持久狀況的計算。

計算巖土力學

2021年4月23日 11:23

持久狀況的計算。的圖1

1 引言

鋼筋混凝土構件除了可能由于材料強度破壞或失穩等原因達到承載能力極限狀態以外，還可能由于構件變形或混凝土裂縫過大影響了構件的適用性及耐久性(Serviceability and Durability)，而達不到結構正常使用要求。因此，鋼筋混凝土構件除要求進行持久狀況承載能力極限狀態設計計算外，還要進行持久狀況正常使用極限狀態的計算和短暫狀況的構件截面應力計算。這個筆記follow著課程進度[4/19/2021至4/25/2021 Week 7], 簡要回顧了第二章<結構按極限狀態法設計計算的方法>和第九章<鋼筋混凝土受彎構件的應力、裂縫和變形計算>中涉及持久狀態計算的內容, 第13章<預應力混凝土受彎構件的設計與計算>和第14章<部分預應力混凝土受彎構件>中的持久狀態的計算將在以后討論.

結構按極限狀態法設計計算的方法 (1)

極限狀態設計(Limit State Design)的基本概念

基礎工程---第一章: 導論 (2)

基礎工程---第一章: 導論 (1)

橋梁的安全等級和結構重要性系數

單筋矩形截面正截面受彎配筋計算[P69例3-1](1)

結構可靠性計算的EXCEL過程

2 持久狀況的概念

持久狀況是指在結構使用過程中一定出現且持續期很長的設計狀況，其持續期一般與設計使用年限為同一數量級。對公路橋涵而言，是對應于橋涵使用過程正常情況下的設計狀況。這個階段持續的時間很長，要對橋涵結構所有預定功能進行設計，必須進行結構承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的設計計算。按持久狀況設計預應力混凝土受彎構件，應計算其使用階段的應力，并不應超過限值。

持久狀況的計算。的圖2

3 持久狀況承載能力極限狀態

公路橋涵承載能力極限狀態是對應于橋涵結構及構件達到最大承載能力或出現不適于繼續承載的變形或變位的狀態。公路橋涵進行持久狀況承載能力極限狀態設計時，根據橋涵結構破壞所產生后果的嚴重程度，劃分為三個安全等級, 在設計計算上，采用結構重要性系數 γ0 表達不同的安全等級。

承載能力極限狀態計算時作用組合如下: (1) 對持久狀況和短暫狀況設計，采用作用基本組合；(2) 對偶然狀況設計，采用作用偶然組合；(3) 對地震狀況設計，采用作用的地震組合; (4) 基本組合是永久作用設計值與可變作用設計值的組合。

持久狀況正常使用極限狀態計算內容包括構件的抗裂性、裂縫寬度和構件撓度; 設計原則是正常使用極限狀態下的作用效應組合設計值，應小于或等于相應的規定限值.

《公路橋規》對施工階段驗算的規定如下: 施工荷載除有特別規定外均采用標準值，當有荷載組合時不考慮作用組合系數。構件在吊裝時，構件重力應乘以動力系數1.2或0.85，并可視構件具體情況適當增減。當用吊機(吊車)行駛于橋梁進行安裝時，應對已安裝的構件進行驗算，吊機(車)應乘以1.15的荷載系數，但吊機(車)產生的效應設計值小于按持久狀況承載能力極限狀態計算的荷載效應設計值時，則可不必驗算。

4 思考題

4.1 公路橋涵按承載力極限狀態和正常使用極限狀態進行結構設計，在設計中應考慮哪三種設計狀況？分別需做哪種設計？

在公路橋涵的設計中應考慮以下三種設計狀況: (1) 持久狀況：橋涵建成后承受自重、車輛荷載等持續時間很長的狀況。該狀況需要作承載力極限狀態和正常使用極限狀態設計。(2) 短暫狀況：橋涵施工過程中承受臨時作用的狀況。該狀況主要作承載力極限狀態設計，必要時才做正常使用極限狀態設計。(3) 偶然狀態: 在橋涵使用過程中偶然出現的狀況, 該狀況僅作承載力極限狀態設計。

4.2 簡述預應力混凝土梁的設計計算步驟.

①根據設計要求，參照已有設計的圖紙與資料，選定構件的截面型式與相應尺寸；或者直接對彎矩最大截面，根據截面抗彎要求初步估算構件混凝土截面尺寸；②根據結構可能出現的荷載組合，計算控制截面最大的設計彎矩和剪力；③根據正截面抗彎要求和已初定的混凝土截面尺寸，估算預應力鋼筋的數量，并進行合理的布置；④計算主梁截面幾何特性；⑤進行正截面與斜截面承載力計算；⑥確定預應力鋼筋的張拉控制應力，估算各項預應力損失并計算各階段相應的有效預應力；⑦按短暫狀況和持久狀況進行構件的應力驗算；⑧進行正截面和斜截面的抗裂驗算；⑨主梁的變形計算；⑩錨端局部承壓計算與錨固區設計。

4.3 對于鋼筋混凝土構件，為什么《公路橋規》規定必須進行持久狀況正常使用極限狀態計算和短暫狀況應力計算？與持久狀況承載能力極限狀態計算有何不同之處？

鋼筋混凝土構件除了可能由于材料強度破壞或失穩等原因達到承載能力極限狀態以外，還可能由于構件變形或裂縫過大影響了構件的適用性及耐久性，而達不到結構正常使用要求。因此，鋼筋混凝土構件除要求進行持久狀況承載能力極限狀態計算外，還要進行持久狀況正常使用極限狀態的計算，以及短暫狀況的構件應力計算。

不同之處如下:

(1) 鋼筋混凝土受彎構件的承載能力極限狀態是取構件破壞階段，而使用階段一般取梁帶裂縫工作階段；

(2) 在鋼筋混凝土受彎構件的設計中，其承載能力計算決定了構件設計尺寸、材料、配筋數量及鋼筋布置，以保證截面承載能力要大于最不利荷載效應持久狀況的計算。的圖3 ，計算內容分為截面設計和截面復核兩部分。使用階段計算是按照構件使用條件對已設計的構件進行計算，以保證在正常使用狀態下得裂縫寬度和變形小于規范規定的各項限值，這種計算稱為“驗算”；當構件驗算不滿足要求時，必須按照承載能力極限狀態要求對已設計好的構件進行修正、調整，直至滿足兩種極限狀態的設計要求。