浅析人防混凝土梁的延性比相关问题

陈绪义

【摘要】随着现代化建设的不断完善，我国在住宅、公用等大型建筑中增加人防功能。通常人防区混凝土设计极限压应变为参数的试验结果，通过计算得到混凝土强度与钢筋混凝土梁延性比的关系曲线，并由此提出建立人防区混凝土梁延性比设计界限及采取控制混凝土强度最低设计值来确保梁延性的设计思路和方式。本文首先论述延性比在人防结构设计中的物理意义和重要性，以及规范对允许延性比的规定，最后对人防砼梁允许延性比超限问题进行分析并提出解决方法。

【关键词】混凝土强度；延性比；人防钢筋混凝土梁；

0.引言

在人防区钢筋混凝土梁延性比通常会超限，而人防结构设计者由于对延性比认识不够，对受弯或大偏心受压构件的允许延性比[β]未作验算，往往忽视了该问题。下面本文对延性比超限问题进行探讨。

1.人防区混凝土构件的允许延性比及其概念

人防区混凝土结构构件的允许延性比[β]是指结构构件出现的最大变位与弹性极限变位的比值。当[β] ≤1 时结构处于弹性工作阶段；当[β] >1 时结构处于弹塑性工作阶段[1]，在防空地下室结构设计中，常规武器或核武器爆炸冲击波动荷载作用下结构允许出现一定的塑性变形。虽然结构变形超出了弹性范围，但由于冲击波动荷载作用的短暂性，结构构件的变形不会无限制的发展，只要控制结构的最大变形不超过结构破坏的极限变形，当动荷载消失后结构又恢复稳定状态，仅留下允许的残余变形，这样既满足安全，又充分利用材料的潜能，具有很大的经济意义。所以在人防结构设计中通过用结构构件的允许延性比[β]来控制结构构件的最大变形。

2.提高人防区混凝土梁延性比的措施

从规范[1]4.10. 3 条可知当受拉钢筋的配筋率≤1.5 %时，就可以防止钢筋混凝土结构构件的脆性破坏，保证结构的延性，可不必进行[β] ≤0. 5/ x/ h0的验算，可见增大构件的截面尺寸，控制配筋率是解决延性比超限的一种方法。当受拉钢筋的配筋率> 1.5 % ，但小等于受拉钢筋的最大配筋率时，亦可通过降低受压区高度x/ h0 使允许延性比[β] ≤0.5/ x/ h0 （4.10.3-1）不超限。由公式x/ h0 = （ρ- ρ） f yd / （αcf cd） （4.10.3-2） 可知受压区高度与构件的受拉钢筋配筋率ρ和受拉钢筋强度成正比，与受压钢筋配筋率ρ和混凝土强度成反比。我们在设计中可以通过降低受拉钢筋配筋率ρ和受拉钢筋强度，提高受压钢筋配筋率ρ和混凝土强度均可以达到降低受压区高度x/ h0的目的。其中提高混凝土强度可以降低受拉钢筋配筋率ρ和提高fc值，但因为个别梁的延性比超限而提高整个混凝土强度等级不是很合理；通过增配受压钢筋方法的前提是受拉钢筋配筋率ρ≤ρmax ，如果受拉钢筋配筋率ρ>ρmax 则要增大受弯构件截面尺寸使受拉钢筋配筋率ρ≤ρmax后再增配受压钢筋。

当顶板梁上考虑消防车荷载或其他较大荷载作用，梁实际配筋大于人防荷载作用下的配筋值时，本人认为允许延性比的验算以实际配筋进行验算为妥。梁的钢筋配置除满足规范[1]外，还应满足其他国家现行的规范要求，如《建筑抗震设计规范》第6.3.3 条规定，当人防地下室抗震等级为二、三级，根据《抗规》6.3.3-1式，x/ h0≤0.35，结合人防规范[β] ≤0.5/ x/ h0，即可知当抗震等级为二、三级时，[β]取值要不小于1.43

3.实例介绍人防工程中梁允许延性比超限的解决方法

人防工程结构设计中结构构件经常会出现纵向受拉钢筋ρ>1.5 %且允许延性比[β] ≤0.5/ x/ h0 延性比超限的问题。现在结合本人做的工程实例，介绍上述通过增配受压钢筋方法解决延性比超限问题。根据规范（4.10.3-1）及（4.10.3-2）和整理得ρ-ρ≤015αcfcd / f yd [β]，两边同乘以bxh0，得：As - As≤0. 5αcfcd bh0 / f yd [β]，所以受压钢筋As≥ As -0. 5αcfcd bh0 / f yd [β]即可满足规范[β] ≤0.5/ x/ h0。

下图为某小区人防地下室顶板的局部连续框架梁的弯矩、剪力、配筋简图及实际配筋施工图。梁混凝土强度设计等级为C35，梁主筋采用HRB400级钢筋。

图中A 处梁面支座配筋ρmin = 0.25 % < 纵向受拉钢筋配筋率ρ=13×491 ÷（500×735） = 1.74% <ρmax = 2.4 %满足规范配筋率要求。但1.5 %<ρ= 1.74 % <ρmax = 2.4% ，根据《人民防空地下室设计规范》4.10.3 条要进行允许延性比[β] 验算。根据上面公式推导可知只要受压钢筋面积As≥ As -0.5αcfcd bh0 / f yd [β]， As理论= As–0.5αcfcd bh0/f yd [β] = 13×491-0.5×25.05×500 ×735 /432/3=2831mm2 ，而A处梁底钢筋实配12HRB40025 （5892 mm2 >2831 mm2）均伸入柱内，可满足规范[β] ≤0.5/ x/ h0要求；C处梁底配筋ρmin = 0.25 % < 纵向受拉钢筋配筋率ρ= 12 ×491 ÷（500 ×735） = 1.60% <ρmax = 2.4 %满足规范配筋率要求。As理论= As – 0.5αcfcd bh0/f yd [β] = 12×491-0.5×25.05×500×735/432/3=2340mm2，C处梁面筋为5×491=2455 mm2 >2340 mm2，滿足规范[β] ≤0.5/ x/ h0。

4.结语

综上所述，解决人防砼梁延性比超限的方法有两个，其一，增大受弯构件截面尺寸；另外，当受拉钢筋配筋率1.5<ρ≤ρmax，通过增配受压钢筋可得到满意效果。在人防结构设计中允许延性比的规定有着重要的意义。因此人防结构设计中构件允许延性比超限问题应予以重视并采取合理措施解决。

【参考文献】

[1] GB50038-2005 人民防空地下室设计规范 [S].中国计划出版社， 2012.

[2] 曹继勇，张尚根.人民防空地下室结构设计 [M].北京：中国计划出版社， 2009.

[3] 沈聚敏，翁义军.钢筋混凝土构件的变形和延性 [J].建筑结构学报， 2010（02）：47-58.