【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 力（斜向拉力）所需的額定強(qiáng)度。尤其，剪力鋼筋的設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)超剪力，水力計(jì)算極限剪力（ Vuh）與混凝土提供的抗剪強(qiáng)度（ ф Vc） 之間的差， 其中ф為混凝土抗剪設(shè)計(jì)系數(shù)。因此，剪力鋼筋設(shè)計(jì)， Vs,由下式得出： ???????? ?? ? ? cuh VVV （ ） b. 單荷載系數(shù)法。在單荷載系數(shù)法中，恒載和活載乘以同一荷載系數(shù)。 U = （ D + L） （ ） 式中 U =非水工結(jié)構(gòu)的計(jì)算荷載 D =恒載的內(nèi)力和力矩 L =活載的內(nèi)力和力矩 Uh = H f [(d + L)] （ ） 式中 Uf =水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載 Hf =水力因數(shù) 對(duì)于水工結(jié)構(gòu)，基本荷載系數(shù)（ ）乘以水力因數(shù)（ Hf） , 其中， Hf = ，直接受拉的構(gòu)件除外。對(duì)直接受拉的構(gòu)件， Hf = 。經(jīng)與CECWED 協(xié)商和同意后也可采用其它值。 除上述情況外，本設(shè)計(jì)還包括非正常或極端荷載影響的抗力，如風(fēng)、地震或其它歷時(shí)短和發(fā)生概率低 的力。在這些情況下，應(yīng)采用下列荷載組合之一： U = 或 E () 對(duì)于非水工結(jié)構(gòu) U = Hf（ 或 E） （ ） 對(duì)于水工結(jié)構(gòu)，其中 UW 或 E = 包括風(fēng)或地震影響的非水工計(jì)算荷載。 14 c. 修正的 ACI 318 規(guī)范 。 ACI 318 規(guī)范中規(guī)定的荷載系數(shù)可直接用于水工結(jié)構(gòu)，但有兩處改動(dòng)。側(cè)向流體荷載系數(shù)（ F），應(yīng)取 ，而不是 ACI 318 規(guī)范中規(guī)定 的 。另外，對(duì)于水工結(jié)構(gòu)，總計(jì)算設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算荷載組合， U，正如 ACI 318 規(guī)范中所規(guī)定應(yīng)增加的水力因數(shù) Hf=, 直接受拉的構(gòu)件除外。對(duì)直接受拉的構(gòu)件， Hf = 。 U = + () 對(duì)于非水工結(jié)構(gòu) Uh = Hf U = Hf (+) () 對(duì)于水工結(jié)構(gòu)。 對(duì)特定的水工結(jié)構(gòu)，如 U 形體的船閘和水道，活載可對(duì)用于確定總計(jì)算荷載影響的計(jì)算荷載組合起到卸荷作用。在此情況下，應(yīng)對(duì)計(jì)算的恒載和活載（整體的活載系數(shù)）組合 Uh = Hf ( + ) () 應(yīng)進(jìn)行調(diào)查研究并在設(shè)計(jì)文件中報(bào)告。 d. 地震影響 。如果需要抗震荷載， E，應(yīng)采用下列定義和荷載組合。 1） 非正常和極端荷載。地震荷載考慮為非正常的或極端的，因?yàn)樗鼈兊陌l(fā)生概率低而且持續(xù)時(shí)間短。至今，因它們的發(fā)生概率低，在推求荷載組合時(shí)還可把它們與正常工作荷載，如水工結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行庫(kù)水位相結(jié)合 。 2）設(shè)計(jì)地震定義。在推求地震荷載時(shí)，需考慮三種不同的地震。在設(shè)計(jì)強(qiáng)度和適用性時(shí)，最大可信地震（ MCE），最大設(shè)計(jì)地震（ MDE），和運(yùn)行基本地震（ OBE）都是可能的臨界地震。 a) 最大可信地震（ MCE）。正如 ER 111021806 規(guī)范中所規(guī)定的，MCE 是最大地震，基于地震學(xué)和地質(zhì)跡象有理由估計(jì)這種地震可能是由結(jié)構(gòu)物位置附近的一種特定源引發(fā)的。對(duì)一個(gè)特定的位置來說可確定為多 MCE 的，每個(gè)位置都有它們各自特定的地面運(yùn)動(dòng)參數(shù)和光譜形狀。 b) 最大設(shè)計(jì)地震（ MDE）。正如 ER111021806 規(guī)范中所規(guī)定的，MDE 是最大水平地面運(yùn)動(dòng)，以此進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)或評(píng)估。盡管可能發(fā)生損傷或經(jīng)濟(jì)損失，相關(guān)的性能要求是工程能運(yùn)行而不遭受災(zāi)難破壞。對(duì)于關(guān)鍵特性，MDE 與 MCE 一樣。對(duì)于所有其它特性， MDE 應(yīng)選為比 MCE 小的地震。它可 15 保證經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)達(dá)到適當(dāng)?shù)陌踩珮?biāo)準(zhǔn)。 MDE 可稱為決定性或概率性地震。（在許多情況下，一般地震的百年超過概率為 10%，即 950 年的重現(xiàn)期。） MDE 荷載由于發(fā)生概率極低（可能震級(jí)高），因此考慮為極端荷載情況（并預(yù)計(jì)的正常荷載和庫(kù)水位）綜合使用。 c) 運(yùn)行基本地震（ OBE）。正如 ER111021806 規(guī)范中所規(guī)定的，OBE 是一種一般可預(yù)計(jì)在工程使用期限內(nèi)發(fā)生的地震，即在使用期限期間的超過概率為 50%。（對(duì)使用期限為 100 年的工程來說，這相當(dāng)于 144 年的重現(xiàn)期。）相關(guān)的性能要求是工程性能損壞極少或沒有，但性能不受影響。 OBE 的用途是保護(hù)工程不受經(jīng)濟(jì)損失或壽命損失，因此 OBE 重現(xiàn)期替代方案的選擇可基于經(jīng)濟(jì)考慮。由于發(fā)生概率低， OBE 認(rèn)定為非正常荷載，并應(yīng)與正常荷載（預(yù)計(jì)的正常荷載和庫(kù)水位）結(jié)合使用。 3） OBE 荷載系數(shù)。 OBE 個(gè)別的荷載系數(shù) 是采用標(biāo)準(zhǔn)的（非現(xiàn)場(chǎng)特定）和現(xiàn)場(chǎng)特定地面運(yùn)動(dòng)生成的。按現(xiàn)場(chǎng)特定求得的 OBE 荷載系數(shù)顯示，荷載系數(shù)減小，而其可靠性增強(qiáng)了。 a) 標(biāo)準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)分析。當(dāng)用抗震系數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)譜計(jì)算一種 OBE的等效靜態(tài)地震力時(shí)，可采用下面給出的荷載系數(shù)。包括非現(xiàn)場(chǎng)特定的 OBE 分析的荷載組合為： UE = (D+L)+ () 并代入公式 給出 Uh = [Hf((D+L)+)] () 用于水 工結(jié)構(gòu)。本公式中的恒載和活載要用正常運(yùn)行工況進(jìn)行推導(dǎo)。 b）現(xiàn)場(chǎng)特定地面運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)特定地面運(yùn)動(dòng)一般用于進(jìn)行時(shí)程分析或反應(yīng)譜分析。可使用例如 DEQAS 的計(jì)算機(jī)程序得出現(xiàn)場(chǎng)特定反應(yīng)譜。必須使用規(guī)定的位置數(shù)據(jù)和 OBE 的定義來得出反應(yīng)譜。同樣地，確定的加速時(shí)間歷程必須反映出現(xiàn)場(chǎng)特定的動(dòng)態(tài)特性以及 OBE 的定義。包括現(xiàn)場(chǎng)特定的 OBE 分析在內(nèi)的荷載組合為 ELDU E )( ??? （ ） 代入公式 得到 )])([ ELDHU fh ??? （ ） 16 通過正常運(yùn)行工況得到本公式中的恒載和活載。 4） MED 荷載系數(shù)。利用標(biāo)準(zhǔn)的和現(xiàn)場(chǎng)特定的地面運(yùn)動(dòng)得到 MDE 獨(dú)立的荷載系數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)特定的開發(fā)的 MDE 的荷載系數(shù)反映出通過降低荷載系數(shù)增加荷載的可靠性。 a）標(biāo)準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)卣鹣禂?shù)或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)譜用于推導(dǎo)等效靜態(tài)地震力時(shí)，要使用以下荷載系數(shù)。通過使用 EM6050 中提出的程序可以得出這些地震系數(shù)或設(shè)計(jì)譜。包括非現(xiàn)場(chǎng)特定 MDE 分析在內(nèi)的設(shè)計(jì)荷載為 ELDU E )( ??? （ ） 將此 公式代入公式 得到 )])(([ ELDHU fh ??? （ ） 通過正常運(yùn)行工況得到本公式中的恒載和活載。 b）現(xiàn)場(chǎng)特定地面運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)特定地面運(yùn)動(dòng)用于進(jìn)行時(shí)程分析或反應(yīng)譜分析?？墒褂?EM6050 中提出的程序利用 NEHRP 圖或例如 DEQAS 的計(jì)算機(jī)程序得出現(xiàn)場(chǎng)特定反應(yīng)譜。必須使用規(guī)定的位置數(shù)據(jù)和 MDE 的定義來得出反應(yīng)譜。包括現(xiàn)場(chǎng)特定的 MDE 分析在內(nèi)的荷載組合為 ELDU E )( ??? （ ） 將此公 式代入公式 得到 )])(([ ELDHU fh ??? （ ） 通過正常運(yùn)行工況得到本公式中的恒載和活載。 34 鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度 a. 設(shè)計(jì)通常應(yīng)基于 ASTM60 級(jí)鋼筋的屈服強(qiáng)度 60000psi。采用其它級(jí)的鋼筋需符合 22 節(jié)和 34b 節(jié)段規(guī)定。設(shè)計(jì)使用的屈服強(qiáng)度應(yīng)在圖紙中指出。 b. 不應(yīng)使用屈服強(qiáng)度超過 60000psi 的鋼筋，除非與 CECWED 協(xié)商并獲得CECWED 的認(rèn)可，對(duì)延性和適用性要求進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究。 35 最大受拉鋼筋 a. 對(duì)于單獨(dú)加強(qiáng)的受彎 構(gòu)件，以及承受組合的受彎和受壓軸向荷載的構(gòu)件， 17 當(dāng)軸向荷載強(qiáng)度 φ Pn 小于 gcAf? 或 φ Pb 的較小值時(shí)，給出的受拉鋼筋比ρ應(yīng)符合以下各項(xiàng)： 1）建議的限值 = b。 2）不要求專門研究或核實(shí)的最大允許上限 = b。超過 b 的值將要求考慮適用性、可構(gòu)造性和經(jīng)濟(jì)性。 3）當(dāng)無法預(yù)測(cè)到過大偏差，而使用 ACI318 規(guī)范中規(guī)定的方法或其他方法預(yù)測(cè)到的變形與綜合試驗(yàn)結(jié)果基本一致時(shí)，最大允許上限 = b。 4）只有與 CECWED 協(xié)商并獲得 CECWED 的認(rèn)可，對(duì)適用性要求（包括偏差計(jì)算）進(jìn)行詳細(xì)的核實(shí)，才能允許大于 b 的鋼筋比。在任何情況下，鋼筋比不能超過 b。 b. 受壓鋼筋的使用應(yīng)符合 ACI318 規(guī)范的規(guī)定。 36 偏差與開裂的控制 a. 如果沒有超過第 34a 節(jié)和 35a(3)節(jié)中規(guī)定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和鋼筋比的限值，無須核實(shí)由于有效荷載造成的開裂和偏差。 b. 如果設(shè)計(jì)強(qiáng)度和鋼筋比超出第 34a 段和 35a(3)段中規(guī)定的限值，應(yīng)與CECWED 協(xié)商對(duì)由于作用荷載造成的變形與開裂進(jìn)行廣泛地調(diào)查研究。這些研究應(yīng)包括材料和模型的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 、分析研究、特殊結(jié)構(gòu)程序、裂縫控制的可能措施等。偏差與裂縫寬度的控制程度應(yīng)使其不會(huì)對(duì)特定結(jié)構(gòu)的運(yùn)行、維護(hù)、性能或者外觀有不利影響。 37 墻的最小厚度 高于 10 英尺的墻最小厚度應(yīng)為 12 英寸，兩面均應(yīng)設(shè)置鋼筋。 18 第三章 強(qiáng)度及適用性條文說明 總則 a. 非水工結(jié)構(gòu)與水工結(jié)構(gòu)： 于水工結(jié)構(gòu)，開裂、振動(dòng)和穩(wěn)定是主要的適用性問題。過去使用了允許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法學(xué)，水工結(jié)構(gòu)中的混凝土構(gòu)件的允許應(yīng)力從 cf? 減至 cf? 。允許應(yīng)力的減小產(chǎn)生了加厚的混凝土構(gòu)件，構(gòu)件的應(yīng)力水平較低并增加了鋼筋要求?；炷梁穸鹊倪@一增加對(duì)水工結(jié)構(gòu)是有益的，后者的穩(wěn)定通常依賴于質(zhì)量（更多的混凝土），沒有過多加固（沒有剪力鋼筋）并且通常易受振動(dòng)的影響（質(zhì)量和減振）。配筋要求的增加大大有助于改善裂縫控制。出于同一目的，水力因數(shù)用于水工結(jié)構(gòu)的荷載與阻力系數(shù)設(shè)計(jì)。當(dāng)構(gòu)件沒有直接受拉時(shí)，注意到 。減小的允許應(yīng)力法是正確的這一事實(shí)以及得到的合理的適用性結(jié)果，促使將這一概念引入荷載與阻力系數(shù)方法學(xué)。水力因數(shù)的使用是簡(jiǎn)單的，并 省去了單獨(dú)適用性分析的必要。 b. 單個(gè)與修正的 ACI318 規(guī)范荷載系數(shù)法： 單荷載系數(shù)法對(duì)于恒載和活載都使用一個(gè)荷載系數(shù)（ ），而 ACI318 規(guī)范使用不同的荷載系數(shù)，恒載 ，活載。 USACE 已經(jīng)選擇使用比 USACE 結(jié)構(gòu)所用系數(shù)更高的 ACI 阻力系數(shù)。因此，USACE 結(jié)構(gòu)的荷載系數(shù)也略高于使用常規(guī)荷載和阻力系數(shù)法推導(dǎo) USACE 結(jié)構(gòu)荷載系數(shù)。 當(dāng)流體壓力是主要活載的水工結(jié)構(gòu)中， ACI318 規(guī)范法要求流體壓力的荷載系數(shù)為 。這一 ACI318 規(guī)范要求小于本文規(guī)定的流體壓力要使用 的荷載系數(shù)，使得 兩個(gè)方法幾乎相同。唯一的差異是恒載系數(shù)為 比 （ ACI318 規(guī)范）。對(duì)于具有大的恒載成分和限制的流體壓力的結(jié)構(gòu)， ACI318 規(guī)范法將提供較低的強(qiáng)度要求。 通過需求承載能力關(guān)系和安全性可以最適合地描繪出對(duì)荷載系數(shù)的需求。如果結(jié)構(gòu)物是準(zhǔn)確分析、正確設(shè)計(jì)、完美修建并按預(yù)計(jì)負(fù)載，略微超出需求的承載能力應(yīng)提供適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。不幸的是，這些行為大多數(shù)具有不確定性，要求執(zhí)行安 19 全裕度。實(shí)際荷載在量值和分配上與設(shè)計(jì)荷載有差異。荷載可能是瞬時(shí)的、每日的、每年的運(yùn)行期限中一次的。模擬假設(shè)、限制和簡(jiǎn)化可提供與實(shí)際情況輕微不同至 完全不同的結(jié)果。除了需求與承載能力之間的關(guān)系之外，荷載系數(shù)還必須考慮失事后果（重要性）。由失事造成的生命和財(cái)產(chǎn)的損失或大的經(jīng)濟(jì)損失比微小的運(yùn)行破壞或小麻煩要求更大的安全裕度。 對(duì)阻力系數(shù)的需求取決于構(gòu)件強(qiáng)度的變率。構(gòu)件的強(qiáng)度必須超出對(duì)所有可預(yù)見荷載的要求，沒有破壞或重大事故。每個(gè)構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度與額定計(jì)算值不同。這些差異與竣工對(duì)比假設(shè)的（分析 /設(shè)計(jì)）材料特性、橫截面尺寸、鋼筋設(shè)置的變化以及分析程序的準(zhǔn)確性有關(guān)。在特定的例子中，這些變化造成實(shí)際強(qiáng)度比計(jì)算值小。 為了保證結(jié)構(gòu)或單個(gè)構(gòu)件的安全，必須通過（抗力）系數(shù) 降低標(biāo)定強(qiáng)度，并應(yīng)通過（荷載）系數(shù)增加荷載。這些阻力系數(shù)φ，考慮強(qiáng)度中的變化性，特別是與計(jì)算值相比可能降低的構(gòu)件強(qiáng)度，以及荷載系數(shù)γ，考慮與假設(shè)負(fù)荷相比可能超載的或不適當(dāng)?shù)呢?fù)荷系統(tǒng)。這轉(zhuǎn)化到公式： ili in QR ??? 1?? （ ） 這是強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，式中φ是阻力系數(shù)（小于 ）， Rn 是計(jì)算的構(gòu)件額定承載力，γ i 是荷載 ith 的荷載系數(shù)， Qi 是荷載類型（恒載、活載、地震荷載等）， l是荷載類型的數(shù)量 。 安全裕度可以被定義為強(qiáng)度和荷載效應(yīng)之間的差異，如圖 所示。安全裕度是一個(gè)隨機(jī)變量，根據(jù)圖 所示的特性得出概率分布。 用于確定失事概率的典型概率分布是 1n(R/Q)，如圖 所示。圖 和 中概率分布低于零時(shí)，發(fā)生事故。因此，零左邊的區(qū)域（失事概率）必須減至最小至一個(gè)可接受的值。這一般是通過將安全裕度的平均值強(qiáng)制成規(guī)定數(shù)目的裕度的標(biāo)準(zhǔn)偏差來實(shí)現(xiàn)的。這一乘式被稱之為安全指數(shù)β，通常取 3 到 4 之間的值。（ AISC 為受風(fēng)荷載的構(gòu)件選用 ，恒載加上活載的構(gòu)件之間的連接選用 和 ，受地震荷載的構(gòu)件選用 。）來自于成功設(shè)計(jì)的安全指數(shù)的歷史數(shù)