中_美混凝土结构设计规范构件正截面受弯承载力的分析比较_宋世研(3)

我国规范将结构构件抗力分项系数γR分解为混凝土材料分项系数γc和钢筋材料分项系数γs,由于两种材料的力学性能和离散程度不同,两种材料强度设计值的折减比例也不同,因此构件的实际受力性能变得不清楚。按材料强度设计值得到的ξb大于按材料强度标准值得到的ξb,即按规范计算的适筋梁可能是超筋梁。此外,在美国规范规定的适筋范围,按我国规范得到结构构件抗力折减系数

图6　两国规范结构抗力折减系数 的比较

略有降低,这种降低是没有必要的,因为这一范围受弯构件的延性均已满足一定的要求;而在向超筋梁过渡时,我国规范又没有考虑受弯构件延性减小对系数 做更大的降低,一般情况下不能采用超筋梁,与小偏心受压可以应用的工程事实相违背;这是我国规范存在的一个安全度方面的问题。

理论分析可知,美国规范对接近超筋和超筋梁范围的结构抗力折减系数 取值规定,是根据“等变形能力储备原则”确定的,即要求适筋梁与接近超筋、超筋梁的变形能力储备(=极限变形能力与正常使用状态的变形之比)保持一致。不过,美国规范采用的折减系数 在设计计算时较为繁琐,需要根据钢筋应变计算才能确定取值,而我国规范计算则不存在这样的问题。

(下转第23页)

(2)当配筋率超过1.694%(ξ=0.426),美国规范的 值开始随配筋率ρ或相对受压区高度ξ的增大而减小,体现了对接近超筋和超筋梁考虑因延性不足而增加了承载力安全储备, 值最终减小至0.65;我国规范在配筋率超过界限配筋率ρb或相对受压区高度成果界限相对受压区高度ξb时才开始迅速减小,体现对超筋梁因延性不足而增加承载力安全储备, 值最终减小至0.73,比美国规范大12.3%。

以上对比可知,在适筋范围,中国规范的受弯承载力比美国规范略偏小,而在接近超筋和超筋梁范围,我国规范的承载力储备与美国规范相比则有所不够。由美国规范对结构抗力折减系数 的解释,

第7期郑　刚,等:静压桩残余应力数值模拟及其对桩承载性状影响分析

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应同向上的残余侧摩阻力和残余端阻力之和相等。

因此,基于残余应力平衡的概念,可以认为忽略残余应力不会影响桩的总极限荷载值,所得到的桩极限承载力是可靠的。但是,在单独确定桩身侧摩阻力和桩端阻力时忽略残余应力的影响是不全面的

。

6　结　语

利用大型通用有限元软件建立了静压桩贯入土体过程的模型,需要考虑有限变形、桩土接触、本构关系、自适应网格技术和位移贯入法等问题。通过计算结果表明,残余应力虽然不会影响静压桩的总极限荷载值,但是对桩的承载形状有一定的影响,忽略残余应力的影响将会导致以下偏差:

(1)量测的桩身极限承载力偏高而量测的桩端极限承载力偏低。

(2)过高地估计桩身荷载分担比例或者过低地

图6　桩顶卸载回弹后桩荷载—沉降曲线

图7为极限荷载下考虑残余应力与忽略残余应力桩的轴力分布图

。

估计桩端荷载分担的比例。

(3)在桩上段量测的侧阻力值偏高,在桩下段量测的桩侧阻力值偏低。

因此,设计中只考虑桩的总极限荷载值时可忽略残余应力,但当要分别确定桩身单位侧摩阻力和桩端承载力时就不能忽略残余应力的影响。

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图7　极限荷载下桩忽略和考虑残余应力的轴力对比

从图中可以看出,忽略残余应力比考虑残余应

力的静压桩的桩端极限承载力小。本文前边已经讨论过忽略残余应力不会影响桩总的极限承载力,因此,忽略残余应力的影响会导致量测的桩身极限承

载力偏高,而桩端极限承载力偏低,由此导致过高地估计桩身荷载分担比或者过低地估计桩端荷载分担比。

(上接第33页)

　　(2)美国规范采用随受拉钢筋应变减小而增大系数 的方法,更加注重构件破坏时的延性与承载力储备的协调,即延性差的构件,承载力储备随延性的降低而增大。我国规范在延性较小时,承载力储备比美国规范有所不足。

(3)美国规范采用材料强度标准值进行承载力计算,材料强度指标体系简单,避免了工程设计和工程教育中的一些不必要的概念混乱。

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