鋼筋混凝土構(gòu)件自約束應(yīng)力的研究分析

摘 要：通過對(duì)不同配筋率及混凝土強(qiáng)度等級(jí)的鋼筋混凝土構(gòu)件由于溫度、收縮、和徐變引起的變形被構(gòu)件內(nèi)部約束的受力分析，推導(dǎo)出鋼筋混凝土構(gòu)件自約束應(yīng)變隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)和配筋率變化的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：收縮作用；自約束應(yīng)力；變化規(guī)律

中圖分類號(hào)：TU375 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）10-0007-02

1 計(jì)算模型及推導(dǎo)

本文以一不受外部約束的鋼筋混凝土構(gòu)件為推導(dǎo)分析模型，假設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)件混凝土部分截面積是 ， 是混凝土的彈性模量， 是混凝土的相應(yīng)應(yīng)變， 是混凝土應(yīng)力； 是構(gòu)件配筋面積， 是鋼筋應(yīng)變， 是相應(yīng)的應(yīng)力， 是相應(yīng)彈性模量，鋼筋與混凝土彈性模量比是 ，鋼筋與混凝土的應(yīng)變絕對(duì)數(shù)值之和為 ，即 ， 為構(gòu)件自由變形，分析對(duì)象如圖1所示。

2 推導(dǎo)結(jié)果實(shí)例分析

根據(jù)（1）式可以看到 隨著混凝土構(gòu)件的配筋率的增大而增大，越來越趨近于混凝土構(gòu)件自由變形。當(dāng) 時(shí)，，構(gòu)件均由鋼筋構(gòu)成不符合實(shí)際，因而構(gòu)件配筋率必須小于1。正常的鋼筋混凝土構(gòu)件中，梁的配筋率≤0.025，柱子的配筋率≤0.06，這樣，分析時(shí)構(gòu)件的最大配筋率可取 。

對(duì)（1）式進(jìn)行分析，取配筋率的合理范圍為0～0.1，鋼筋與混凝土（C20～C50）的彈性模量比值 為5.80～8.24，公式分析計(jì)算鋼筋分別采用HPB235和HRB335，彈性模量比見表1。

圖1中表示素混凝土構(gòu)件不受約束時(shí)的自由應(yīng)變，主要可考慮為收縮應(yīng)變。根據(jù)資料，干硬性混凝土的收縮終值應(yīng)變?yōu)?，常用泵送商品混凝土的收縮終值應(yīng)變約為[1]。分析時(shí)取素混凝土構(gòu)件自由收縮時(shí)發(fā)生應(yīng)變，此值約為混凝土3個(gè)月內(nèi)發(fā)生的收縮變形?；炷炼虝r(shí)間內(nèi)的極限拉應(yīng)變可取為；隨著時(shí)間推移，混凝土發(fā)生徐變，這時(shí)混凝土的極限拉應(yīng)變可取。通過代入數(shù)值到（1）式，可以分析出混凝土、構(gòu)件配筋率和彈性模量比之間的相互影響關(guān)系，也能計(jì)算出混凝土受約束開裂的界限配筋率。

當(dāng)分析采用的鋼筋為HPB235時(shí)，根據(jù)式（1）中增加構(gòu)件配筋，提高配筋率，混凝土應(yīng)變與配筋率 的相關(guān)變化趨勢(shì)見圖2。

從圖2可以看出，混凝土強(qiáng)度等級(jí)從C20～C50的變化規(guī)律曲線。當(dāng)取定時(shí)，提高構(gòu)件的配筋率可以提高約束應(yīng)變，也就是說提高配筋率可以延遲構(gòu)件開裂；當(dāng)取定 時(shí)，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土約束應(yīng)變降低，也就是說混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高會(huì)使構(gòu)件更容易開裂；本文中，假定，根據(jù)式（1）可以計(jì)算出構(gòu)件自約束開裂時(shí)的配筋率和，其中、是考慮構(gòu)件徐變作用和不考慮徐變作用的界限配筋率，計(jì)算結(jié)果見表2。

當(dāng)分析采用的鋼筋為HRB335時(shí)，根據(jù)式（1）中增加構(gòu)件配筋，提高配筋率，混凝土應(yīng)變與配筋率的相關(guān)變化趨勢(shì)見圖3。

從圖3可以看出，混凝土強(qiáng)度等級(jí)從C20到C50的變化規(guī)律曲線。圖3表示的規(guī)律與圖2相同，不同的是：鋼筋級(jí)別不同，相應(yīng)的彈性模量不相同，這樣與混凝土的彈性模量比 也就不相同，且 與圖2相比 減小。兩圖相比，圖3中的曲線相對(duì)平緩，而且配置HRB335級(jí)鋼筋的構(gòu)件的約束應(yīng)變相對(duì)較小，更容易產(chǎn)生自約束開裂，同時(shí)一定時(shí)，HRB335級(jí)鋼筋計(jì)算得到的配筋率相對(duì)較高，、的意義同前所述，計(jì)算結(jié)果見表3。

3 徐變的不利作用

在實(shí)際工程項(xiàng)目中，徐變也會(huì)作為不利作用，設(shè)計(jì)或使用時(shí)候應(yīng)考慮徐變的不利作用并采取措施。

例如水塔突然放水卸載，水塔鋼筋混凝土構(gòu)件豎向構(gòu)件在長(zhǎng)期荷載作用下產(chǎn)生了徐變，突然卸載導(dǎo)致構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生反向徐變即不利的徐變作用，且徐變變化率較大，假如構(gòu)件配筋率較高可能導(dǎo)致構(gòu)件自約束開裂；同時(shí)也可以采取改變放水卸載的方式，降低徐變變化率，降低徐變作用。

4 結(jié)語

提高構(gòu)件的配筋率 可以提高約混凝土束應(yīng)變 ，即提高配筋率可以延遲構(gòu)件開裂；提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土約束應(yīng)變 降低，即混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高會(huì)使構(gòu)件更容易自約束開裂；配置HRB335級(jí)鋼筋的構(gòu)件的約束應(yīng)變相對(duì)較小，更容易產(chǎn)生自約束開裂；導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件自約束開裂的界限配筋隨著相關(guān)影響因素的變化而變化。主要影響因素是變形變化率和變形值；一定條件下，徐變可能是鋼筋混凝土構(gòu)件自約束開裂的主導(dǎo)因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鐵夢(mèng).工程裂縫控制[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.