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【行业知识】关于最小配筋率的思考

转自:结构设计-公众号


先抛出三个问题:

一、最小配筋率问题是怎么来的?

二、规定最小配筋率的目的是什么?

三、我国是依据什么确定的最小配筋率?

小编前几天忙考试,现在终于有时间和大家来谈谈这个历史遗留问题了。有网友留言,问了这样的问题:


说实话,作为大三狗的小编确实被问住了,一时语塞就做出这样拙劣的回答:

这样拙劣的回答说实话让小编惶恐,后小编发愤图强找了好多资料,挑灯夜战研习了几天,隐隐约约明白了什么,又似乎什么也没明白,且先抛出来引大家的玉。

钢筋混凝土结构构件中的最小配筋率是一个至今也没能解决的问题。其他国家的规范中都规定了这些配筋率的限值,但是各国依据的原则有差别。应该说最小配筋率的确定不完全是技术上的问题,而与很多因素有关。比如:

①结构材料的力学性能

②对裂缝的要求和对混凝土收缩的考虑

③结构的各项功能要求

④传统的工程设计经验

⑤各国的经济实力和技术经济政策

⑥社会背景

⑦我想不出来了,给你们一个思考的空间

最小配筋率问题是怎么来的?

我们都知道在混凝土中配置钢筋能提高构件的性能,但钢筋配置多少才合适?显然过多或过少都不合适。前面谈到受弯构件正截面的破坏分为三种情况(【混凝土转自:结构设计-公众号原理】4.2受弯构件正截面受弯承载力计算),即少筋破坏适筋破坏、超筋破坏。

少筋破坏:如果配筋量过少,受拉区混凝土一旦出现裂缝,受拉钢筋迅速达到屈服强度,这样裂缝就会快速发展,构件挠度将快速增大,直至断裂。可以说少筋梁的承载力相当于素混凝土的承载力。受压区混凝土未被充分利用,不经济,破坏突然发生,属于脆性破坏。

适筋破坏:截面配筋量适中,在开始破坏时,裂缝截面受拉钢筋的应力率先屈服,有一根或多跟裂缝迅速开展并向上延伸,受压区面积大大减小,混凝土被压碎,构件宣告破坏。适筋梁在破坏前,有明显的预兆。破坏过程中,构件的挠度增长非常大,即表示构件在截面承载力无显著变化的情况下,具有较大的变形能力,就是说构件的延性较好,属于延性破坏。钢筋和混凝土都充分发挥了作用,经济。

超筋破坏:配筋量过多,加载后受拉钢筋应力尚未达到屈服强度前,受压混凝土就已经达到极限压应变而被压坏,致使整个构件突然破坏。超筋梁的承载力控制于受压区混凝土,所以即使配置再多的受拉钢筋,也不能增加截面承载力,钢筋未发挥作用,不经济。

愚以为设计结构不能一味追求经济,但是要矢志不渝的追求安全。小编又想起了那句话,工程转自:结构设计-公众号的基本任务是:在结构的可靠性和经济性之间寻找到一个合理的平衡点,力求以最低的代价,建造出能满足设计所预定的各项功能(安全性、适用性、耐久性)要求的结构。

这就需要控制配筋率了,那么既经济又安全的配筋率不就是最小配筋率吗。

规定最小配筋率的目的是什么?

前面说到受弯构件正截面受弯承载力计算的几个基本假定(【混凝土转自:结构设计-公众号原理】4.2受弯构件正截面受弯承载力计算)。即①平截面假定、②不考虑受拉区混凝土的工作、③受压区混凝土的应力应变关系采用理想化的应力应变曲线、④将钢筋的应力应变关系简化为理想的弹塑性曲线。

显然这不符合工程实际。综合各国配置最小配筋率的原因大体可分为以下几点:

①认为混凝土是一种费延性材料,当配筋量过少时,构件的性能就几乎的素混凝土的结构相差无几,结构性能并未得到有效改变。所以,在设计钢筋混凝土结构时,对配筋量就有一个起码的要求,这就是最小配筋率。但目前,还无法就结构的延性性能来确定出这个最小配筋率。

②对于受弯构件的受拉钢筋,配筋量过小时,混凝土一旦产生裂缝,钢筋就会立即屈服,裂缝会迅速开展,构件将发生突然的脆性破坏。

③一般情况下,进行设计计算时,都没有考虑温度和干缩的影响,所以在确定最小配筋率时,就应该把温度和干缩的影响考虑在内。

④认为钢筋混凝土受压构件(主要指轴心受压构件)的配筋量过少时,其实际承载力比按钢筋混凝土计算公式得出的低很多。这是因为配筋过少时,在压力持续作用下混凝土的徐变会使钢筋在荷载不打是就达到屈服强度;同时钢筋混凝土柱的浇筑密实度比素混凝土差,如纵向钢筋用量太少,其承载力有可能比同截面的素混凝土柱的承载力更弱。所以必须配置一定数量的钢筋。

⑤实际工程中,受压构件很可能受到玩具的作用,所以对轴心受压构件必须配置最低限度的钢筋。

我国是依据什么确定的最小配筋率?

在国内外很多规范中,受弯构件的受拉钢筋最小配筋率是实配受拉钢筋计算出的抗弯能力Mu不小于素混凝土截面所能承受的抗裂弯矩Mcr的原则确定的,即

Mu=Mcr

这对于截面尺寸很大的构件是不合理的,当构件截面尺寸很大时,截面承受的实际外力矩M远小于截面抗裂弯矩Mcr,此时配置过多的钢筋时不合适的。

大家不妨查查规范,从最小配筋率的那个表可以看出,我国规范主张的是:

  • 最小配筋率与混凝土强度等级无关;

  • 偏心受压构件的受拉钢筋与受压钢筋的最小配筋率取值相同;

  • 取消了偏心受拉构件受压钢筋的最小配筋率;

  • 梁和板、柱采用了不同的最小配筋率。

我国钢筋混凝土设计规范中,对最小配筋率的规定长期套用苏联早起规范,后来《混凝土转自:结构设计-公众号规范》(GBJ10-89)在此基础上,对受拉钢筋的最小配筋率作了稍许的提高。直到《混凝土转自:结构设计-公众号规范》(GB50010-2002),适度提高了取值水准,新增了基础底板最小配筋率的取值规定。

先说到这儿吧,小编的水平也就这样了,对于这个问题的解释小编自己也不满意,待日后知识储备有了质的提高,还会再来谈谈这个问题。各位前辈可以尽情批评并指出不足,再次感激不尽。

转自:结构设计-公众号

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