学与思:关于混凝土双向板挠度计算的一些商榷

▲素材:结构工程师综合……与工程案例分析(选段)

 

就本书中关于混凝土双向板挠度计算的相关内容,段老师给出一些非正式的看法,旨在较为准确的在宏观上理解结构设计的基本概念、逻辑和做法。由于水平有限,讨论内容可能在表达方式和知识准确性方面有不妥之处,欢迎广大同行批评指正!

 

 

1、静力手册计算挠度静力手册作为固体力学(主要是材料力学、结构力学和弹性力学)计算的工具书,其主要意义是将常见的结构形式、约束条件和荷载条件下的内力和变形用图形或者表格的形式表达出来,避免结构设计人员再用力法、位移法、渐进法、莫尔积分和图乘发等一系列原理性方法计算结构的内力和变形。但是该方法不一定适用于所有结构,当结构材料的性能与手册假定材料性能差距比较大的时候,应考虑实际材料性能差异带来的误差影响。如图一、二、三所示,静力手册算出来的结果都是线弹性材料计算出来的变形结果,力学不太好的读者可以看图三中均布荷载作用下简支梁跨中挠度值跟结构力学中计算结果是完全一样的。如按素材所言可以按静力手册算混凝土双向板的挠度,是不是也可以按静力手册算混凝土梁的挠度?那么这么一来还要《混规》单独规定梁的挠度计算方法干什么呢?

 

▲图一:《静力计算手册
 
▲图二:《静力计算手册
 
▲图三:《静力计算手册

 

2、混凝土构件挠度混凝土结构构件由于材料自身的特殊性(下述已罗列原因),短期加载下的挠度通常明显小于长期加载下的总挠度。如图四所示:试验中混凝土构件短期加载时,梁的挠度为8.862mm,6年后梁挠度发展为16.351mm,是初期加载的两倍。实际上,6年后梁的挠度还有微量发展,但是量值很小。
出现上述现象的原因主要跟材料特性有关,一般认为主要是下述四方面原因:
⑴、混凝土受压区在长期压应力作用下会出现缓慢徐变,导致构件中和轴上移动。
⑵、受拉区钢筋在长期拉应力作用下会出现松弛,亦会导致构件中和轴上移。
⑶、钢筋和混凝土之间的粘结会在长期荷载下出现少量滑移。
⑷、混凝土自身长期化学硬化混凝土化学反应也是能持续几十年的,但是大部分反应在前期完成)过程中的收缩。
所以混凝土构件的挠度计算是不能单纯的用静力手册计算的,还需要对其考虑长期荷载作用下的挠度修正。但是这个修正是非常麻烦的,因为要做大量的构件长期(三年以上)试验。比如:天津大学和东南大学长期荷载试验表明,一般情况下对于单筋矩形、T形和Ⅰ形截面梁,长期荷载作用挠度影响增大系数θ可取2.0。
 
▲图四:混凝土结构原理》
 
▲图五:10版《混规》(2015局修)

 

3、总结:对于钢筋混凝土双向板挠度计算,《混规》确实是没有给出考虑混凝土结构长期荷载作用下由于刚度损失带来的计算修正方法,《全国民用建筑工程设计技术措施—结构(混凝土结构)》的说明是合理的。所以我们认为素材建议读者用静力计算手册的方法计算混凝土双向板挠度是忽视长期荷载作用下混凝土构件挠度有大幅发展事实的,不应采用。

 

▲图六:全国技术措施
引注资料:
建筑结构静力计算实用手册(第二版)》 姚谏 编著
混凝土结构原理(第三版)》 过镇海 编著
混凝土结构设计规范》GB50010-2010(2015版)
全国民用建筑工程设计技术措施—结构(混凝土结构)

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