在单向肋梁楼盖设计中,连续梁、板的内力分析是决定配筋的关键步骤。根据材料行为的不同,内力分析主要分为弹性分析方法和考虑塑性内力重分布的弯矩调幅法。
一、 弹性分析方法与可变荷载最不利布置
由于楼面可变荷载具有“实有时无”的变异性,为了获得连续梁、板各控制截面(跨中截面和支座截面)的最大内力,必须研究其最不利布置规律:
- 求某跨跨内最大正弯矩:应在本跨布置可变荷载,然后隔跨布置。
- 求某跨跨内最小正弯矩(或最大负弯矩):本跨不布置可变荷载,而在其左右邻跨布置,然后隔跨布置。
- 求某支座最大负弯矩及最大剪力:应在该支座左右两跨布置可变荷载,然后隔跨布置。
对于跨数超过五跨的等跨等刚度连续梁,由于中间各跨的内力与第三跨非常接近,实际设计中可简化为五跨连续梁进行计算,所有中间跨的内力均按第三跨取值。
将各种最不利布置下的弯矩图和剪力图进行叠合,其外包线即构成了弯矩包络图和剪力包络图,它们决定了沿梁长各截面可能出现的内力上下限。
二、 弹性分析中的支座弯矩修正
采用弹性理论计算连续梁内力时,计算跨度通常取支承中心线之间的距离,因此算得的支座弯矩 $M_0$ 位于支承中心线处。然而,对于与支承构件整体连接的梁,其危险截面实际上位于支承构件的边缘。
为了避免截面设计过于保守,规范允许对弹性支座弯矩进行修正,近似按边缘截面弯矩设计:
$M = M_0 – \frac{V_0 b}{2}$
- $M_0$、$V_0$:由弹性分析(取中心线间跨度)得到的支座弯矩和剪力。
- $b$:支座宽度。
三、 弯矩调幅法(考虑塑性内力重分布)
在实际受力过程中,超静定混凝土结构由于非弹性变形、裂缝开展、钢筋锚固滑移以及塑性铰的形成与转动,各部分的刚度会不断发生变化,导致实际内力与按恒定刚度弹性理论算得的结果不同。为了充分发挥结构潜力并方便配筋,我国规范引入了弯矩调幅法:
- 调幅计算:对弹性最不利弯矩最大值 $M_e$ 较大的支座截面乘以调幅降低系数 $(1-\beta)$。
- 跨中弯矩调整:调幅后的跨中弯矩设计值,应取弹性最不利弯矩与下式计算值中的较大值:
$M = 1.02 M_0 – \frac{M_L + M_R}{2}$
(其中 $M_0$ 为按简支梁计算的跨中弯矩设计值;$M_L$、$M_R$ 分别为左、右支座调幅后的弯矩设计值)。 - 限值控制:调幅后,支座和跨中截面的弯矩值均不得小于简支梁弯矩设计值 $M_0$ 的 $\frac{1}{3}$。
- 剪力调整:控制截面的剪力设计值应根据荷载最不利布置和调幅后的支座弯矩,由静力平衡条件重新计算确定。
思考题
在进行钢筋混凝土连续梁设计时,对于支座截面的弯矩,我们接触到了两种不同的“减小”处理方式:
- 方式 A(支座弯矩修正):根据公式 $M = M_0 – V_0 b / 2$ 减小支座弯矩;
- 方式 B(弯矩调幅):根据调幅系数 $\beta$ 降低支座弯矩($M = (1-\beta) M_e$)。
请思考:这两种“减小”支座弯矩的设计处理,在力学本质、产生的物理原因以及对结构“塑性变形能力(延性)”的要求上有什么根本性的区别?在实际工程设计中,这两种方法能否对同一个支座弯矩进行叠加使用?
🎧 弯矩调幅法的核心在于“塑性铰”的转动能力。如果您有兴趣,我们可以进一步探讨为什么规范要给调幅后的弯矩设置“不小于简支弯矩 $\frac{1}{3}$”的底线,以及如何通过控制相对受压区高度来保证塑性铰的转动能力。