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非杆件体系混凝土结构设计方法刍议

发布于：2013-10-11 08:45:11 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

非杆件体系混凝土结构，是指难以用一般杆件（梁、柱、轴、杆等）进行概化的结构，如水利工程中的混凝土重力坝，水电站的蜗壳、尾水管，桥梁工程中的重力式桥墩，土木工程中的重力式挡土墙，港航工程中的重力式码头，地下工程中的隧道，等等。像这类结构难以用一般的混凝土杆件结构的设计方法进行设计，否则会产生很大的误差，甚至于产生很大的错误。因此，寻求一种合理可行的计算方法就显得尤为必要。

非杆件体系结构一般具有如下特点：（1）有些结构除形体复杂外，同时还具有大体积混凝土结构的特点，必须考虑温度应力；（2）有些结构空间整体性较强，若简化为平面问题进行分析会引起较大的失真；（3）有些结构因缺乏实际工程的破损实例，很难提出承载能力极限状态的具体标志和计算模型。

目前对非杆件体系结构的设计，一般采用三种方法：（1）对于一些常用的、尺寸不大且形状较规整的构件，如深梁、牛腿等，可通过理论分析并结合工程实际经验，按极限状态配筋计算法进行计算。该法与一般的杆件体系结构的设计有诸多相似之处，且已有较为成熟的计算方法，故不再展开介绍。（2）按弹性应力图形面积计算钢筋用量，该法可通用于所有的非杆件体系结构。（3）按钢筋混凝土非线性有限单元法计算，该法主要用于复核配筋结构的承载力与裂缝的开展区域和相应的性态。

1、按弹性应力图形面积配筋

按弹性应力图形面积配筋就是通常所谓的应力图形法。其计算思路是：通过按弹性理论方法（弹性有限元法或弹性模型试验等）得出结构的线弹性应力，根据配筋截面的拉应力图形面积，计算出拉应力的合力，按拉力的全部或部分由钢筋承担的原则，计算钢筋用量。

按弹性应力图形面积配筋的方法，比较简便易行，应用也很广泛，但并不是一个合理的方法。因为它所依据的应力图形是未开裂前的弹性应力图形，当混凝土一旦开裂，钢筋发挥其受拉作用时，结构的应力图形可能完全改变。应力图形在开裂前后的变化规律随着结构形式的不同而不同。在一般情况下，按应力图形计算得到的配筋偏于保守，但对开裂前后应力状态有明显改变的结构有时也会偏于不安全。此外，不能确切了解结构各阶段的工作状态，无法判断正常使用极限状态能否满足设计要求。

2、按钢筋混凝土非线性有限单元法配筋

按钢筋混凝土非线性有限单元法分析设计，能了解结构从加载到破坏整个过程的工作状态，正确反映钢筋真实的受力情况，指出结构的薄弱部位，并可根据计算结果调整结构尺寸与钢筋布置，以达到最优设计。特别是能考虑混凝土开裂引起的温度应力释放，了解结构的裂缝宽度和位移能否满足要求，弥补了按弹性应力图形面积配筋的不足，是目前非杆件体系结构配筋设计最有效的方法。但因对设计者要求很高，且需要专门的计算程序，目前的应用还不够方便，也不便于大面积应用。

这种方法用于非杆件体系结构分析的主要步骤为：

（1）首先按应力图形法初步确定钢筋用量与钢筋布置。

（2）对需要控制内部裂缝宽度或特别重要的非杆件体系结构，采用钢筋混凝土非线性有限单元法计算使用荷载下的裂缝宽度和钢筋应力，若裂缝宽度和钢筋应力大于相应的限值，则调整钢筋布置，必要时增加钢筋用量，重新计算，直至裂缝宽度和钢筋应力满足设计要求。

（3）对开裂前后应力状态有明显改变或特别重要的非杆件体系结构，采用钢筋混凝土非线性有限单元法计算至结构的承载能力极限状态，若承载力不能满足要求，调整钢筋用量与布置，重新计算，直至承载力满足设计要求。

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