橋梁鋼筋混凝土構件裂縫寬度配筋探討

1、技術論壇橋梁鋼筋混凝土構件裂縫寬度配筋探討張永宏，黃僑（淮海工學院，江蘇摘連云港；哈爾濱工業(yè)大學交通學院，黑龍江哈爾濱）要：文章對影響裂縫的主要原因進行分析，并把容許裂縫寬度驗算公式推導轉換成由容許裂縫寬度控制的配筋公式，避免了按承載配筋后用容許裂縫寬度反復驗算的煩瑣，構思新穎，配筋簡潔。關鍵詞：鋼筋混凝土構件；容許裂縫寬度；配筋中圖分類號：文獻標識碼：裂縫寬度控制的必要性和影響因素普通鋼筋混凝土構件裂縫分為兩大類：一類是正常裂縫，也稱工作裂縫或荷載裂縫，它是由外荷載（活載及恒載）引起的，混凝土的抗拉強度很低，其抗拉極限應變大約為，在混凝土即將開裂的瞬間，鋼筋的應力只有（）×

2、5;，事實上，鋼筋的受荷遠大于此值，在使用荷載作用下，鋼筋混凝土結構出現(xiàn)裂縫是不可避免的。另一類裂縫則稱為非正常裂縫，主要由于混凝土收縮、拆模、起吊和運輸時不當、養(yǎng)護不周、構造形式上的不合理或考慮不周引起的應力集中或過大等原因造成的，這類裂縫只要采取一定的措施，大部分是可以克服和加以限制的。如果裂縫較大，由于水分及有害氣體的侵入會導致鋼筋的銹蝕，降低構件的剛度，增加結構變形，影響工程的正常使用，而裂縫處理又較困難，因此，必須對裂縫寬度進行嚴格控制。這里重點討論荷載裂縫。實踐證明，在正常條件下，裂縫寬度小于時，鋼筋不致銹蝕。為了確保安全，容許的裂縫寬度還應小些。公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設

3、計規(guī)范（）第條規(guī)定“鋼筋混凝土構件，其計算的最大裂縫寬度不應超過：類和類環(huán)境，；和類環(huán)境，不應超過?！钡跅l給出的裂縫寬度驗算公式是由大連理工大學提出以數(shù)理統(tǒng)計為基礎的經(jīng)驗公式，根據(jù)大連理工大學和東南大學的試驗結果分析，其主要因素有：受拉鋼筋的、保護層厚度、鋼筋外形、應力、直徑、配筋率荷載作用性質、構件受力性質。各因素的影響作用可參見由葉見曙主編結構設計原理。以往的計算過程為：先按承載能力極限狀態(tài)進行配筋，再對裂縫寬度進行驗算，如果裂縫不合格，需重新配筋，直至裂縫寬度滿足要求，過程煩瑣。本文則改用裂縫寬度進行簡化配筋，并與承載極限配筋比選取大，使結構配筋一次計算到位，構思新穎、簡潔，大大提高了鋼

4、筋混凝土構件配筋的程序化程度。裂縫寬度驗算公式簡介規(guī)范（）第條規(guī)定：矩形、形和形截面鋼筋混凝土及類預應力混凝土受彎構件，其最大裂縫寬度可按下列公式計算（）（）（）（）（）式中，為鋼筋表面形狀系數(shù)，對于光面鋼筋；為作用長期效應影響系數(shù)，對于帶肋鋼筋；，其中和分別為按作用長期效應組合和短期效應組合計算的內力值；為與構件受力性質有關的系數(shù)，當為混凝土板式受彎構件時，；其他受彎構件時，；軸心受拉構件；偏心受拉構件；偏心受壓構件；為縱向受拉鋼筋的直徑，當用不同直徑的鋼筋時，公式（）中的改用換算直徑（為縱向受拉鋼筋總周長）；為縱向受拉鋼筋配筋率，當時，??；當，?。粚S心受拉構件，式中，按全部鋼筋的一半取用

5、；為受拉翼緣寬度，；為梁的腹板寬，；為受拉翼緣厚度，；為截面有效高度，受壓邊邊緣至受拉鋼筋重心的距離，；為受拉鋼筋彈（）作者簡介：張永宏（），男，江蘇贛榆人，高級工程師，研究方向為橋梁及軟基工程。公路交通科技應用技術版模，×；為由作用短期效應組合引起的開裂截面縱向受拉構件的應力，受彎構件應力可按下列公式計算：（）；為受拉鋼筋面積，；不同抗彎構件裂縫配筋狀況。例一：簡支邊梁，例二：簡支中板，例三：×連續(xù)彎箱梁邊孔中肋，例四：上部為跨板梁，下部為跨雙懸臂橋墩蓋梁的邊跨。個算例均采用混凝土，抗壓強度為，采用級鋼筋，。各算例的工程概況及梁體特征詳見表，表中的沖擊系數(shù)根據(jù)通用規(guī)范（）

6、第條計算；荷載計算詳見表；極限配筋、強度復核及裂縫寬度驗算詳見表。下面以例一進行計算過程說明。承載配筋設，（），由（）×××（），判別梁為第類型梁，由公式及為按作用（或荷載）短期效應組合計算的彎矩值，。裂縫配筋公式推導根據(jù)上面的（）式對受彎構件的裂縫驗算公式進行推導，讀者可據(jù)情況對其他受力構件進行推導。（）（）（）（）；轉換成）（）；得出（）（）（）縫下的配筋：，取代入（）式或以當（）式解得（）（）代入進行計算，直至后一次計算的與前一次計算的相等；當，取代入（）式或以代入（）式解得（）（）進行計算，直至后一次計算的與前一次計算的相等；當（與兩者取大），取；或提示“

7、修改過大的截面尺寸”當（）（），提示“須修改過小的截面尺寸或混凝土標號”，其中為抗壓翼緣寬度；為抗壓翼緣厚度。計算中把、作為輸入變量，、作為中間變量；、為作輸出變量。（）用（）式編制程序或編制表格計算出在容許裂（）解得：）（×（××）××××；（）（×）或）；采用兩片焊接骨架，選用$，提供，×，×，（××）；（）（×）。強度復核（）（×）；）（××（）×（）×。裂縫驗算裂縫寬度驗算公式中，；×；（）

8、5;（××）；（）（×），??；工程算例下面采用由本人設計并較為典型的梁、板梁、箱梁、蓋梁個跨中截面的配筋進行分析、比較，以說明表工程概況及梁體特征表例題梁板梁箱梁蓋梁橋寬荷載公路公路公路公路梁跨計算跨徑選用慣性矩基頻沖擊系數(shù)技術論壇××（××××），根據(jù)規(guī)范第條：對于焊接鋼筋骨架，再乘，為，則：（）××（）（×）（×）（）。表彎矩計算表荷載內力序號梁板梁箱梁蓋梁恒載梁：公路余：公路人群（）重要性系數(shù)×（）×表極限配筋、極限強度復核及裂縫寬度驗算表

9、例題梁板梁箱梁蓋梁配筋計算實強度復核裂縫驗算程序驗證及裂縫配筋×，代入（）式反算：（）（）（），改用：（）（），與實際配筋相等，說明程序推導正確。用和，代入（）式計算：（）（），改用：（）（），（）×（××），即表左下角的和。各例在表荷載不變情況下，可依次用（）式編制的程序表格算出不同鋼筋直徑及不同裂縫寬度要求所對應的配筋及鋼筋應力，詳見表表。表邊梁跨中容許裂縫配筋表表中板跨中容許裂縫配筋表表箱梁邊孔中肋跨中容許裂縫配筋表（下轉第頁）公路交通科技應用技術版試驗的方法，通過對較小的試驗荷載作用下的結構受力性能測試，分析得到舊橋檢算系數(shù)，為更大噸位的重載通行

10、評估提供技術參數(shù)；本文的靜力監(jiān)控試驗結果表明，橋梁跨中橫向聯(lián)系弱，整體性差，導致跨中撓度校驗系數(shù)較大，應變實測值產(chǎn)生變異。從跨中應變峰值來看，結構仍處于彈性工作階段，但較差的整體性使承載能力減小，安全性降低；拱腳處應變系數(shù)分布比較均勻，應變數(shù)值較小，這說明拱上建筑作用效果明顯，能較好地改善拱腳的受力狀態(tài)，拱腳承載力富裕量較大。參考文獻：公路舊橋承載力鑒定辦法（試行），公路橋涵養(yǎng)護技術規(guī)范李德月，李軍，劉永公路超重車運輸中的橋梁加強措施華東公（）：路，李德月超重車運輸中的橋梁承載能力評估華東公路，（）：李東哲，鄭朝陽，孫煥軍重車過橋的驗算方法及加固與管理措施黑龍江水專學報，（）：陜西通宇公路與橋

11、梁新技術研究所青海民和官亭變大件設備公路運輸路線橋梁檢算評估總報告長安大學青海民和官亭變大件設備公路運輸路線團結橋、果園橋、東溝橋試驗評估報告""""""""""""""""""""""""""""""""""""""&

12、quot;"""""""""（上接第頁）表蓋梁邊孔跨中容許裂縫配筋表裂縫配筋公式部分參數(shù)補充說明：式中項為考慮長期荷載的徐變影響的增加項，及均不考慮沖擊荷載，短期靜荷載作用時；單純恒荷載作用時，；恒活載異號時，當相疊后與活恒活載同號時，載同號時，不考慮長期荷載影響，當相疊后與恒載同號時，此時內力由恒載控制，此種情況無須考慮。（）為倒形、箱形、工字梁，使用公式，式中；矩形時或形，后一項為零。對焊接鋼筋骨架的梁體，應取最外邊緣鋼筋的應力（）（）（）×進行裂縫驗算，（），（）（）××

13、;（）（×）（×）（）。裂縫寬度是由求出的，所算裂縫寬度應為鋼筋位置處值，混凝土表面裂縫值還要大一些。最大裂縫寬度要求。反之，利用裂縫寬度進行配筋，對大部分的鋼筋直徑來講，配筋偏少，過大，基本不能滿足承載極限受力要求；采用進行配筋，有一半的情況不能滿足承載要求。由此看出本文用承載配筋和裂縫配筋進行比選取大的做法非常有必要的。通用規(guī)范（）第條規(guī)定：“公路橋涵結構應按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設計?！逼渲姓Ｊ褂脴O限狀態(tài)計算又包括應力、撓度及裂縫項驗算。但在使用階段，規(guī)范中只對后兩項進行驗算，由本文的分析可知，滿足了承載和裂縫要求，也就滿足了應力要求，故使用階段的應力驗算沒有必要，只要求在制造、運輸、安裝等短暫的施工階段進行應力驗算。結語工程技術人員要善于思考，善于利用、善于創(chuàng)新，規(guī)范和課本有好多設計公式是屬于試算或驗算形式，設計時，工作量大，采用逆向思維求解，運用數(shù)學技巧重新推導公式，把計算指標和驗算指標均作為控制參數(shù)輸入，可一步到位完成所需指標的計算工作，