专业英语建筑

Unit9第九单元

CrackingLoadandUltimateMoment

开裂荷载和极限弯矩教学目标了解预应力梁在开裂荷载下的反应了解有（无）粘结力的预应力构件的极限弯矩能力熟悉预应力构件中的专业词汇熟悉科技类文献中的常用句型熟悉criterion(criteria)、modulus(moduli)、index(indices)的单复数区别；offset、counteract、against的含义；significant、yield的不同含义；conformto、compliancewith的含义；besubjectto、besubjectedto的不同含义；predict、anticipate的用法；lightly、slightly、highly的不同含义。 Ithasbeenshownthatavariationintheexternalloadactingonaprestressedbeam

resultsin

achangeinthe

locationofthe

pressureline（压力线）forbeamsinthe

elasticrange.Thisisafundamental

principle（规律）ofprestressedconstruction.Inanormalprestressedbeam,this

shift（移动）inthelocationofthepressurelinecontinuesat

arelativelyuniform

rate（速度）,

as（随着）theexternal

loadisincreased,

to

thepointwherecracksdevelopinthe

tensionfiber.Afterthecrackingloadhasbeenexceeded,the

rateofmovementinthepressurelinedecreases

asadditionalloadisapplied,anda

significant（显著）increaseinthe

stressinthe

prestressingtendon（预应力钢筋束）andthe

resultantconcreteforcebeginstotakeplace.ActionUnderOverload-CrackingLoad超载（-开裂荷载）下的反应 Thischangeintheactionoftheinternalmomentcontinuesuntilallmovementofthepressureline

ceases（停止）.Themomentcausedbyloadsthatare

appliedthereafter（其后）is

offset（抵消）entirely

byacorrespondingandproportionalchangeintheinternalforces,justasinreinforced-concreteconstruction.Thisfact,thattheloadintheelasticrangeandtheplasticrangeiscarriedbyactionsthatarefundamentallydifferent,isvery

significant（重要的）and

renders（使..变得）strengthcomputations

essentialforalldesignsinordertoensurethatadequatesafetyfactorsexist.Thisistrueeventhoughthestressesintheelasticrangemay

conformto（符合）a

recognized（公认的）elasticdesigncriterion. 已经显示作用在一根预应力梁上的外部荷载的变化会导致梁在弹性阶段时其压力线位置的变化。这是预应力结构的基本规律。在一根普通的预应力梁中，随着外力的增加，其压力线位置以一个相对均匀的速度不断移动直至受拉纤维形成开裂的位置。在已经超过开裂荷载后，随着附加荷载的施加，压力线移动的速度便会降低，且使预应力钢筋束中的应力和合成的混凝土力开始发生显著的增加。内部弯矩的作用不断变化直到所有压力线的移动都停止。其后施加的荷载引起的弯矩完全通过相应的、且按比例的内力变化来抵消，正如在钢筋混凝土的结构中。这个事实，即弹性阶段和塑性阶段的力由基本不同的作用来传送是非常重要的，且使强度计算变得对所有的设计都是必要的，以确保存在足够的安全系数。这是正确的，即使弹性阶段的应力可能符合公认的弹性设计准则。 Itshouldbenotedthattheloaddeflectioncurve

iscloseto（接近于）astraightline

upto

thecrackingload

andthatthecurvebecomes

progressively（逐渐）more

curved

as

theloadisincreasedabovethecrackingload.

The

curvature（弯曲）oftheload-deflectioncurvefor

loadsoverthecrackingloadis

dueto（由于..所造成的）thechangeinthebasicinternalresistingmomentaction

thatcounteracts（抵消）theappliedloads,asdescribed

above,

aswellas

toplasticstrainsthatbegintotakeplace

inthesteelandtheconcretewhen

stressedtohighlevels（受到很大压力）. 应该注意到荷载挠度曲线在开裂荷载以内是接近直线的，且在超过开裂荷载后，该曲线随着荷载的增加逐渐变得更弯曲。正如上面所描述的，当超过开裂荷载时，其荷载-挠度曲线的弯曲是由于抵消施加荷载的基本内部抵抗弯矩作用的变化以及当受到很大压力时钢筋和混凝土中开始发生的塑性应变所造成的。

Insomestructuresitmaybeessentialthatthe

flexuralmembers

remaincrackfree（保持构件不开裂）evenunder

significant（明显的）overloads.Thismay

beduetothestructures’beingexposedto

exceptionally

corrosive（特别腐蚀）atmospheresduringtheir

usefullife（有效寿命）.Indesigningprestressedmembersto

beusedinspecialstructuresofthistype,itmaybenecessarytocomputetheloadthatcausescrackingofthe

tensile

flange（受拉翼缘）,inordertoensurethat

adequatesafety

against

crackingisprovidedbythe

design.Thecomputationofthemomentthatwillcause

crackingisalsonecessarytoensure

compliancewith（符合）somedesign

criteria（criterion的复数形式，标准）. 在一些结构中，保持受弯构件不开裂可能是必要的，甚至在明显的超载下。这可能是由于结构在它们的有效寿命期间被暴露在特别腐蚀的空气中的原因。当设计预应力构件用于这种类型的特殊结构时，可能有必要计算引起受拉翼缘开裂的荷载，以确保该设计提供足够抵抗开裂的安全性。也有必要计算会导致开裂的弯矩，以确保符合一些设计标准。 Manytestshave

demonstrated（证明）thattheload-deflectioncurvesofprestressedbeamsare

approximatelylinear（近似直线的）upto

andslightlyinexcessof（稍微超过）theloadthatcausesthefirstcracksinthetensileflange.(The

linearity（直线性）isafunctionoftherateatwhichtheloadisapplied.)Forthisreason,normalelastic-designrelationships（关系式）canbeusedincomputingthecrackingloadbysimplydeterminingtheloadthat

resultsin

anet（净）tensilestressinthetensileflange

(prestressminustheeffectsoftheappliedloads)that

isequalto

thetensilestrengthoftheconcrete.Itiscustomary

toassumethattheflexuraltensilestrengthoftheconcrete

isequaltothe

modulusofrupture（断裂模量）ofthe

concretewhencomputingthecrackingload. 很多试验证明，在引起受拉翼缘最初开裂的荷载以内或稍微超过时，预应力梁的荷载-挠度曲线是近似直线的。（直线性是荷载施加速度的函数。）因此，通过简单地确定导致受拉翼缘中产生一个净的受拉应力的荷载（预应力减去施加荷载的效应），普通的弹性设计关系式能用来计算开裂荷载，其值等于混凝土的抗拉强度。当计算开裂荷载时，习惯上假定混凝土的受弯抗拉强度等于混凝土的断裂模量。Inshouldberecognizedthattheperformance（性能）ofbonded（有粘结的））prestressedmemberisactuallyafunctionofthetransformedsection（换算截面））ratherthanthegross（毛）concretesection.Ifitisdesirable（想要）tomakeapreciseestimateofthecrackingload,suchasisrequiredinsomeresearchwork,thiseffect（影响）shouldbeconsidered.应该承认有有粘结的预预应力构件件的性能实实际上是一一个换算截截面的函数数，不是混混凝土毛截截面的函数数。如果想想要对开裂裂荷载作一一精确估计计，例如在在一些研究究工作中需需要的，该该影响应该该被考虑。。PrinciplesofUltimateMomentsCapacityforBondedmembers有粘结的的构件极极限弯矩矩能力的的规则Whenprestressedflexuralmembersthatarestrongerinshearandbondthaninbendingareloadedtofailure,theyfailinoneofthefollowingmodes（方式）:当剪切和和粘结比比弯曲强强的预应应力受弯弯构件受受荷失效效时，它它们会以以下列方方式中的的一种失失效：（1）FailureatcrackingloadInverylightlyprestressedmembers,thecrackingmomentmaybegreaterthanthemomentthemembercanwithstandinthecrackedconditionand,hence,thecrackingmomentistheultimatemoment.Thisconditionisrare（很少的））andismostlikelytooccurinmembersthatareprestressedconcentricallywithsmallamountsofsteel.Itcanalsooccurinholloworsolid（实心）prestressedconcretemembersthathaverelativelylowlevelsofreinforcing.Determinationofthepossibilityofthistypeoffailureisaccomplishedbycomparingtheestimatedmomentthatwouldcausecrackingtotheestimatedultimatemoment,computedasdescribedbelow.Whentheestimatedcrackingloadislargerthanthecomputedultimateload,thistypeoffailurewouldtakeplaceifthememberweresubjectedtotherequiredloads.Becausethistypeoffailureisbrittlefailure,itoccurswithoutwarning––designsthatwouldyield（产生）thismodeoffailureshouldbeavoided.（1）开裂荷载下的的失效在施加非常少少量预应力的的构件中，其其开裂弯矩可可能大于构件件在开裂状态态下能承受的的弯矩，因此此，开裂弯矩矩为极限弯矩矩。这种情况况是很少的，，且在构件中中最可能发生生用少量钢筋筋同心地施加加预应力。在在空心或实心心的预应力混混凝土构件中中也会出现相相对低等级的的钢筋。通通过比较引起起开裂的弯矩矩估计值与按按下面描述（（的方法）计计算的极限弯弯矩估计值来来确定这种失失效的可能性性。当估计的的开裂荷载大大于计算的极极限荷载，则则如果构件承承受要求的荷荷载，这种失失效将会发生生。由于这种种失效是脆性性失效，因此此其发生时没没有警告-产产生这种失效效方式的设计计应该被避免免。（2）FailureduetoruptureofsteelInlightlyreinforced（少量加筋）memberssubjectedtoultimateload,theultimatestrengthofthesteelmaybeattainedbeforetheconcretehasreachedahighlyplasticstate（高度塑性状态态）.Thistypeoffailureisoccasionallyencounteredinthedesignofstructureswithverylargecompressionflangesincomparisonto（与..相比））theamountofprestressingsteel,suchasacomposite（复合）bridgestringer（纵梁）.Computationoftheultimatemomentofamembersubjecttothistypeoffailurecanbedonewithahighprecision.Themethodofcomputation,aswellasthedeterminationofwhichmembersaresubjecttothismodeoffailure,isdescribedbelow.（2）钢筋断裂引起起的失效在少量加筋并并承受极限荷荷载的构件中中，钢筋的极极限强度可能能在混凝土达达到高度塑性性状态之前就就达到。这种种失效在与预预应力筋的数数量相比有很很大受压翼缘缘的结构设计计中会偶然遇遇到，如一个个复合的桥梁梁纵梁。可以以高精度地计计算易遭受这这种失效的构构件的极限弯弯矩。这种计计算方法以及及确定哪根杆杆件易遭受这这种失效方式式将在下面描描述。（3）FailureduetostrainTheusualunderreinforced（（配筋不足）,prestressedstructurethatareencounteredinpracticeareofsuchproportions（尺寸）that,ifloadedtoultimate,thesteelwouldbestressedwellinto（早已进入）theplasticrangeandthememberwouldevidence（显示）largedeflection.Failureofthememberwilloccurwhentheconcreteattainsthemaximumstrainthatitiscapableofwithstanding.Itisimportanttounderstandthatresearchinto（..的调查）theultimatebendingstrengthofreinforcedandprestressedconcretehasledmostinvestigatorstotheconclusionthatconcrete,ofthequality（特性）normally（通常）encounteredinprestressedwork（工程）failswhenthelimitingstrainof0.003isattainedintheconcrete.Sincetheultimatebendingcapacityislimitedbystrainratherthanstressintheconcrete,itisafunctionoftheelasticmoduli（modulus的复数形形式,模模量）oftheconcreteandsteel.Themagnitudeoftheultimatemomentformembersofthiscategorycanalsobepredicted（预测）,asarule,withinthenormaltolerance（正常的允允许误差差）expectedinstructuraldesign.Theultimatemomentofunderreinforcedsectionscannotbepredictedwiththesameprecisionasthelightlyreinforcedmembersdescribedabove,sincetheultimatemomentsofunderreinforcedmembersareafunctionoftheelasticpropertiesofthesteelandtheeffectivestressesintheprestressingsteel,whereastheultimatemomentcapacitiesoflightlyreinforcedmembersarenot.（3）应变引起起的失效效在实践中中遇到通通常配筋筋不足的的预应力力结构具具有这样样的尺寸寸，以至至于如果果加荷至至极限，，钢筋的的应力早早已进入入塑性范范围，而而该构件件将显示示出很大大的挠度度。当混混凝土达达到其能能承受的的最大应应变时，，该构件件将发生生失效。。明白对对预应力力钢筋混混凝土的的极限抗抗弯强度度的调查查已经导导致多数数调查者者得到了了结论，，即当混混凝土达达到0.003的极极限应变变时，具具有在预预应力工工程中常常遇性能能的混凝凝土会失失效，这这点很重重要。由由于极限限抗弯能能力受到到混凝土土中的应应变而不不是应力力的限制制，因此此，它是是混凝土土和钢筋筋弹性模模量的函函数。作作为一个个规律，，这类构构件极限限弯矩的的大小也也能被预预测在结结构设计计所预期期的正常常的允许许误差范范围内。。配筋筋不足截截面的极极限弯矩矩不能以以与上面面描述的的少量配配筋的构构件相同同的精度度来预测测，因为为配筋不不足的构构件的极极限弯矩矩是钢筋筋弹性性性能和预预应力钢钢筋中的的有效应应力的函函数，而而少量配配筋构件件的极限限弯矩能能力则不不是。（4）FailureduetocrushingoftheconcreteFlexuralmembersthathaverelativelylargeamountsofprestressingsteelorrelativelysmallcompressiveflangesarereferredtoasbeingoverreinforced（超配筋的的）.Overreinforcedmembers,whenloadedtodestruction,donotattainthelargedeflectionsassociatedwithunderreinforcedmembers––thesteelstressesdonotexceedtheyieldpointandfailureistheresultoftheconcretebeingcrushed.Computationoftheultimatemomentsofoverreinforcedmembersisdonebyatrialanderror（试算）procedure，，involvingassumedstrainpatterns（模式）,aswellasbyempiricalrelationships（经验关系系式）.（4）混混凝土压压碎引起起的失效效有着相对对大量预预应力筋筋或相对对小的受受压翼缘缘的受弯弯构件称称为是超超配筋的的。当受受荷至破破坏的超超配筋构构件没有有达到与与配筋不不足构件件有关联联的大挠挠度-钢钢筋的应应力没有有超过屈屈服点，，因而失失效是混混凝土被被压碎的的结果。。通过试试算过程程以及经经验关系系式来计计算超配配筋构件件的极限限弯矩，，包括假假定应变变模式。。Itmustbeemphasizedthatthereisnocleardistinction（明显的区别）betweenthedifferentclassifications（类别）offailurelistedabove.Forconvenienceofdesign,certainparameters,whichareafunctionofthepercentageofsteel,areusedbydifferentauthorities（权威）todistinguishbetweenthedifferenttypesoffailurethatwouldbeanticipated（预测）.必须强调在上面列列出的不同的失效效类别之间没有明明显的区别。为了了便于设计，通过过不同的权威采用用某些参数（这些些参数是钢筋百分分率的函数）来区区别被预测的不同同类型的失效。Inordertosimplifytheexplanationofthetheoryrelatedtothecomputationoftheultimatemoments,arectangularsectionwillbeassumedthroughout（在整个..的过程程中）thederivation,inordertoeliminate（消除）thevariable（变化因素）offlangewidthwhichisfrequentlyencounteredwithIorTsections.Inaddition,thefollowingassumptions,someofwhichdifferslightlyfromthosecontainedinACI-318,aremade:为了简化与极限弯弯矩计算有关的理理论的解释，在整整个推导的过程中中将假定一个矩形形截面，以消除翼翼缘宽度的变化因因素，其常常被遇遇到是I或T形截面。而且，作作以下假定，其中中一些稍许不同于于ACI-318中包括的假定：Planesectionsareassumedtoremainplane.Thestress-strainproperties（特点）ofthesteelaresmoothcurveswithoutadefinite（确定的）yieldpoint.Thelimitingstrainoftheconcreteisequalto0.0034,regardlessofthestrengthoftheconcrete.Thesteelandconcretearecompletelybonded.假定平截面依然是是平面的；钢筋的应力-应变变特点是光滑的曲曲线，上面没有确确定的屈服点；混凝土的极限应变变等于0.0034，不考虑混凝凝土的强度；钢筋与混凝土是完完全粘结的；Thestressdiagramoftheconcreteatfailureissuchthattheaverageconcretestressis0.80f’candtheresultantofthestressintheconcreteactsatadistancefromtheextremefiberequalto0.42ofthedepthofthecompressionblock.Thestraininthetopfiberunderprestressalone（仅仅）isequaltozero.Thesectionissubjecttopurebending.Theanalysisisfortheconditionofstaticloadsofshortduration（持续时间））.在混凝土失失效时的应应力图中，，平均的混混凝土应力力为0.80f’c，而混凝土中中的应力合合力则作用用在离端部部纤维的距距离为0.42倍的的受压区深深度处；仅在预应力力作用下顶顶部纤维的的应变等于于零；截面易遭受受纯弯；分析是针对对静力荷载载在短的持持续时间下下的情况。。Aswestatedabove,therelationshipsthatweredevelopedareapplicabletorectangularsections.Theserelationshipsareequally（同样得）accurateforflangedsections（带翼缘的截面））,provided（假如）theneutralaxis（中性轴）ofthesectionatultimateiswithinthelimitsoftheflange.Iftheneutralaxisfallsoutsideoftheflangearea（区域）,thesamestrainsdistributionapplied（采用）asinthecaseofrectangularsections,butduetothevariablewidthofthesection,thedistancetotheresultantofthecompressiveblockmustbecalculated.Tofacilitate（方便）thecalculationofthelocationoftheresultant,thecompressionblockcanbeassumedtoberectangularratherthancurvedwithoutintroducingsignificanterror（导致重大错误））.正如我们上面所所述，那些被提出的的关系式适用于于矩形截面。假假如在极限状态态时截面的中性性轴落在翼缘的的边界之内，则则这些关系式对对有翼缘的截面面同样得准确。。如果中性轴落落在翼缘区域的的外面，则采用用与矩形情况中中相同的应变分分布，但是由于于截面宽度的变变化，必须计算算（中性轴）至至压力区合力的的距离。为了方方便计算合力的的位置，可以假假定受压区是矩矩形的，而不是是弯曲的，这不不会导致重大的的错误。Whensmallquantitiesofnon-prestressedreinforcementareusedincombinationwithsmallquantitiesofprestressedreinforcement,theadditionalultimatemomentduetothenon-prestressedreinforcementcanbecalculated.Forlargeramountsofnon-prestressedreinforcementorformemberswithhighsteelindices（index的复数形式，率率）,themomentshouldbedeterminedbytrialanderrorfromthebasicstrainpatterns.当采用少量的非非预应力钢筋再再加上少量的预预应力钢筋，则则可以计算由于于非预应力钢筋筋引起的附加的的极限弯矩。对对较多数量的非非预应力钢筋或或具有高钢筋率率的构件，其弯弯矩应该根据基基本的应变模式式通过试算来确确定。Examination（研究）willshowthatsmallvariations（微小变化）intheeffectiveprestresshavenosignificanteffectontheultimatestrengthofprestressedmembers.Itisimportanttonotethateveniferrorsaremadeinestimatingthelossesofprestress,inestimatingthestressing（施加应力）friction,orevenifthestressingisnotcarriedouttoahighprecisioninthefieldduetopoorworkmanship（低劣的手艺）,theeffectontheultimatemomentisgenerallysmallforflexuralmemberswithbondedtendons.研究显示有效预应应力的微小变化对对预应力构件的极极限强度没有显著著的影响。很重要要地注意到，即使使错误地估计了预预应力的损失和施施加应力的摩擦，，或即使在现场由由于低劣的手艺而而没有高精度地施施加应力，对有粘粘结钢筋束的受弯弯构件极限弯矩的的影响通常也是小小的。PrinciplesofUltimateMomentCapacityforUnbondedMembers无粘结的构件极限限弯矩能力的规则则Becausetheprestressingtendonscanslip(withrespecttotheconcrete)duringloadingofanunbondedmember,therelationshipsforultimatemomentcapacitydonotapplyto（适用于）unbondedbeams.Becausethetendonscanslipwithrespecttotheconcrete,othervariables（另外的变量）affecttheultimatemomentcapacityofunbondedprestressedconcretemembers.由于在对无粘结的的构件加荷期间，，施加预应力的钢钢筋束会相对于混混凝土滑移，因此此极限弯矩能力的的关系式不适用于于无粘结的梁。由由于该钢筋束会相相对于混凝土滑移移，因此另外的变变量影响了无粘结结的预应力混凝土土构件的极限弯矩矩能力。Variablesthataffecttheultimatemomentcapacityofanunbondedbeam,butwhichdonota