[分享]混凝土名义拉应力相关问题

时间: 2020-07-29 11:02 阅读: 次大中小

《全国超限高层抗震审查技术要点》中提到:“中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时宜设置型钢承担拉力，且平均名义拉应力不宜超过两倍混凝土抗拉强度标准值（可按弹性模量换算考虑型钢和钢板的作用），全截面型钢和钢板的含钢率超过2.5%时可按比例适当放松。”

这条看似不起眼的意见，对我们的设计工作影响还是比较大的。不少设计院据此设置型钢，不但在墙肢中设置型钢，在框架柱中也设置型钢，理由就是平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度强度标准值。

方小丹大师在第二十三届全国高层会议上对这个问题进行了阐述。

主要观点如下：

1）钢筋混凝土小偏心受拉构件可以承担剪力；

2）一般的钢筋混凝土构件是带裂缝工作的，正截面承载力计算并不考虑混凝土受拉承载力的贡献；

3）钢筋可以承受拉力。混凝土构件的受拉承载力与混凝土的名义拉应力无关。

4）控制混凝土构件裂缝宽度的关键因素是控制钢筋的拉应力而不是混凝土的拉应力。

假如构件混凝土强度等级为C60，钢筋采用三级钢，当混凝土名义拉应力达到2ftk时，轴向受拉钢筋配筋率仅为1.4%；抗弯计算按构造配筋的话，其实综合配筋率也不高。

5）全截面受拉开裂的钢筋混凝土构件只要裂缝宽度较小，是可以承担剪力的，因为构件剪切破坏面（斜截面）穿过裂缝，也穿过未开裂的混凝土，还穿过水平和竖向配置的钢筋。未开裂的混凝土以及水平钢筋提供了构件的受剪承载力。

6）构件一旦承受剪力就必然有弯矩，有可能改变了构件的受力状况，可能由轴心受拉或小偏拉变为大偏拉，此时构件截面有压区。剪压区的存在反而提高了构件的受剪承载力。

根据对教材的理解，对剪压破坏来说，斜截面承载力失效的标志是剪压区混凝土压坏。随着裂缝的开展，剪压区会越来越小，如果剪压区为零（甚至不到零），混凝土不再提供压力，截面失效。一般情况下，受剪的时候，也会受弯，受弯就会在截面中形成压区，所以剪压区还是存在的，即，即使弯曲形成裂缝，但截面抗剪承载力还是存在的。极端一点情况，如果构件截面拉力比较大，首先在截面中形成通缝，在弯矩作用下，压区应力不足以使“压区裂缝”弥合，这时，其实是没有剪压区的，截面抗剪承载力还能存在吗？个人理解，在这一瞬间，通常意义上的抗剪承载力其实是有问题的，但这是一个瞬时状态，很快地，截面会发生转动，底部裂缝会加大，又在上部形成压区，依然可以抗剪，但此时，构件很可能因变形过大而失效。所以，对这种情况（比较少见）还是要慎重。

概括来讲，抗剪承载力可以分为两个层次，第一个层次，就是剪压区存在的情况，此时，承载力可按规范公式计算；第二个层次，剪压区破坏（包括首次弥合之后的剪压区），抗剪主要靠水平钢筋，钢筋破坏即是剪摩擦破坏。虽然钢筋可以保证构件不会坠落，但构件变形会较大。当然，在这种情况下，构件正截面承载力也大打折扣。

再来看看规范规定的受剪截面限制条件（即剪压比）。根据教材及规范条文说明，

剪压比的规定有两个目的：一个是防止构件发生斜压破坏；什么意思呢？构件可以承受超越剪压比限值规定的承载力，但此时，构件将发生斜压破坏，规范给出的公式以及构造措施等一系列规定，均不适用；第二个目的，限制在使用阶段可能发生的裂缝宽度，间接通过保证剪压区高度，来限制裂缝宽度。可见，构件剪压比决定的剪力和截面所受拉力是没有关系的。拉力对抗剪承载力的影响，主要反映在截面抗剪承载力的计算过程中。参考《混规》的计算公式。

算例1，钢筋混凝土柱，C40，HRB400，截面尺寸700X700mm，名义拉应力为2ftk时，即拉力约为2342kN，配筋按2.5%，计算得到钢筋拉应力为191Mpa，计算得到的最大裂缝宽度为0.274mm（小于0.3mm）；箍筋按12@150（体积配箍率0.9%），抗剪承载力为709kN＜0.2βcfcbh0；即名义拉应力达到2ftk时，通过增加纵筋的方式，可以满足规范对承载力的要求，不需要设置型钢。

算例2，剪力墙截面尺寸300X1500，C30，HRB400，中震作用下承受拉力2000kN，配筋率2%，计算裂缝宽度在0.3mm以内，混凝土名利拉应力4.06Mpa大于2ftk；水平分布筋2d12@200，剪压比按1.5，则受剪承载力为731.6kN，中震作用下的剪压比为0.08ftk。可见，剪力墙满足正截面和斜截面承载力要求，虽然混凝土名义拉应力大于2ftk时，也不需要配置型钢。

结论是：下次再碰到混凝土名义拉应力超过ftk，甚至2ftk时，不要着急加型钢，先增加钢筋，算一算正截面承载力、斜截面承载力以及裂缝能否满足规范要求，如果可以，型钢就可以免了。我相信，这对设计方、施工方、业主，都是喜闻乐见的。

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