ=1.0;对直接承受重复荷载的构件,取ψ=1.0;
αE——钢筋与混凝土的弹性模量比值;
ρ——纵向受拉钢筋配筋率;
r’f——系数,按式(11—146)计算;
ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值;
ρte——按截面的有效受拉混凝土面积Ate计算的纵向钢筋配筋率,即


 式中 Mk——按荷载效应的标准组合计算的弯矩,取计算区段内的最大弯矩值;
Mq——按荷载效应的准永久组合计算的弯矩,取计算区段内的最大弯矩值;
θ——考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数,按下列规定取用:
对钢筋混凝土受弯构件,当ρ’=0时,取θ=2.0;当ρ’=ρ时,取θ=1.6;当ρ’为中间取值时,θ按线性内插法取用。此处,ρ、ρ’——纵向受拉钢筋和受压钢筋的配筋率。
对翼缘位于受拉区的倒T形截面,θ应增加20%,;
4.受弯构件挠度验算
从以上分析中可看出,钢筋混凝土梁某一截面的刚度不仅随荷载的增加而变化,并且在某一荷载作用下,由于粱内各截面的弯矩不同而变化,因此截面的抗弯刚度沿梁长也是变化的。弯矩大的截面抗弯刚度小,反之,弯矩小的截面抗弯刚度大。为了简化计算,规范建议,取同号弯矩区段内弯矩最大的截面的刚度作为该区段的抗弯刚度,这种处理方法所算出的抗弯刚度值最小,故通常称为“最小刚度原则”。
受弯刚度确定后,即可按照材料力学公式来计算钢筋混凝土受弯构件的挠度。
当计算结果不能满足公式(11-140、11—141、11—142)的要求时,说明受弯构件的刚度不足。可以采用增加截面高度、提高混凝土强度等级,增加配筋等办法解决。其中以增加梁的截面高度效果最为显著,宜优先采用。

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