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1、10申请公布号CN102392508A43申请公布日20120328CN102392508ACN102392508A21申请号201110224307622申请日20110805E04C3/20200601E04C5/0220060171申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号72发明人孙俊贻何晓婷郑周练蔡珍红陈强司景龙高晓威74专利代理机构重庆博凯知识产权代理有限公司50212代理人张先芸54发明名称一种确定使用弯矩下钢砼梁弹性模量与配筋率关系的方法57摘要本发明公开了一种确定使用弯矩下钢砼梁弹性模量与配筋率关系的方法。制作一组矩形截面钢砼梁，各根梁的混凝土强度、钢筋等级、。
2、梁长、截面尺寸及保护层厚度保持一致，而让其配筋率I从小到大分布在02到2的范围内，对每根梁进行简支两点对称加载试验，测得其弯矩M随跨中挠度W变化的坐标关系图MW，取各图中最大弯矩值为对应梁的破坏弯矩MUI，取0506MUI为其使用弯矩MKI，对应MKI的跨中挠度值为WKI，每根梁的受压弹性模量值皆取为混凝土的弹性模量EC，利用MKI和WKI求得每根梁的受拉弹性模量值由和I求得回归方程E中的系数，所得经验公式E可用于钢砼结构的设计与分析。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页CN102392516A1/1页21一种确定使用弯矩下钢砼梁弹性模。
3、量与配筋率关系的方法，其特征在于制作N根矩形截面钢筋混凝土梁，其中N12，每根梁仅在受拉侧配置纵向钢筋，让所有梁的混凝土强度、钢筋等级、梁长、梁宽、梁高及保护层厚度基本保持一致，而让各根梁的配筋率I从小到大分布在02到2的范围内，对所有梁进行简支两点对称加载试验，测得每一根梁弯矩M随梁跨中底部挠度W变化的坐标关系图MW，选取那些弯矩M与挠度W呈现出三折线形态变化规律的MW图作为试验结果使用，取这些图中的最大弯矩值为对应梁的破坏弯矩MUI，并取0506MUI为对应梁的使用弯矩MKI，对应MKI的梁跨中底部挠度值为WKI，所有梁压区的受压弹性模量值皆取为混凝土的弹性模量值EC，将EC及MKI和WK。
4、I代入方程求得对应梁拉区的受拉弹性模量值其中，L为所有钢筋混凝土梁进行简支两点对称加载试验时的跨长、B为梁宽、H为梁高，利用I和采用直线回归方法，求得受拉弹性模量随配筋率变化的解析表达式E，其中所有物理量的单位皆采用国际单位制。权利要求书CN102392508ACN102392516A1/4页3一种确定使用弯矩下钢砼梁弹性模量与配筋率关系的方法技术领域0001本发明涉及钢筋混凝土矩形梁在使用弯矩下弹性模量的确定方法。背景技术0002由于混凝土简称砼在凝固过程中粗骨料和水泥砂浆的收缩差，以及不均匀的温度、湿度场所产生的微观应力场作用，结构混凝土在承受荷载或者外力之前，内部就已经存在一些分散的微裂。
5、缝，在荷载或者外力作用下，这些微裂缝将逐渐增多和扩展，由微观裂缝逐渐发展为宏观裂缝，直到最终构件被破坏，因此，服役中的钢筋混凝土梁简称钢砼梁通常都处于带裂缝工作状态。开裂将影响钢筋混凝土梁的宏观力学性能、削弱钢筋混凝土梁的抗弯刚度。通常，采用预制矩形截面钢筋混凝土单筋梁即仅在梁的受拉区配置纵向钢筋的梁，进行简支两点对称加载弯曲试验，研究开裂对钢筋混凝土梁力学性能的影响，如图1所示。对适筋梁即配筋比例适当的梁的弯曲试验而言，受拉区的混凝土应变首先达到其抗拉破坏应变值，即开裂应变CR，对应的弯矩为开裂弯矩MCR；继续加载，拉区的混凝土出现肉眼可见的裂缝，随着加载的进行，受拉钢筋应力达到屈服强度FY。
6、，对应的弯矩为屈服弯矩MY，而此时压区混凝土应变尚未达到抗压破坏应变CU，因此又称适筋梁为钢筋低量；随着加载的继续进行，压区混凝土应变将达到抗压破坏应变CU，对应的弯矩为破坏弯矩MU。适筋梁之破坏通常为一种韧性破坏模式，即，破坏前钢筋应变大，故而梁破坏前有很大的变形，也称为拉力破坏。若将弯矩M与梁的挠度W的试验测试结果绘制成坐标图MW，适筋梁的MW图通常呈现出三折线形态的变化规律，并且，所施加的弯矩M达到破坏弯矩MU后，弯矩M将随着挠度W的增加出现下降趋势，即MW图上存在一个最大弯矩值即破坏弯矩MU，如图2所示。对适筋梁的设计而言，通常希望MCR0203MU，MY09095MU，这样弯矩增量M。
7、MYMCR能够尽量大些，而希望使用弯矩即最大服务弯矩为MK0506MU。研究开裂对使用弯矩下钢筋混凝土梁宏观力学性能的影响，有助于钢筋混凝土结构简称钢砼结构的合理设计，也是钢筋混凝土结构设计理论中需要考虑的重要内容。0003通常，钢筋混凝土结构的设计人员非常希望能够依据某个设计参数，直接确定出钢筋混凝土梁在使用弯矩下的宏观力学性能。然而，目前大多数试验研究工作都是基于经典的等模量弹性理论，在试验结果的基层上，定性或者定量地讨论开裂对使用弯矩下钢筋混凝土梁抗弯刚度的影响程度，而这些研究成果对指导钢筋混凝土结构的设计与分析非常不方便。众所周知，试验研究将消耗大量的费用投入。为达到提高试验研究经济效。
8、率的目的，能够使得一次性经济投入，获得永久性方便指导钢筋混凝土结构设计与分析的试验研究成果，这一领域迫切需要新的试验研究方法，以满足设计与分析工作的准确性和方便性需求。发明内容0004为了克服现有试验研究工作采用经典等模量弹性理论而带来的问题和不足之处，说明书CN102392508ACN102392516A2/4页4本发明基于拉压不同模量弹性理论，提出了一种确定使用弯矩下钢砼梁弹性模量与配筋率关系的方法预制一组钢筋混凝土单筋梁，并对其进行简支两点对称加载试验，获得每一根钢筋混凝土梁弯矩M随梁跨中底部挠度W变化的坐标关系图MW，将那些弯矩M与挠度W呈现出三折线形态变化规律的MW图作为试验结果使用。
9、，如图2所示，取这些图中最大弯矩值为对应梁的破坏弯矩MUI，并取0506MUI为对应梁的使用弯矩MKI，对应MKI的梁跨中底部挠度值为WKI。由于各梁的压区仅有混凝土，因此受压弹性模量值可取为混凝土的弹性模量EC，那么由MKI和WKI可求得每根梁拉区的受拉弹性模量值然后，利用各根梁的配筋率I和对应的计算值，采用直线回归方法，就可求得受拉弹性模量随配筋率变化的解析表达式E。这样，设计人员只需要依据设计参数配筋率，就可以方便地确定出所设计的钢筋混凝土梁在使用弯矩下的受拉弹性模量值E，而受压弹性模量值E等于混凝土的弹性模量EC。于是，基于拉压不同模量弹性理论，利用所确定出的拉压弹性模量值，就可以确定。
10、钢筋混凝土梁在使用弯矩下的力学行为。并且，对同条件下的钢筋混凝土梁而言，一次性试验所获得的经验公式E，可作为永久性使用。0005本发明解决其技术问题所采用的技术方案是0006制作N根矩形截面的钢筋混凝土单筋梁，其中N12，让所有梁的混凝土强度、钢筋等级、梁长、梁宽、梁高及保护层厚度基本保持一致，而让各根梁的配筋率I从小到大分布在02到2的范围内。对所有梁进行简支两点对称加载弯曲试验，如图1所示，并测得每一根梁弯矩M随梁跨中底部挠度W变化的坐标关系图MW。选取那些弯矩M与挠度W呈现出三折线形态变化规律的MW图作为试验结果使用，如图2所示，取这些图中的最大弯矩值为对应梁的破坏弯矩MUI，并取050。
11、6MUI为对应梁的使用弯矩MKI，对应MKI的梁跨中底部挠度值为WKI。0007根据浅梁的小挠度平面弯曲理论，每根简支梁在荷载作用下，梁会挠曲，并处于下部受拉而上部受压的受力状态，从而形成既不受拉也不受压的中性层。假设拉压弹性模量记为和由于每根梁的压区仅有混凝土，因此受压弹性模量值可取为混凝土的弹性模量EC。每根简支梁跨长记为L、梁宽记为B、梁高记为H、梁的受拉区高度记为H1I、梁的受压区高度记为H2I、在使用弯矩MKI下中性层的曲率半径记为RI、在使用弯矩MKI下梁跨中底部挠度值记为WKI，因此有HH1IH2I。根据拉压不同模量纯弯曲梁理论CA阿姆巴尔楚米扬著邬瑞锋，张允真等译不同模量弹性理。
12、论M北京中国铁道出版社，1986可得00080009以及00100011由梁挠曲时的几何关系可得00120013考虑那么我们最终可以得到说明书CN102392508ACN102392516A3/4页500140015将MKI和WKI代入以上方程，则可求得每根梁拉区的受拉弹性模量值最后，利用各根梁的配筋率I和对应的计算值，采用直线回归方法，就可以获得受拉弹性模量随配筋率变化的经验公式E，其中00160017所有物理量的单位皆采用国际单位制。0018本发明的有益效果是只需要依据设计参数配筋率，就可以由所获得的经验公式E，方便地确定出所设计的钢筋混凝土梁在使用弯矩下的受拉弹性模量值E，而受压弹性模量。
13、值E等于混凝土的弹性模量EC，因而基于拉压不同模量弹性理论，利用所确定出的拉压弹性模量值，就可以很方便地确定钢筋混凝土梁在使用弯矩下的力学行为。此外，对相同条件下的钢筋混凝土梁而言，一次性试验所获得的经验公式E，可作为永久性使用，从而达到了提高试验研究经济效率的目的。附图说明0019图1为本发明采用的两边简支的钢筋混凝土矩形梁在两点对称加载下的力学模型。图中，X，Y，Z为直角坐标、L为简支梁跨长、A为梁的剪跨长、B为梁宽、H为梁高、H1为梁的受拉区高度、H2为梁的受压区高度、P为两点对称加载时所施加的两个集中荷载。0020图2为弯矩M与挠度W呈现出三折线形态变化规律的MW示意图。图中，“1”为。
14、MW图上荷载挠度曲线出现的第一个明显转折点，示意梁的底部混凝土应变达到开裂应变即混凝土拉应变极限值；“2”为MW图上荷载挠度曲线出现的第二个明显转折点，示意纵向受拉钢筋的应变达到屈服应变；“3”为MW图上荷载挠度曲线出现的第三个明显转折点，示意梁的顶部混凝土应变达到破坏应变即混凝土压应变极限值；MCRI表示各根梁的开裂弯矩，对应的梁跨中底部挠度值为WCRI；MKI表示各根梁的使用弯矩，对应的梁跨中底部挠度值为WKI；MYI表示各根梁的屈服弯矩，对应的梁跨中底部挠度值为WYI；MUI表示各根梁的破坏弯矩，对应的梁跨中底部挠度值为WUI。具体实施方式0021制作N根矩形截面的钢筋混凝土梁，其中N1。
15、2，让所有梁的混凝土强度、钢筋等级、梁长、梁宽、梁高及保护层厚度基本保持一致。对所有梁进行简支两点对称加载试验，如图1所示，L为所有钢筋混凝土梁进行简支两点对称加载试验时的跨长、A为梁的剪跨长、B为梁宽、H为梁高，图中P为两点对称加载时所施加的集中荷载，因此在两个所施加的集中荷载作用点之间为梁的纯弯曲试验段，其弯矩MAP。每一根试验所用的钢筋混凝土梁，仅在受拉侧配置纵向钢筋，并让各根梁的配筋率I从小到大分布在02到2的范围内，而在剪跨区，每一根试验所用的钢筋混凝土梁都配置有足够的箍筋量，以便保证试验梁在加载过程中不发生剪切破坏。通过加载试验，测得每一根梁弯矩M随梁跨中底部挠度W变说明书CN10。
16、2392508ACN102392516A4/4页6化的坐标关系图MW。选取那些弯矩M与挠度W呈现出三折线形态变化规律的MW图作为试验结果使用，如图2所示，取这些图中的最大弯矩值为对应梁的破坏弯矩MUI，并取0506MUI为对应梁的使用弯矩MKI，对应MKI的梁跨中底部挠度值为WKI。取受压弹性模量值皆为混凝土的弹性模量EC，将L、B、H、EC以及MKI和WKI代入以下方程00220023分别求得每一根梁拉区的受拉弹性模量值最后，将各根梁的配筋率I和对应的计算值，代入以下公式中00240025求得受拉弹性模量随配筋率变化的经验公式E，其中，所有物理量的单位皆采用国际单位制。说明书CN102392508ACN102392516A1/1页7图1图2说明书附图CN102392508A。