王 煦

河北建設(shè)集團(tuán)，河北 保定 071000

1 鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件

當(dāng)軸向拉力作用線與構(gòu)件截面形心軸線重合時，即為軸心受拉構(gòu)件。在實際工程中，近似按軸心受拉計算的鋼筋混凝土構(gòu)件有：承受節(jié)點(diǎn)荷載的屋架或托架的受拉弦桿和腹桿、拱的拉桿、圓形水池池壁和圓形簡倉壁的環(huán)向不分等。

2 鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件的受力特點(diǎn)

當(dāng)采用逐級加荷方式對鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件進(jìn)行試驗時，構(gòu)件從開始受力到破壞的全過程可以分為3個階段。

2.1 混凝土開裂前

構(gòu)件開始受荷時，軸向拉力很小，由于鋼筋混凝土之間的粘結(jié)力，截面上各應(yīng)變值相等，混凝土和鋼筋都處于彈性受力狀態(tài)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。即

式中εs、σs、Es——縱身受拉鋼筋的應(yīng)變、應(yīng)力和彈性模量；

εc、σc、Ec——混凝土的應(yīng)變、應(yīng)力和彈性模量。

根據(jù)靜力平衡條件，有

式中N——施加于構(gòu)件上的軸向拉力；AS——縱向受拉鋼筋截面面積；

AC——混凝土截面面積。

將式（1）---式（3）代入式（4），可得

式中σC=ES/EC，為鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量之比。

可見，在鋼筋和混凝土都處于彈性受力狀態(tài)時，若將構(gòu)件截面面積A0看作是混凝土面積AC與相當(dāng)?shù)幕炷撩娣eσeAS之和，則軸心受拉構(gòu)件可視為由單一混凝土材料所組成的具有截面面積A0的構(gòu)件，并可用材料力學(xué)的方法進(jìn)行分析：

式中，A0—換算截面面積，A0=σEAS+AC

隨著荷載的增加，混凝土受拉塑性變形開始出現(xiàn)并隨荷載的增大而發(fā)展，混凝土拉應(yīng)力的增長速度小于應(yīng)變的增長速度，應(yīng)力與應(yīng)變不成比例，而鋼筋則仍然處于彈性受力狀態(tài)，式（5）應(yīng)改為：

式中(σE—鋼筋彈性模量與混凝土變形模量（割線模量）/EC之比 ，σE=ES/EC；ECσC/εC，隨σc的增大而變小。

若將換算截面面積A0取為σEAS+AC，仍可采用材料力學(xué)方法進(jìn)行分析。

當(dāng)荷載繼續(xù)增加，混凝土的應(yīng)力σc達(dá)到抗拉強(qiáng)度時ftk時，構(gòu)件即將開裂；此時混凝土變形模量EC'約為其彈性量/EC的一半。構(gòu)件的開裂荷載Ncr可由式（3-7）得到：

2.2 混凝土開裂后的正常使用階段

當(dāng)構(gòu)件上最薄弱截面的混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度（混凝土拉應(yīng)變相應(yīng)達(dá)到極限拉應(yīng)變）時，該截面開裂，裂縫截面與構(gòu)件軸線垂直，裂縫貫穿于整個截面。在裂縫截面處，混凝土退出工作，即不能承擔(dān)拉力，所有外力由鋼筋承受，而在未開裂截面，外力仍可由鋼筋和混凝土共同承受。在開裂前和開裂后瞬間，裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力將發(fā)生突變，其突變值為：

式中σs---縱向受力鋼筋配率，為縱向受力鋼筋截面面積AS與構(gòu)件截面面積A的比值。

顯然，鋼筋配筋率較低時，鋼筋應(yīng)力的突變值較大；配筋率較高時，鋼筋應(yīng)力突變值較小。

由于鋼筋的抗拉強(qiáng)度很高，故構(gòu)件開裂并不意味著構(gòu)件喪失承載力（此時鋼筋應(yīng)力僅為2σEftk）,荷載還可繼續(xù)增加，新的裂縫也將產(chǎn)生。

當(dāng)裂縫之間的混凝土拉應(yīng)力不能達(dá)到其抗拉強(qiáng)度時，裂縫間距基本穩(wěn)定。隨著荷載繼續(xù)增加，裂縫寬度增大。裂縫間距和裂縫寬度與截面配筋、縱向鋼筋的直徑和形狀、混凝土保護(hù)層厚度、鋼筋的應(yīng)力水平等多種因素有關(guān)。裂縫間距和裂縫寬度的一般情況理：裂縫間距較小時，裂縫寬度較細(xì)；裂縫間距較大時，裂縫寬度較寬。

2.3 破壞階段

當(dāng)軸向拉力使裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力達(dá)到鋼筋的抗拉強(qiáng)度時，構(gòu)件進(jìn)入破壞階段。當(dāng)構(gòu)件采用有明顯屈服點(diǎn)鋼筋配筋時，構(gòu)件的變形還會有較大的發(fā)展，但裂縫寬度將大到不適于繼續(xù)承載的狀態(tài)；當(dāng)采用無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋配筋時，構(gòu)件則可能被拉斷。構(gòu)件破壞時所能承受的軸向力為：

式中fyk—鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

總之，通過理論和實驗分析得出的裂縫間距和裂縫寬度計算公式反應(yīng)了裂縫的特點(diǎn)和影響裂縫寬度的主要因素。