按容许应力直接求钢筋面积的新法VIP专享VIP免费

矩形截面按容许应力法直接求算钢筋面积之新法前言铁路桥规规定按许应力方法计算钢筋混凝土。该方法原则明确，计算公式表述简单。但是按传统的容许应力方法进行截面设计，其过程繁复。即便是简单的矩形截面也要试算多次，才能得出钢筋面积来。当混凝土截面及混凝土等级比较合理时，设计的主要目标就是求出合理的配筋，要求配筋面积既安全又要经济。但是这既安全有合理的配筋面积，一般是要经过多次试算才能求得的。容许应力法，为求得偏心力作用下的所需配筋，走的是“假定面积，检算应力”的途径。要先设定某一钢筋面积，再检算其钢筋应力是否合适。而要算应力就要先求中性轴位置，而这中性轴的位置也是要经过试算才能求出的。但这第一次假定的钢筋面积，其检算结果往往并不一定是所期待的。于是就要调整面积进行第二次试算，如再不合适还要继续假定和试算，直到满意为止。在设计过程中，设定配筋面积及其所对应的中性轴位置，两方面都要进行多次试算，这就显得繁复了。虽然使用电脑可以使进程加速，但这种解题求钢筋面积的思路是不尽合理的。矩形截面系列的直接求算钢筋面积方法，能使计算过程简化，计算精准。它既适合于手算亦适用于电算。尤其对于学生手算做习题，则更有助于对课程的理解和便于得出理想结果。本方法最初是以论文形式发表于期刊的。由于过分侧重于创见部分，致过于片面并有所疏漏，它只能适用于偏心力作用在截面以外的情况。论文所欠缺的部分虽在一些资料中有所表述，但它仍是从“假定、检算”方面着眼的。为了便于实用，现将该方法完整地介绍给铁路桥梁专业的工作者和在读学子。本文补充了非钢筋控制设计的两种情况，并写出了解题步骤。同样为了便于应用，将原论文的符号作了相应调整，一并列出。此外为了便于读者阅读，作者将刊物未曾发表的公式推导过程，作为附件附后。一、基本计算公式下图为矩形截面偏心受压受力图形，这是人们所熟悉的。但我们不是假定钢筋面积，求中性轴的高度，再检算应力。而是根据不同情况，求出对应的中性轴，并由其确定所需要的钢筋面积。构成本方法的第一种情况，是控制受拉钢筋应力，求与其对应的钢筋1面积。意思是将受拉钢筋应力控制在接近或等于受拉钢筋的容许应力的大小，求此时的混凝土应力。如不超出其容许应力，即可根据静力平衡求出需要的最少钢筋面积。构成本方法的第二种情况，是控制混凝土应力，求所需要的钢筋面积。控制混凝土应力使其接近而不超出其容许应力，求出与其对应的钢筋应力，最后算出所需钢筋面积。此方法适用于按第一种方法求出的混凝土应力超出其容许值时。控制较高的钢筋应力，使混凝土应力超出。为解决此问题，应反过来控制混凝土应力。降低了混凝土应力，其所对应的受拉钢筋应力，也有所降低。但由于由荷载产生的偏心压力及偏心力矩不变，受拉钢筋应力低了，自然导致需要的钢筋面积也就增加了。构成本方法的第三种情况，是寻求在偏心力作用下，所形成的必需的最小受压区高度。当偏心力作用在截面内时，它是受拉区钢筋面积为零时的受压区高度。此时受压区合力中心与偏心力的作用点重合，也就是受压区合力中心距受拉钢筋合力中心的距离与偏心力的偏距相等，即。只有时才能保证受拉区钢筋出现拉力，出现拉力这是我们设计的前提，也是必须要保证的。当偏心力作用在截面以外时，必然有。只有当偏心力作用在截面内时，才成为要考虑并需要解决的问题。对应的受压区高度记为。不管、数值为何，只要最大，就应按照由静力平衡求计算配筋。如图示三种情况的共同点也是关键点，就要先求出所对应的受压区高度。有了受压区高度才能继续后面的应力面积计算。而后者是比较方便的，由截面的静力平衡条件即可求出需要的应力面积数据。这里要强调一下，本方法所求的是在不同情况下配筋最少或接近配筋最少的配筋量。实际配筋可能大于这个要求的最小值。多配置钢筋，是偏于安全的。2实际配筋数量偏大是由多方面因素形成的。其一是，实际配筋是由钢筋直径规格和整根数确定，实配的钢筋面积不可能与计算的最小配筋完全相等。其二，同一构件可能受多种荷载组合的作用，实际所配置的钢筋量，应是配筋量最大的那个组合所决定。此...