近来一段时间钢筋混凝土梁柱段的最佳加固方法的发展外文翻译资料

近来一段时间钢筋混凝土梁柱段的最佳加固方法的发展

摘要：近来取得的一些进展在参考钢筋混凝土最小（最佳）截面方法上达到了高潮。这个理论阐述了基于对矩形截面的最佳加固方式的观察而获得的一种新的用于加固分析和设计的方法。使用来自ACI318-05（2008）规范上的极限强度设计理论假设，最小的总加固面积需要提供足够的耐轴向荷载和力矩，并显示对纵向钢筋面积的特别限制或应变分布。这些约束是确定最小总强化区域的方法。最佳加固方法可以从由理论确定的可能解决方案中选取。一个例子展现了这个理论在混泥土横截面加固中的应用，为教学和实际钢筋混凝土设计做出了有效示范。

1. 简介

钢筋混凝土加固强度设计由一个横向荷载和力矩的组合施加在主轴横截面上的方法，这是很容易理解的，而这个理论在很多年之前就提出来了。其他方法是否应该考虑受弯和受限的影响仍有待研究。强度设计理论已经被广泛接受，但是，例如埃尔南德斯 - 蒙特斯等人已经提出新的设计理论对原有的理论进行挑战。最新的方法把强度理论方法当作一种常规的方法而被视作一系列更一般的情况下解决方案中的特殊的一种。解的一般集合，它可以是

对于征收轴向负荷的任意组合，生成时刻，包括所谓的最优（或最小）加固解决方案，其在一般情况下，需要非对称分布加固过的横截面。对于这些最优解的特性的良好理解致使了最佳的部钢筋的定理的发展。

存在很久的传统解决在单轴弯距作用下的横截面加固设计方法归类于图1，有一个普遍的共识是，如果轴向力为零，一个解决方法是只对底部（张力）加固。如果梁的深度是有限的，一个截面是要求双向加固的。非对称布置的纵向钢筋通常用零轴向力的截面设计方法。在具有非零轴向力的情况下，人们可以考虑对称的加固，正如按照的常规做法，或者进行非对称加强，对称加固通常可以考虑使用。一个更好的近似方法（当 A s = A ′ ）是由惠特尼提出的大小偏心法。在对称情况下有一种精确的方法很好的实现了对P-M图标的标准化输出（例如，从ACI委员会的340的SP-17，这些设计为导向的图表是基于N-M的互动图，广泛采用来自于惠特尼和Cohen创造的方法。具轴向荷载的非对称加固方面很少讨论，主要来自瓦尔特和Mielhbradt，例如，仅仅提供了一个特殊的方法用于实际应用。

梁的设计经验表明，当轴向荷载较小的情况下，对其施加的力矩（或偏心)作用只在一个方向上的时候，非对称加固模式将更加经济。如同以上提及过的，一系列用于底部和顶部对横截面强度要求的加固方法构成了解决方法的无限的集合，其中包括使用传统PM交互图获得的对称加固法。这一系列的方法可以从加固显示图（RSD）上展现出来，不同于PM交互图，一个RSD足以展现各个弯矩和轴向荷载组合下的解决方法集合。

RSDs在最近阿塞姆等人的一次调查中被使用，用来描述最佳的（最小）加固方案对于那些横截面上轴向荷载和力矩超过二维空间的设计方法。阿舍姆等人定义了域的N-M空间，其对名义领域强度的最佳解决方案特征在于，无论约束的约束的加固面积(A s =0 , A ′s = 0, or A s = A ′s = 0)或拉应力在钢筋的位置（ε=εY，εS等于或稍大于minus;εY，或εS=minus;εY）为应力和应变为在压缩中），其中AS=底部加固的横截面面积，Arsquo;s=顶部加固的横截面面积。εs=底部钢筋的伸缩应变，εrsquo;s=顶部钢筋的应变，εy=拉伸钢筋的应变。最佳域方法可以用于直接解决所需的最小加固对于一个指定的组合的轴向载荷和力矩，首先确定相关域。

本文提出了一个最优截面定理加固（TOSR），aci-318-08 [ 11 ]的假设已经通过论证和计算证明其有效性 ，使用大范围的参数值的数值计算结果代编在实践中经常遇到。TOSR已经被证明，[ 12 ]为欧洲法规2中的一个假设。

本文是在传统环境开发的，即在ACI假设下的强度设计方法开发的。而其他有趣的方式例如3D应力分布，暂不考虑。横截面荷载包括二阶效应，如果这下影响因素不包括在内，那么最近的一些有趣的方法就可以被使用。（15，16）

如果只考虑加固钢筋，那么其他不同类型的加固方式也可以考虑使用。（17）

1. 弯曲分析假设

用于组合弯曲和轴向荷载的设计问题需要同时兼顾到平衡，兼容性，钢与混凝土的本构关系，材料在截面层次上。兼容性利用伯努利的变形后的截面保持平面的这个假设，并假设临界断面上不布置防滑钢筋，这个伯努利假设允许应变比分布和横截面只用两个变量来定义。总截面重心（εcg）和横截面曲率（phi;）可以用来定义应变，如图2所示。

顶部和底部的加固应变可以由εs 和εrsquo;s，分别可以通过相似三角形作为中性轴高度的函数X来确定。弹塑性行为可以用来表示钢的应力-应变，加固或者是不带应变硬化。在混凝土中的压缩应力可以通过假设混凝土圆柱体的单调应力-应变响应（单轴适用于可经受压缩去应变梯度）来确定，然而在极限强度评估中，压缩块更多的是使用一个矩形，梯形或者是抛物线来表示应力分布。在这些假设的基础上面，曲率和应力被认为是唯一能够确定用于极限强度分析的几个条件。例如，应力可以保证截面上的分布平衡，这种平衡能够满足另一个极端的压缩纤维应变，这个只可能是0.003或者另一个值，它取决于实际情况，可以从规范中查取。在这样做的时候，重要的是意识到一个应变的强度的极限状态分布是可以一个变量，x（x，中性轴的深度），见图3.

1. 均衡解决方案

平衡方程必须要满足是在同一个截面（例如，图2），由弯矩，M，轴向力组合可得，N：

N =int;A csigma; c dA c int;A ′ ssigma; ′s dA′s int;A ssigma; s dA s

M =int;A csigma; c ydA c int;A ′ ssigma; ′s ydA′s int;A ssigma; s ydA s , (1)

其中，要求出M，这是和N的位置相关的，N是给出的。Y是各个点的位置与杠杆臂的距离（dAc,dAs,dArsquo;s或者dAp)，这些（N，M)是有联系的。如同图2.所示。强调和在式（1）的轴向力是积极和消极的压缩压力。就一般情况而言，轴向荷载，N，力矩，M，在内部应力平衡的情况下，能够推出总截面的重心所在（见图2）。如果底层纤维产生拉伸应变时，这个力矩M是被认为是积极的。同理，在施加的荷载致使压缩超过了截面的深度的情况下，当底部的压缩应变比顶部的压缩应变小时，此时，也认为它是积极的。

1. 简化假设

各种简化用于评估横截面应力在不同情况下的实际应用，加固通常是基于拥有弹塑性的情况下产生的，应力sigma; s和sigma; lsquo;s，在弹性范围内，等同于弹性模量为Es和钢筋的加固应变，在塑性范围内等于规定的加固应力（fy)。

混凝土强度的抗压应力设计通常是由一个长方形，梯形，或理想化的抛物线应力块。在强度设计中，N和M分别为名义强度Nn和Mn。根据ACI设计过程所需的强度必须小于或等于名义强度时间对应的强度折减系数（phi;）。

也许是最大的差异，在规范中规定的最终强度测定对横截面应变的处理上面。在极端的压缩纤维的最大可用应变是0.003在规范 ACI318[11]，而且对在应变没有限制受拉钢筋的一般元素（特别是要素可能需要最小配筋可能改变这个前提下）。

对定理的证明，ACI318的（11）采用了如下假设：（1）平面部分保持平面；（2）为混凝土压缩的最大可用应变通过εC max = 0。003；最大可使用的限钢在拉伸时的应变；（3）使用了一个矩形应力块与系数beta;，1，和深度相等的深度在中性轴，其中beta;1和0.85之间变化的0.65和混凝土的抗压强度函数；（4）钢的应力应变关系是理想弹塑性，在拉伸和压缩中都为对称行为。

压缩混凝土极限应变（εC max = 0。003）的强度折减系数的变化（Phi;）在三个不同

域，在ACI-318的9.3节中 [ 11 ]允许表示在极限状态下的所有可能的应变分布，如图3所示的强度。定义了三个域，域I是压缩控制区，域III是一个拉伸控制区，域II是一个过渡地带，全部按照与ACI-318[11]第九章中给出的定义。 一切域具有在共同的最大应变限度的值在压缩。

1. 设计解决方案

对方程（1）的积分的代数形式，允许内部应力的结果作为确定的对象的应力及其相应区域。使用上述简化假设来对强度进行设计，那么其携带的压缩应力具体表现为Nc,能够表示为：N c ( x ) =0 if x le; 0

=0 . 85f c b beta; 1 x if 0 le; x lt; h /beta; 1

=0 . 85f c bh if x ge; h /beta; 1 （2）

在矩形截面的钢筋混凝土中，宽度为b和高度h; x是交叉的顶部纤维深度中性轴部分。其中，压缩应力块包括顶部加固钢筋( beta; 1 x gt; d ′ )，在确定分配给改矩形混凝土块的应力是不应该计入混凝土的顶部加固应力Nrsquo;s，同理，如果压缩块进行底部加固时，在确定分配给矩形混凝土的应力是也不应该计入混凝土的底部加固应力Ns.因此，Nrsquo;s和Ns可以确定：

N ′s ( x ) = sigma;′s lowast; ( x ) A′s ( x )

N s ( x ) = sigma; s lowast; ( x ) A s ( x ), （3）

其中，Arsquo;s是是钢材横截面drsquo;距离顶部的距离，AS是钢材横截面d距离顶部的距离。和

sigma; ′s lowast; ( x ) =sigma; ′s ( x ) minus; 0 . 85f c 当 beta; 1 x gt; d ′sigma; ′s ( x )

否则

sigma; s lowast; ( x ) =sigma;s ( x ) minus; 0 . 85f c 当 beta; 1 x gt; dsigma; s ( x )

否则.

应力 sigma; ′s 和sigma; s 是积极的。 （4）

类似的域，有由Chandrasekaran等人获得的采用抛物线矩形图。 [18,19]。

内部应力由Nc和Nrsquo;s，Ns平衡额定荷载Nn,额定力矩Mn，对于一个给定的中性轴深度，材料性能，加固区域As和Arsquo;s，那么内部应力就可以有平衡方程来确定，并运用于自由体如图3可以确定截面中的轴向荷载和弯矩。 Nn和Mn在总截面重心的平衡方程如下：

N n = N c ( x ) N ′s ( x ) N s ( x )

M n =N c ( x )（h/2minus; 0 . 4x） N ′s ( x )（h/2minus; d ′)minus; N s ( x )(d minus;h/2)

当beta;1 X le; h，否则

=N ′s ( x )(h/2minus; d ′)minus; N s ( x )(d minus;h/2)

或者，求解平衡方程可以通过确定钢的面积As和Arsquo;s和所需的提供部分有足够的能力抵抗外加荷载Nn和Mn。 特别的 ，顶部的位置的矩的总和配筋结果在式（6），而矩的总和底部加固效果的位置在式（7）：



由方程（6）和（7）给出加固领域的解决方案。 是中性轴深度的函数，x。 x结果的一些值存在A的A S的负值，实际情况不会出现，因此不予考虑。方程 （6），（7）有三个未知数：A S，A的和X;因此，获得无限解（三个未知数和只有两个方程）。用方程（6）和（7）可以得到对于A S和A的允许的解决方案，绘制在一个钢筋尺寸图（RSD）为中性轴深度函数，X。这样的情况我们清楚地看到，最小总配筋方案一般不同于对称加固方案，通常使用的是传统的N-M相互作用图， 在图 4 - [4] - 中一个RSD的例子 对ACI出版物sp-17 [ 7 ]柱设计实例使用。而ACI出版物sp-17只介绍了对称强化解决方案，可能是最合适的解决方案，

但为表明一个显着的成本可以节省最优（最小）加固解决方案用于代替传统对称的加固解决方案。

1. 最优截面加固理论

基于得到的标准偏差的实证结果，最优截面加固理论已制定在ACI—318 [ 11 ] 的假设中，.这个定理用极限强度的特殊假设设计解决具有矩形截面的混凝土构件顶部的设计钢筋的钢筋（Arsquo;s）和底部加强（As），其中的成员进行组合的轴向载荷和截面的主轴线的弯曲，这个理论有以下几点假设，

（I）能够使用加固方案是无限的

(II)最小总面积加固（A S A的）一个发生有下列情形：A S = 0和/或AS = 0，εs大于或等于minus;εY,ε=εS =εrsquo;s=εC，max= 0.003及εrsquo;s =-εy

(III)最小加固面积可以被确定，

1. 例如 A s = 0 , A ′ s = 0 ,ε s = minus;ε y ,ε = ε s =ε ′s = ε c , max = 0 . 003, 及ε′s = minus;ε y .
2. 选择的解决方案具有最小加固面积（在这种情况下，中性轴深度x为x 0），其中一个允许解是其中X 0的值是真实的，面积A S和A的各非负值，例如

a.如果A S = 0导致Arsquo;s为负值，或者AS = 0导致A s为负值，则最小强化解决方案由A S = Arsquo;s= 0给出。

b.如果εS =-εy得到正常解，那么最小值 (x 0 )将位于 x b lt; x 0 lt; x bb 之间，当A s ( x b ) lt;A

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[149892]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word