在前面幾章里.根據(jù)承載能力極限狀態(tài)原則,已詳細(xì)介紹了鋼筋混凝土構(gòu)件的強度計算及沒計方法。但是,鋼筋混凝土構(gòu)件除了可能由于強度破壞或失穩(wěn)等原因達(dá)到承載能力極限狀態(tài)以外.還可能由于構(gòu)件變形或裂縫過影響了構(gòu)件的適用性及耐久性,而達(dá)不到結(jié)構(gòu)正常使用要求。因此,對于所有的鋼筋混凝土構(gòu)件都要求進行強度計算,而對某些構(gòu)件,例如鋼筋混凝土受彎構(gòu)件,還要根據(jù)使用條件進行正常使用階段的計算。
對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件,《公路橋規(guī)》規(guī)定必須進行使用階段的變形和彎曲裂縫最裂縫寬度驗算,除此之外,還應(yīng)進行受彎構(gòu)件在施工階段的混凝土和鋼筋應(yīng)力驗算。
與承載能力極限狀態(tài)計算相比,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在使用階段的汁算有如下特點:
1.鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)是取構(gòu)件破壞階段,例如,其正截面強度計算即取圖3—10所示的ma狀態(tài)為計算圖式基礎(chǔ)。而使用階段一般是指圖3—lo所示的第H階段,即梁帶裂縫工作階段。
2.在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計中,其強度計算決定了構(gòu)件設(shè)計尺寸、材料、配筋量及鋼筋布置,以保證截面承載能力要于荷載效應(yīng);計算方法分截面設(shè)汁和截面復(fù)核兩種方法。使用階段計算是按照構(gòu)件使用條件對已設(shè)計的構(gòu)件進行計算,以保證在使用情況下的應(yīng)力、裂縫和變形小于正常使用極限狀態(tài)的限值,這種計算稱為“驗算”。當(dāng)構(gòu)件驗算不滿足要求時,必須按承載能力極限狀態(tài)要求對已設(shè)計好的構(gòu)件進行修正、調(diào)整,直至滿足兩種極限狀態(tài)的設(shè)計要求。
3.鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的強度計算必須滿足:荷載效應(yīng)Mi≤截面承載能力M。,其中荷蓑效應(yīng)Mi為第二章所述考慮荷載組合系數(shù)的效應(yīng)值,且承載能力Mu亦要考慮材料安全系數(shù)及工作條件系數(shù)。
使用階段計算中涉及到的內(nèi)力,是各種使用荷載在構(gòu)件截面上各自產(chǎn)生的同類型內(nèi)力,按荷載組合原則簡單疊加,不帶任何荷載系數(shù)。
在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正常使用階段的計算中,例如應(yīng)力驗算和變形驗算,要用到“換算截面”的概念,因此,本章將先介紹受彎構(gòu)件的換算截面,然后依次介紹正常使用階段各項驗算的方法。
第二節(jié) 換算截面
鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受力進入第Ⅱ工作階段,其特征是彎曲豎向裂縫已形成并開展,中性軸以下部分混凝土已退出工作,由鋼筋承受拉力,應(yīng)力為Qg,但還遠(yuǎn)小于屈服強度,受壓區(qū)
混凝土的壓應(yīng)力圖形致是拋物線形。而受彎構(gòu)件的荷載—撓度(跨中)關(guān)系曲線是一條接近于直線的曲線。因而,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的第Ⅱ工作階段又町稱為開裂后彈性階段。
對于第Ⅱ工作階段的計算,一般有下面的三項基本假定。
(1)乎截面假定。即認(rèn)為梁的正截面在梁受力并發(fā)生彎曲變形以后,仍保持為平面。
根據(jù)平截面假定,平行于梁中性軸的各縱向纖維的應(yīng)變與其到中性軸的距離成正比。同時,由于鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力,鋼筋與其同一水平線的混凝土應(yīng)變相等,因此,以下兩式戔立(圖9—]):

式中:E'h、Eh——分別為混凝土的受拉和受壓平均應(yīng)變;
Eg——與混凝土的受拉平均應(yīng)變?yōu)镋'h的同一水平位置處的鋼筋平均拉應(yīng)變;
x——受壓區(qū)高度;
ho——截面有效高度。

式(9—5)表明,在鋼筋同一水平位置處混凝土拉應(yīng)力。Q'h,為鋼筋應(yīng)力Qh的1/ng倍,換言之,睡藥的拉應(yīng)力Qg是同一水平位置處混凝土拉應(yīng)力Qh,的ng倍。