混凝土连续叠合梁中内力重分布探讨
作者：佚名； 更新时间：2014-12-03
摘 要：简要分析了混凝土叠合结构的内力重分布的现象,并且对弯矩调幅系数的计算作了归纳，在此基础上对目前研究中存在的一些问题提出了作者的看法。
关键词：连续叠合梁 调幅系数 内力重分布
一、引言
超静定叠合连续梁在使用状态下，特别在承载能力达到极限状态下，当荷载依某一参数成比例增加时，结构的内力和变位的增长，在大多情况下将不与该参数成比例，相反，其比例在相当大的范围内变化，这种现象即是钢筋混凝土超静定结构的内力重分布现象。
二、内力重分布的产生
引起内力重分布的直接原因是超静定结构各部分的相对刚度发生了变化，而引起叠合连续梁刚度变化的变化原因主要有：
1．混凝土受拉区裂缝的出现和开展。
2．受拉钢筋达到极限之后出现的非弹性变形。
3．混凝土受压区的非弹性变形，特别是在临近破坏时。
4．钢筋与混凝土之间的粘结力，在或长或短的区段内破坏时。
5．混凝土的徐变变形。
6．混凝土的温度及干缩变形等。
除了上述原因外，还应该考虑叠合梁两阶段制造和二次受力引起的刚度变化。由于叠合梁两阶段制造和二次受力的特性，引起跨中的受拉钢筋应力超前和支座负弯矩滞后，对一般钢筋混凝土叠合连续梁和在第一阶段加载时跨中即已开裂的预应力混凝土叠合连续梁，在第二阶段加载初期，就会产生由跨中向支座的内力重分布。
从负弯矩区混凝土翼板开裂到第一个塑性铰形成，负弯矩区范围内梁的刚度逐渐减小，而跨中截面梁仍处于弹性阶段，这一阶段梁的内力重分布称为弹性内力重分布[1]。该阶段梁内力重分布的程度主要与正、负弯矩区梁的刚度变化大小和梁的跨长比等因素有关。
从第一个塑性铰形成到梁的极限状态阶段，连续叠合梁中支座截面和跨中截面均形成塑性铰，梁的塑性变形充分，实现了第二阶段的内力重分布，称为塑性内力重分布。该阶段的内力重分布值占总的内力重分布值的绝大部分。
三、内力重分布对抗剪性能的影响
目前，国内外对普通钢筋棍凝土超静定结构的塑性行为进行了较深入的研究，其成果已在有关规范中得到反映[2]。但是，对内力重分布的分析研究较多的是对弯矩重分布的调幅利用和整体抗弯承载能力的提高上，值得注意的是，连续粱的塑性内力重分布不仅改变了弯矩内力的分布，还会对梁的剪力内力的分布和抗剪性能产生影响。
1．剪力的重分布
截面剪应力的重分布实际上是与正应力的重分布同时发生的，随着第二阶段荷载F2作用下梁中裂缝的发展,第一阶段荷载F1产生的弯矩重分布伴随着剪力的重分布。现阶段连续粱的抗剪承载力计算最终是采用同等荷载、跨度条件下的筒支梁的抗剪计算进行的，而没有考虑剪力内力重分布。如果在塑性条件下弯矩值发生改变，仅对其中一个支座负弯矩调幅(使其弯矩值降低)，则其他支座截面的剪力值会增大，就有可能导致截面的抗剪能力不足。
2．抗剪性能的影响
以多跨连续梁弯矩调幅对抗剪能力的影响为例进行分析[3]。对于钢筋混凝土多跨连续梁．当按弹性理论方法计算时，连续梁的内支座截面的弯矩一般较大，造成配筋密集，施工不便，影响质量。在工程设计中往往通过对弯矩调幅，以降低支座截面的弯矩设计值．减少支座截面配筋量。这样的弯矩调幅过程，就是在外荷载的大小，位置不变的情况下，通过对纵向钢筋的配筋量在支座和跨中进行的调整．从而改变了梁段内的跨中最大正弯矩和支座最大负弯矩M+、M- ，因此梁段内截面的抗剪能力也会发生改变。
当调幅前ψ= ，
经支座负弯矩调幅后若ψ仍大于或等于1，则抗剪能力有所提高，经调幅后若ψ降至小于1，则抗剪能力的增大或减小要依ψ减小的程度而定。当调幅前 ψ<1，经支座负弯矩调幅后ψ减小而进一步远离1，则抗剪能力会相应降低。
四、内力重分布的计算
目前,在钢筋混凝土连续梁考虑内力重分布方面，主要是进行弯矩调幅系数的计算。弯矩调幅是指连续叠合梁按塑性分析的弯矩值与按弹性分析的弯矩值相比较，所得弯矩变化的幅度。
调幅大小的基本原则：（1）保证强度（塑性）要求，使调幅以后结构实际承载力在任何情况下应该不少于计算值；（2）保证使用要求，叠合结构在使用阶段内不产生过宽裂缝和过大挠度。
1．按承载能力考虑连续梁的弯矩调幅计算
为了使得叠合连续梁的调幅计算与目前比较成熟的整浇连续梁的调幅计算相协调，文献[4]提出可以考虑F1对叠合连续梁第二阶段受力时对中支座产生附加弯矩的调幅计算式。
（1）
式中 Fu—叠合连续梁的极限荷载，信捷职称论文写作发表网，Fu=F1+F2U；
F2u—与Fu相应的叠合连续梁的第二阶段极限荷载；
δc—叠合连续梁破坏时，中支座弯矩的调幅系数；
δg—对比梁破坏时，中支座弯矩的调幅系数；
α0—叠合连续梁的附加弯矩系数。
2．按使用荷载考虑叠合连续梁的弯矩调幅系数
（2）
式中 FK—对比梁的标准荷载值，FK=α0KF1+F2；
α0K—叠合连续梁的附加弯矩系数，一般情况下取为0.57。
当按（1）式进行调幅计算时，确定了承载能力状态下支座的调幅系数，但不满足跨中或支座截面的使用性能要求，则应按照（2）式再进行计算，确定新的支座弯矩调幅系数；为了满足叠合连续梁的承载能力及塑性铰的转动要求，式中δg的取值不宜超过25%，因此叠合连续梁的调幅系数也不应超过25% 。
五、研究中存在的主要问题及展望
通过对以上研究成果的分析,可以看出在目前的研究当中还存在以下问题：
1．连续梁的内力重分布也会引起剪力的重分布，这一截面剪力值的改变会影响到斜截面的抗剪承载能力。这一抗剪承载力增减的准确计算．还有待进一步的试验分析。
2．对于某一设计调幅值存在一个最佳的控制预应力值，使得内力重分布程度最大，过大过小的控制预应力值都不利于内力重分布。
鉴于以上不足，有必要在今后开展以下几个方面的工作：
（1）目前，在钢筋混凝土连续梁考虑内力重分布方面，通常按弹性体系进行内力计算[5] 。根据文献[6]，对叠合连续梁受力性能试验结果进行理论分析，在符合塑性变形、截面强度条件，和结构能达到预期的调整幅度要求下，并使其调整幅度必须限制在特定范围内，推导出其计算方法。
（2）一般来说，设计调幅较大的连续板可以采用较高的控制预应力，其内力重分布值较充分，可根据实际情况采用。
参考文献
[1] 回国臣，吴献．连续组合梁的弯矩调幅系数与内力重分布[J]．有色矿冶．2001,17(5)：41—43．
[2] 中国工程建设标准化协会．钢筋混凝土连续粱和框架考虑内力重分布设计规程[S]．北京：中国计划出版杜，1994．
[3] 蔡江勇．内力重分布对连续梁抗剪性能的影响分析[J]．广西工学院学报．2001,12(3)：53—55．
[4] 周旺华．现代混凝土叠合结构[M]．中国建筑工业出版社．1998,127—129．
[5] CECS51：93．钢筋砼连续梁和框架考虑内力重分布设计规程[S]．
[6] 裘进荪，李志安．钢筋混凝土连续迭合梁应力性能及设计方法的试验研究(I、II)[R]．杭州：浙江大学，199．
关键词：连续叠合梁 调幅系数 内力重分布
一、引言
超静定叠合连续梁在使用状态下，特别在承载能力达到极限状态下，当荷载依某一参数成比例增加时，结构的内力和变位的增长，在大多情况下将不与该参数成比例，相反，其比例在相当大的范围内变化，这种现象即是钢筋混凝土超静定结构的内力重分布现象。
二、内力重分布的产生
引起内力重分布的直接原因是超静定结构各部分的相对刚度发生了变化，而引起叠合连续梁刚度变化的变化原因主要有：
1．混凝土受拉区裂缝的出现和开展。
2．受拉钢筋达到极限之后出现的非弹性变形。
3．混凝土受压区的非弹性变形，特别是在临近破坏时。
4．钢筋与混凝土之间的粘结力，在或长或短的区段内破坏时。
5．混凝土的徐变变形。
6．混凝土的温度及干缩变形等。
除了上述原因外，还应该考虑叠合梁两阶段制造和二次受力引起的刚度变化。由于叠合梁两阶段制造和二次受力的特性，引起跨中的受拉钢筋应力超前和支座负弯矩滞后，对一般钢筋混凝土叠合连续梁和在第一阶段加载时跨中即已开裂的预应力混凝土叠合连续梁，在第二阶段加载初期，就会产生由跨中向支座的内力重分布。
从负弯矩区混凝土翼板开裂到第一个塑性铰形成，负弯矩区范围内梁的刚度逐渐减小，而跨中截面梁仍处于弹性阶段，这一阶段梁的内力重分布称为弹性内力重分布[1]。该阶段梁内力重分布的程度主要与正、负弯矩区梁的刚度变化大小和梁的跨长比等因素有关。
从第一个塑性铰形成到梁的极限状态阶段，连续叠合梁中支座截面和跨中截面均形成塑性铰，梁的塑性变形充分，实现了第二阶段的内力重分布，称为塑性内力重分布。该阶段的内力重分布值占总的内力重分布值的绝大部分。
三、内力重分布对抗剪性能的影响
目前，国内外对普通钢筋棍凝土超静定结构的塑性行为进行了较深入的研究，其成果已在有关规范中得到反映[2]。但是，对内力重分布的分析研究较多的是对弯矩重分布的调幅利用和整体抗弯承载能力的提高上，值得注意的是，连续粱的塑性内力重分布不仅改变了弯矩内力的分布，还会对梁的剪力内力的分布和抗剪性能产生影响。
1．剪力的重分布
截面剪应力的重分布实际上是与正应力的重分布同时发生的，随着第二阶段荷载F2作用下梁中裂缝的发展,第一阶段荷载F1产生的弯矩重分布伴随着剪力的重分布。现阶段连续粱的抗剪承载力计算最终是采用同等荷载、跨度条件下的筒支梁的抗剪计算进行的，而没有考虑剪力内力重分布。如果在塑性条件下弯矩值发生改变，仅对其中一个支座负弯矩调幅(使其弯矩值降低)，则其他支座截面的剪力值会增大，就有可能导致截面的抗剪能力不足。
2．抗剪性能的影响
以多跨连续梁弯矩调幅对抗剪能力的影响为例进行分析[3]。对于钢筋混凝土多跨连续梁．当按弹性理论方法计算时，连续梁的内支座截面的弯矩一般较大，造成配筋密集，施工不便，影响质量。在工程设计中往往通过对弯矩调幅，以降低支座截面的弯矩设计值．减少支座截面配筋量。这样的弯矩调幅过程，就是在外荷载的大小，位置不变的情况下，通过对纵向钢筋的配筋量在支座和跨中进行的调整．从而改变了梁段内的跨中最大正弯矩和支座最大负弯矩M+、M- ，因此梁段内截面的抗剪能力也会发生改变。
当调幅前ψ= ，
经支座负弯矩调幅后若ψ仍大于或等于1，则抗剪能力有所提高，经调幅后若ψ降至小于1，则抗剪能力的增大或减小要依ψ减小的程度而定。当调幅前 ψ<1，经支座负弯矩调幅后ψ减小而进一步远离1，则抗剪能力会相应降低。
四、内力重分布的计算
目前,在钢筋混凝土连续梁考虑内力重分布方面，主要是进行弯矩调幅系数的计算。弯矩调幅是指连续叠合梁按塑性分析的弯矩值与按弹性分析的弯矩值相比较，所得弯矩变化的幅度。
调幅大小的基本原则：（1）保证强度（塑性）要求，使调幅以后结构实际承载力在任何情况下应该不少于计算值；（2）保证使用要求，叠合结构在使用阶段内不产生过宽裂缝和过大挠度。
1．按承载能力考虑连续梁的弯矩调幅计算
为了使得叠合连续梁的调幅计算与目前比较成熟的整浇连续梁的调幅计算相协调，文献[4]提出可以考虑F1对叠合连续梁第二阶段受力时对中支座产生附加弯矩的调幅计算式。
（1）
式中 Fu—叠合连续梁的极限荷载，信捷职称论文写作发表网，Fu=F1+F2U；
F2u—与Fu相应的叠合连续梁的第二阶段极限荷载；
δc—叠合连续梁破坏时，中支座弯矩的调幅系数；
δg—对比梁破坏时，中支座弯矩的调幅系数；
α0—叠合连续梁的附加弯矩系数。
2．按使用荷载考虑叠合连续梁的弯矩调幅系数
（2）
式中 FK—对比梁的标准荷载值，FK=α0KF1+F2；
α0K—叠合连续梁的附加弯矩系数，一般情况下取为0.57。
当按（1）式进行调幅计算时，确定了承载能力状态下支座的调幅系数，但不满足跨中或支座截面的使用性能要求，则应按照（2）式再进行计算，确定新的支座弯矩调幅系数；为了满足叠合连续梁的承载能力及塑性铰的转动要求，式中δg的取值不宜超过25%，因此叠合连续梁的调幅系数也不应超过25% 。
五、研究中存在的主要问题及展望
通过对以上研究成果的分析,可以看出在目前的研究当中还存在以下问题：
1．连续梁的内力重分布也会引起剪力的重分布，这一截面剪力值的改变会影响到斜截面的抗剪承载能力。这一抗剪承载力增减的准确计算．还有待进一步的试验分析。
2．对于某一设计调幅值存在一个最佳的控制预应力值，使得内力重分布程度最大，过大过小的控制预应力值都不利于内力重分布。
鉴于以上不足，有必要在今后开展以下几个方面的工作：
（1）目前，在钢筋混凝土连续梁考虑内力重分布方面，通常按弹性体系进行内力计算[5] 。根据文献[6]，对叠合连续梁受力性能试验结果进行理论分析，在符合塑性变形、截面强度条件，和结构能达到预期的调整幅度要求下，并使其调整幅度必须限制在特定范围内，推导出其计算方法。
（2）一般来说，设计调幅较大的连续板可以采用较高的控制预应力，其内力重分布值较充分，可根据实际情况采用。
参考文献
[1] 回国臣，吴献．连续组合梁的弯矩调幅系数与内力重分布[J]．有色矿冶．2001,17(5)：41—43．
[2] 中国工程建设标准化协会．钢筋混凝土连续粱和框架考虑内力重分布设计规程[S]．北京：中国计划出版杜，1994．
[3] 蔡江勇．内力重分布对连续梁抗剪性能的影响分析[J]．广西工学院学报．2001,12(3)：53—55．
[4] 周旺华．现代混凝土叠合结构[M]．中国建筑工业出版社．1998,127—129．
[5] CECS51：93．钢筋砼连续梁和框架考虑内力重分布设计规程[S]．
[6] 裘进荪，李志安．钢筋混凝土连续迭合梁应力性能及设计方法的试验研究(I、II)[R]．杭州：浙江大学，199．
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