谈中美混凝土结构设计的特点.doc

1、1谈中美混凝土结构设计的特点摘要：浅谈中国与美国混凝土规范在设计原则、材料的强度、设计取值 、设计基础与原理、结构分析及计算公式的差别。 关键词：中国规范 GB50010-2010；美国规范 ACI 318-05；设计原理；差别 中图分类号： S611 文献标识码： A 混凝土结构设计是一门科学，它必须符合力学原理，所以不同设计规范之间必然有其共同点。我国和美国有着不同的社会发展历史和背景，混凝土规范作为多年研究成果和经验积累的技术文件，自然又有着很多不同和差异。了解这些不同和差异，对促进我国混凝土结构设计方法的发展具有重要意义。本文就一些主要的方面进行讨论。 一、基本原则 基本原则是制定混凝

2、士结构设计规范的出发点，是一个国家或地区技术政策的其体体现。无论是我国还是美国，安全、适用、耐久、经济和确保质量都是最基本的原则。当然，安全和经济是一对不可调和的矛盾所谓既安全又经济，是与一个国家的经济发展水平相适应的，或者说是在一个国家经济发展水平上的对立和统一。 二、混凝土材料和耐久性 混凝土是混凝土结构的主要建筑材料，也是用量最多的材料。在混凝土结构设计中，不仅要关心其力学性能，其物理和化学性能也是非常2重要的，特别是作为胶凝材料的水泥，近年世界各国突现的耐久性问题就向人们展示了这一点。我国和美国标准中，水泥品种的分类方法和类别有所不同，各种组分的含量要求也不同，但从功能上讲基本是一致的

3、。不同的水泥品种主要是用于不同的场合，其中应用最多的是硅酸盐水泥（波特兰水泥） 。 在耐久性方面，美国规范 ACI 318-05 比我国规范 GB50010-2010 详尽一些。美国规范将耐久性单列一章，但没有明确对混凝土结构所处环境的类别进行分类，而是直接规定了不同环境和情况对混凝土材料的规定。在耐久性设计中，根据环境类别的不同再确定需要采取的措施，根据等级的不同确定各种指标控制的严格程度。中国归案的环境类别划分比较笼统。 三、混凝土及钢筋的物理力学性能 在混凝土结构中，混凝土和钢筋的主要功能是承重。所以其物理和力学性能非常重要，这也是为什么人们起初重视其力学性能而忽视其耐久性能的缘故。对于

4、混凝土抗压强度，我国采用立方体试件确定强度等级，采用棱柱体试件确定轴心抗压强度，用轴心抗压强度作为设计的力学指标。美国采用圆柱体试件确定混凝土的抗压强度，并作为设计的力学指标。对于抗拉强度，我国采用棱柱体试件进行轴心受拉试验或立方体试件进行劈拉试验确定混凝土的抗拉强度，用轴心抗拉强度作为混凝土设计的力学指标。美国不直接采用抗拉强度指标，在与混凝土受拉有关的计算中，采用抗折强度。 在混凝土结构设计中，我国规范规定了混凝土强度的标准值和设计3值，美国规范只采用规定的值。在我国规范和美国规范中，同等级混凝土的弹性模量、剪变模量和泊松比取值相近。 我国常用的普通钢筋的牌号为 HPB300、HRB335

5、、HRB400 和 RRB 400美国常用的普通钢筋的等级为 40 级(280MPa)，60 级(420MPa)和 75缎(520MPa)。关于钢筋屈服强度取值的方法，对于有屈服点的钢筋，我国标准按应力一应变关系曲线的屈服点确定，对于没有屈服点的钢筋，按应力一应变关系曲线上残余应变为 0.2对应的应力确定。美国标准有屈服点钢筋屈服强度的取值方法与我国相同，对于没有屈服点的钢筋，按应力一应变关系曲线上应变为 0.35%时的应力确定。 四、设计基础与原理 设计基础是指混凝土结构设计采用的基本方法。从力学模式讲，我国和美国采用的都是极限状态设计法，包括承载能力极限状态（美国称强度极限状态）和正常使用

6、极限状态。从概率方法的应用讲，我国规范采用的是基于可靠度的设计方法；美国规范 ACI 318-02 及 ACl 318-05采用了 ASCE7 的荷载系数，而 ASCE 7 的荷载系数是经可靠度分析确定的，这意味着 ACI 318-02 及 ACI 318-05 也是基于可靠度的设计方法。在实用设计表达式上，我国规范和美国规范均是多系数形式。在作用方面，我国规范的表达式由作用标准值、作用分项系数和组合系数组成，用组合系数反映不同作用组合；ACI 318-015 规范由规定的荷载值和荷载系数组成，不同荷载组合时的荷载系数不同。在抗力方面，我国规范采用材料强度设计值（标准值除以材料分项系数） ，美

7、国规范采用规定的材料强度和强度折减系数（对整个抗力项。而不是材料强度） 。 4五、结构分析 结构分析是计算结构内力和变形的方法和过程。由于混凝土结构不同于力学计算中的理想结构，如由钢筋与混凝土两种材料组成，混凝土开裂后刚度降低，构件的塑性性能会使结构内力发生应力重分布等，不能直接采用经典的力学方法，而是根据混凝土结构的特点进行修改。我国规范和美国规范均规定混凝土结构可按线弹性方法、考虑内力重分布的分析方法和塑性分析方法。而对于不能按杆系分析的混凝土结构或构件，美国规范规定可按压杆-拉杆模型分析和计算，是国外混凝土结构设计方法的一个新发展。对于混凝土结构和构件的二阶效应，我国规范只考虑有侧移的情

8、况，美国规范按无侧移和有侧移两种情况考虑。我国和美国规范规定可直接通过考虑结构几何非线性效应的分析方法计算，也可在一阶分析的基础上，考虑弯矩增大系数近似计算。在弯矩增大系数法中，我国规范的计算方法比较简便，美国规范的计算方法比较复杂，计算中与钢筋的面积有关。所以按美国规范计算偏心受压构件的配筋时，要先假定钢筋面积，再验算承载力。 六、受弯和受压构件承载力计算 混凝土结构受弯和受压构件承载力计算属于正截面计算的内容。从基本假定和计算方法上我国规范和美国规范没有大的差别。以界限（或平衡）相对受压区高度为判别条件，我国规范的正截面破坏包括由受拉钢筋控制的受拉破坏和由受压混凝土控制的受压破坏两种形式。

9、按构件最外层受拉钢筋净拉应变 t 的大小，美国包括受拉控制截面、受压控制截面和过渡截面三种情况，三种情况的强度折减系数不同，过渡5截面的强度折减系数随 t 而变化。我国规范以界限配筋率作为最大配筋率，美国规范的最大配筋率要小于界限（或平衡）配筋率。 七、受剪和受冲切承载力计算 混凝土结构的受剪破坏与受冲切破坏具有相似的特征，受剪破坏可以看作是一维剪切问题，受冲切破坏可以看作是二维剪切间题。对于无腹筋的钢筋混凝土构件，美国规范考虑了纵向受拉钢筋的影响（美国的简化计算方法不考虑） ，我国规范不考虑。对于有腹筋的钢筋混凝土构件，我国规范和美国规范采用了混凝土受剪和腹筋受剪承载力之和的形式。对于无不平

10、衡弯矩受冲切承载力的计算，我国规范的计算方法与美国规范的计算方法相近。我国和美国规范冲切面按与水平面 45夹角扩散。 混凝土结构是我国工程建设中应用最广泛的一种结构，在现代化建设中起着重要作用，随时了解美国设计规范中新的方法，对促进我国混凝土结构理论和设计水平尽快达到国际先进水平具有重要意义。 参考文献： 1 GB 50011-2010 混凝土结构设计规范 2 BUILDING COODE REQUIREMEMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE(ACI318-05) AND COMMENTARY(ACI 318R-05) 3贡金鑫.魏巍巍.胡家顺.中美欧混凝土结构设计,2007(12) 4 吴培明.混凝土结构，2003（5）