中、美、日混凝土结构设计规范构件承载力比较高等混凝土大作业技术分析.docx

中、美、日混凝土结构设计规范构件承载力的分析比较 一、概述 结合《高等混凝土》所学内容，针对有腹筋的钢筋混凝土构件，比较中国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、美国《Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary》（ACI 318-11）、日本《Standard Specifications for Concrete Structure- 2007 Design》（JGC15）中有关混凝土构件受弯和受压承载力、受剪承载力、受扭承载力计算方法的异同。充分利用公式、表格、图形、文字、算例等具体介绍三种规范的差异。 文中的设计专用术语主要依据中国《混凝土结构设计规范》，对美日混凝土结构设计规范中翻译不确定的地方，仍然保留原规范（美日规范）中的术语。 二、设计表达式 1）中国规范 我国规范，采用基于概率理论的分项系数设计方法，以分项系数的形式表达，其表达式为： γsSk≤RkγR=R(fc,kγc,fy,kγs,As,b,h0,….) 式中：γs为作用效应的分项系数；Sk为作用效应的标准值；γR为结构抗力分项系数；Rk为结构抗力标准值; fc,k为混凝土轴心抗压强度标准值；fy,k为钢筋抗拉强度标准值；γc为混凝土材料分项系数，取γc=1.4；γs为钢筋材料分项系数，取γc=1.1；As为钢筋截面面积；b,h0为截面宽度和截面有效高度。 2）美国规范 美国规范采用的是基于概率理论的荷载-抗力系数的设计方法，其表达式为： Wu=φRn 式中：Wu为荷载效应设计值；Rn为结构抗力标准值，由材料强度标准值计算确定；φ为结构抗力折减系数，对于 3）日本规范 日本规范采用的是考虑结构安全因子的设计方法，其表达式为: γiSd/Rd≤1.0 式中Sd为构件的设计荷载效应，γi为结构影响系数，Rd为构件抗力设计值。 中国规范中的Rk/γR 与美国规范中的φRn以及日本规范中的γiSd在概念上是一致的。但我国规范将抗力分项系数γR 分解为混凝土材料分项系数γc和钢筋材料分项系数γs ,并根据基于概率理论的可靠度方法得到分项系数 γc=1.4 和γs=1.1。美国规范的结构抗力折减系数? 也是基于概率理论的可靠度方法得到,只是将结构构件抗力作为一个整体来考虑,其取值因构件受力特性及荷载形式而异,主要考虑以下四个因素: (1) 材料强度和结构构件尺寸的离散性; (2) 结构抗力的设计计算表达式的不准确性; (3) 构件的延性需求与所需可靠度要求的差异; (4) 构件在结构中的重要性。 三国规范的设计公式，在形式上虽有差别，实质上都是要求结构的设计承载力大于预期中结构所要承受的荷载效应，来保障结构的安全性。 三、构件受弯设计承载力的比较 1.受弯承载力设计假定的比较 1）平截面假定： 三国规范中都明确提出了弯曲前的平截面在弯曲后仍保持平面。大量的钢筋混凝土构件试验表明，只要混凝土和钢筋之间保持着良好的粘结，则在直至弯曲破坏为止的各个加载阶段中，这项假定都是很接近于正确的。在混凝土受压区，这项假定肯定是准确的。在混凝土受拉区出现一条裂缝意味着钢筋与周围混凝土之间产生了一些滑移，而这也就表示这项假定对裂缝附近的混凝土不是完全适用的。不过，如果用包含有几条裂缝的标距长度来测定混凝土应变，就会发现贝努里法则对这样得出的平均拉应变是适用的。但这个假定在深梁或高剪力区内就不适用了。 2） 不考虑混凝土的抗拉强度 三国规范都明确提出了在正截面设计时忽略混凝土的抗拉强度。这项假定几乎是完全正确的，因为在紧靠中和轴下面的混凝土中存在的任何拉应力都是很小的，而且内力臂也非常小。 （1）中国规范 当εc≤ε0时，σc=fc1-1-εcε0n 当ε0εc≤εcu时 σc=fc n=2-160fcu,k-50 ε0=0.002+0.5(fcu,k-50)×10-5 εcu=0.0033-(fcu,k-50)×10-5 图1. 混凝土受压应力应变关系（中国规范） 式中，n≤2.0，ε0≥0.002， εcu≤0.0033 （2）美国规范 美国ACI规范中并未明确规定混凝土的受压应力应变关系，认为只要假定的应力应变关系在强度计算上能与多次综合实验的结果相符合，能可靠地预测构件的抗弯强度。一般采用双直线、抛物线和抛物线组合曲线。而且美国ACI规范中只是假定了构件达到抗弯强度时，边缘受压纤维处的混凝土应变取为0.003，对峰值应力对应的应变ε0并没有规定。 （3）日本规范 当εc≤0.002时 σc=k1fcdεc0.0022-εc0.002 k1=1-0.0