6.7 疲劳验算
6.7.1 保留了89规范的基本假定,它为试验所证实,并作为第6.7.5条和第6.7.11条建立钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件截面疲劳应力计算公式的依据。
6.7.2 本条是根据规范第3.1.4条和吊车出现在跨度不大于12m的吊车梁上的可能情况而作出的规定。
6.7.3 本条明确规定,钢筋混凝土受弯构件正截面和斜截面疲劳验算中起控制作用的部位需作相应的应力或应力幅计算。
6.7.4 国内外试验研究表明,影响钢筋疲劳强度的主要因素为应力幅,即,所以在本节中涉及钢筋的疲劳应力时均按应力幅计算。受拉钢筋的应力幅要小于或等于钢筋的疲劳应力幅限值,其含义是在同一疲劳应力比下,应力幅越小越好,即两者越接近越好。例如,当疲劳应力比保持不变时,可能出现很多组循环应力,诸如σmin=2N/mm²,σmax=;它们的应力幅值分别为若使用HRB335级钢筋,则从本规范表4.2.6-1可以查得,当应力比时,疲劳应力幅限值为154N/mm²,所以上面所举各组应力幅值中,应力幅值为800N/mm²的情况不满足要求。
6.7.5、6.7.6 按照第6.7.1条的基本假定,具体给出了钢筋混凝土受弯构件正截面疲劳验算中所需的截面特征值及其相应的应力和应力幅计算公式。
6.7.7~6.7.9 原89版规范未给出斜截面疲劳验算公式,而采用计算配筋的方法满足疲劳要求。02版规范根据我国大量的试验资料提出了斜截面疲劳验算公式。本规范继续沿用了02版规范的规定。
钢筋混凝土受弯构件斜截面的疲劳验算分为两种情况:第一种情况,当按公式(6.7.8)计算的剪应力τf符合公式(6.7.7-1)时,表示混凝土可全部承担截面剪力,仅需按构造配置箍筋;第二种情况,当剪应力τf不符合公式(6.7.7-1)时,该区段的剪应力应由混凝土和垂直箍筋共同承担。试验表明,受压区混凝土所承担的剪应力τfc值,与荷载值大小、剪跨比、配筋率等因素有关,在公式(6.7.9-1)中取是较稳妥的。
按照我国以往的经验,对部分的剪应力应由垂直箍筋和弯起钢筋共同承担。但国内的试验表明,同时配有垂直箍筋和弯起钢筋的斜截面疲劳破坏,都是弯起钢筋首先疲劳断裂;按照45°桁架模型和开裂截面的应变协调关系,可得到密排弯起钢筋应力σsb与垂直箍筋应力σsv之间的关系式:
此处,α为弯起钢筋的弯起角。显然,由上式可以得到的结论。
为了防止配置少量弯起钢筋而引起其疲劳破坏,由此导致垂直箍筋所能承担的剪力大幅度降低,本规范不提倡采用弯起钢筋作为抗疲劳的抗剪钢筋(密排斜向箍筋除外),所以在第6.7.9条中仅提供配有垂直箍筋的应力幅计算公式。
6.7.10~6.7.12 基本保留了原规范对要求不出现裂缝的预应力混凝土受弯构件的疲劳强度验算方法,对普通钢筋和预应力筋,则用应力幅的验算方法。
按条文公式计算的混凝土应力,是指在截面同一纤维计算点处一次循环过程中的最小应力和最大应力,其最小、最大以其绝对值进行判别,且拉应力为正、压应力为负;在计算时,应注意应力的正负号及最大、最小应力的取值。
第6.7.10条注2增加了一级裂缝控制等级的预应力混凝土构件(即全预应力混凝土构件)中的钢筋的应力幅可不进行疲劳验算。这是由于大量的试验资料表明,只要混凝土不开裂,钢筋就不会疲劳破坏,即不裂不疲。而一级裂缝控制等级的预应力混凝土构件(即全预应力混凝土构件)不仅不开裂,而且混凝土截面不出现拉应力,所以更不会出现钢筋疲劳破坏。美国规范 如AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 也规定全预应力混凝土构件中的钢筋可不进行疲劳验算。