备考一级注册结构工程师——受弯构件相关疑问

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2011）第6.2.6条给出的参数和是什么意思，又是如何得到的呢？

    规范中指出，参数和是将受弯梁的受压区应力图形转化为矩形的参数。

    受弯构件中，实际混凝土受压区应力图形如下图a）。根据规范的假定，应力图形曲线为一段抛物线加一段水平线。但这样在实际应用中涉及到求解曲边三角形的形心，应用比较繁琐。为了便于工程应用，规范提出将实际应力图形转化为矩形，并给出了转换系数。

    顾祥林教授编著的《混凝土结构基本原理》指出，转换的原则是应力图形的合力与合力作用点相同。转换关系为：

    ，

混凝土受弯梁应力图形转换

可以发现，该转换公式中，对于相同标号的混凝土，无论矩形截面尺寸如何参数和均为常数。下面给出一个不严谨的解释：

    我们知道，受弯构件的应变沿着截面高度大致呈线性分布，并且发生弯曲破坏的条件是受压区混凝土边缘纤维应变达到。发生受弯破坏时，对于不同的受压区高度，混凝土受压区应力图形仅仅是在梁高度方向发生拉伸和压缩，因此当截面宽度保持不变时，对于相同标号的混凝土，其应力图形的形心高度与受压区高度的比值保持为定值，即参数与保持为定值。

不同受压区高度下混凝土的应变分布

受弯构件中，各参数对构件的受弯承载力的影响是怎样的？

    1.增加配筋量可以提升截面的开裂弯矩，但提升效果不明显。因为开裂前钢筋应力较小，对弯矩的贡献较小。

    2.增加纵向受力钢筋用量可以提升构件受弯承载力，但提升效果随着配筋率的提升而下降。因为配筋率过大时，梁发生超筋破坏，破坏时钢筋无法屈服。

    3.加大截面尺寸可以明显提升受弯承载力，是提升构件受弯承载力最有效的方法。因为该方法可以直接提高截面内力臂的长度。该方法可以在提升构件受弯承载力的同时能使构件延性不下降。

    4.混凝土强度提升，构件抗弯承载力提升，但提升效果不明显。

    5.发生适筋破坏时，配筋率越低延性越好；受拉钢筋配置相同时，配置受压钢筋可以提升延性。因为以上两个因素可以减小受压区高度，使得延性提升。抗震设计时，规范对截面受压区高度作出限制也是基于受压区高度减小，受弯构件延性提升这一原理。

    6.提升受拉钢筋屈服强度可以在不显著降低延性的同时，明显提升构件的受弯承载力，这也是推行高强钢筋的原因。

    下图是美国教材《Reinforced Concrete Mechanics and Design 6th edition》给出的一幅有助于我们理解的图，该图反映了各参数对截面抗弯承载力和延性的影响，单位为英制单位。

各参数对截面抗弯承载力及延性的影响