中外混凝土结构设计理论与方法的研究和探讨

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我国《混凝土结构设计规范》历经三次全面修订,已日趋完善,但是与国外先进的规范和标准相比,我国规范采用的计算方法相对单一,侧重于公式计算;并且还有不少地方计算公式为实验回归所得,缺乏系统的理论推导;另外,还有个别地方存在纰漏。因此,本文借鉴欧美的先进规范,如EC2、ACI318等,以便取长补短,为今后我国规范的修订提供一些参考意见和可选择的设计方法。文章以大量篇幅重点介绍了在欧美规范中普遍采用并广泛应用的基于应变的抗弯设计“统一方法”,包括梁与柱等构件设计的一系列无量纲图表法,并将其与我国规范的基本假定相结合,提出了适合我国国情的设计方法,还给出了其详细的推导过程与相应的计算图表。该“统一方法”的一系列无量纲图表法与我国规范中传统的公式法以及一些手册的图表法相比,都具有公式简洁、图表简明、计算过程简便、结果精确、适用范围极广、图表信息容量大等众多突出的优点。这一系列无量纲图表法主要包括:(1)矩形梁的三种方法:无量纲图表法、无量纲表格法和kho法;(2)T形梁的一种方法:无量纲表格法;(3)柱的两种方法:无量纲图表法以及考虑二阶效应的无量纲图表法。特别值得一提的是,T形梁的无量纲表格法与柱的考虑二阶效应的无量纲图表法。其中,前者仅仅用了一张计算表格就成功地使得该法无需区分T形梁是第一类还是第二类,对单筋梁和双筋梁都适用,对矩形梁和各种截面尺寸的T形梁也都适用,对受弯构件和偏心受力构件也都适用,还对于标号C50及其以下混凝土与各种普通热轧钢筋的材料使用组合情况都适用。而后者也极具特色:无需区分构件是大偏心还是小偏心受力,直接将二阶效应纳入图表,计算过程非常简洁,图表还给出了诸如混凝土与钢筋应变等许多重要信息。纵上所述,基于应变的抗弯设计“统一方法”值得大力推广,建议将其作为可供选择的方法写入我国《混凝土结构设计规范》中。文章最后两章还简要介绍了抗剪与抗扭设计中的桁架模型,采用该模型推导的计算公式及其结果与规范的基于实验回归的经验公式能很好地吻合,因此桁架模型可以作为抗剪与抗扭的力学模型以及规范经验公式的理论模型。
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