衣枚玉 1332671目录1. 材料物理力学性能比较 ..........................................................................................................21.1 混凝土 ..........................................................................................................................21.2 钢筋 ..............................................................................................................................32. 设计原理比较 ..........................................................................................................................32.1 力学模型 ......................................................................................................................32.2 作用和抗力 ..................................................................................................................42.3 设计表达式 ..................................................................................................................43. 正截面承载力计算比较 ..........................................................................................................43.1 基本假定 ......................................................................................................................43.2 压区混凝土等效矩形应力图形 ...................................................................................53.3 基本公式 ......................................................................................................................63.4 界限破坏 ......................................................................................................................83.5 最大和最小配筋率 ......................................................................................................91. 材料物理力学性能比较1.1 混凝土在混凝土结构设计中，我国规范规定了混凝土强度的标准值和设计值，美国规范只采用规定的值。
在我国规范和美国规范中，同等级混凝土的弹性模量、剪变模量和泊松比取值相近1.1.1 抗压强度规定对于混凝土抗压强度，我国采用立方体试件确定强度等级，采用棱柱体试件确定轴心抗压强度，用轴心抗压强度作为设计的力学指标美国采用圆柱体试件确定混凝土的抗压强度，并作为设计的力学指标1.1.2 抗拉强度规定对于抗拉强度，我国采用棱柱体试件进行轴心受拉试验或立方体试件进行劈裂试验确定混凝土的抗拉强度，用轴心抗拉强度作为混凝上设计的力学指标美国不直接采用抗拉强度指标，在与混凝土受拉有关的计算中，采用抗折强度1.1.3 强度换算两国规范结构抗力计算表达式不同，承载力计算时材料强度指标的取值方法也不同，在进行正截面抗弯承载力计算对比分析前，需先建立两国规范材料强度指标之间的换算关系1）平均值之间的换算关系对不超过 c50 级的混凝土，圆柱体抗压强度与立方体抗压强度平均值之间的关系为：𝑓,𝑐,𝑚=(0.79~0.81)𝑓𝑐𝑢,𝑚式中， 为圆柱体抗压强度平均值； 为立方体抗压强度平均值；换算𝑓,𝑐,𝑚 𝑓𝑐𝑢,𝑚系数一般可取 0.8；对 C50 级以上的混凝土，换算系数将有所增大2）标准值之间的换算关系我国规范规定的混凝土立方体抗压强度平均值与具有的 95％保证率的标准值之问的关系为： 𝑓𝑐𝑢,𝑚=𝑓𝑐𝑢,𝑘+1.645𝜎式中： 为混凝土立方体抗压强度标准值； 为混凝土立方体抗压强度标𝑓𝑐𝑢,𝑘 𝜎准差。
美国规范规定的抗压强度平均值与标准值之间的关系为：𝑓,𝑐,𝑘≤35𝑀𝑃𝑎(1)𝑓,𝑐,𝑚=𝑓,𝑐,𝑘+1.34𝜎(2a)𝑓,𝑐,𝑚=𝑓,𝑐,𝑘+2.33𝜎‒3.5𝑓,𝑐,𝑘>35𝑀𝑃𝑎(1)𝑓,𝑐,𝑚=𝑓,𝑐,𝑘+1.34𝜎(2b)𝑓,𝑐,𝑚=0.90𝑓,𝑐,𝑘+2.33𝜎式中 为混凝土配制强度，即强度平均值； 为圆柱体抗压强度标准值；𝑓,𝑐,𝑚 𝑓,𝑐,𝑘为强度标准差式 (1)对圆柱体抗压强度值具有 91％的保证率𝜎时，式(2a)以 99％的保证率使圆柱体抗压强度值不低于标准值𝑓,𝑐,𝑘≤35𝑀𝑃𝑎3.5MPa； 时，式(2b)以 99％的保证率使圆柱体抗压强度值不低于𝑓,𝑐,𝑘>35𝑀𝑃𝑎标准值的 0.9 倍在利用平均值计算标准值时，取式(1)、(2)的较小值；在利用标准值计算平均值时，取式(1)、(2) 的较大值1.2 钢筋我国常用的普通钢筋的牌号为 HPB300、HRB335、HRB400 和 URRB 400美国常用的普通钢筋的等级为 40 级(280M Pa)，60 级(420MPa)和 75 级(520MPa)。
1.2.1 屈服强度规定关于钢筋屈服强度取值的方法，对于有屈服点的钢筋，我国标准按应力—应变关系曲线的屈服点确定，对于没有屈服点的钢筋，按应力—应变关系曲线上残余应变为 0.2％对应的应力确定美国标准有屈服点钢筋屈服强度的取值方法与我国相同，对于没有屈服点的钢筋，按应力—应变关系曲线上应变为 0.35％时的应力确定2. 设计原理比较2.1 力学模型我国和美国采用的都是极限状态设计法，包括承载能力极限状态（美国称强度极限状态）和正常使用极限状态从概率方法的应用讲，我国规范采用的是基于可靠度的设计方法；美国规范 ACI 318-11 采用了 ASCE7 的荷载系数，而ASCE7 的荷载系数是经可靠度分析确定的这意味着 ACI 318—11 也是基于可靠度的设计方法2.2 作用和抗力在作用方面，我国规范的表达式由作用标准值、作用分项系数和组合系数组成，用组合系数反映不同作用组合ACI 318-11 规范由规定的荷载值和荷载系数组成，不同荷载组合时的荷载系数不同在抗力方面，我国规范采用材料强度设计值（标准值除以材料分项系数） ，美国规范采用规定的材料强度和强度折减系数(对整个抗力项，而不是材料强度) 。
2.3 设计表达式根据我国《建筑结构可靠度设计统一标准》规定，采用基于概率理论的分项系数设计方法，结构构件承载力极限状态的设计表达式为：𝛾s𝑆𝑘≤𝑅𝑘𝛾𝑅=𝑅(𝑓𝑐,𝑘𝛾𝑐,𝑓𝑠,𝑘𝛾𝑠,𝐴𝑠,𝑏,ℎ0,……)式中， 为作用效应分项系数； 为作用效应标准值； 为结构抗力分项系𝛾s 𝑆𝑘 𝛾𝑅数； 为结构抗力标准值； 为混凝土轴心抗压强度标准值； 为钢筋强度𝑅𝑘 𝑓𝑐,𝑘 𝑓𝑠,𝑘标准值； 为混凝土材料分项系数； 为钢筋材料分项系数； 为钢筋截面面𝛾𝑐 𝛾𝑠 𝐴𝑠积； 为截面尺寸𝑏,ℎ0美国规范采用的是基于概率理论的荷载—抗力系数设计法其设计表达式为：W𝑛≤∅𝑅𝑛式中， 为荷载效应设计值； 为结构抗力标准值，由材料强度标准值计W𝑛 𝑅𝑛算确定； 为结构抗力折减系数例如受弯构件截面受拉控制时 ，受∅ ∅=0.90压控制时 ∅=0.65荷载效应设计值 和 的概念基本相同，但荷载分项系数取值不同，美国𝛾s𝑆𝑘 W𝑛规范的荷载效应设计值比我国规范大3. 正截面承载力计算比较3.1 基本假定3.1.1 中国规范（1）截面应变保持平面。
2）不考虑混凝土的抗拉强度3）混凝土受压的应力与应变关系曲线按下列规定取用：当 𝜀c≤𝜀0 时， 𝜎c=𝑓𝑐[1‒(1‒𝜀c𝜀0)𝑛]当 𝜀055𝑁𝑚𝑚2 我国规范的等效矩形图形的强度系数 和高度系数 均随混凝土强度的提𝛼1 𝛽1高而减小；而美国规范仅高度系数 随混凝土强度的提高而减小，并以 0．65𝛽1作为下限，该值是以美国的实验数据统计为基础的，混凝土强度超过 55𝑁𝑚𝑚2（相当于 C65）时，高度系数基本稳定在 0.653.3 基本公式3.3.1 中国规范对承载能力极限状态，由以下公式联立求解：𝑀=𝛼1𝑓𝑐𝑏𝑥(ℎ0‒𝑥2)=𝑓𝑦𝐴𝑠(ℎ0‒𝑥2)𝛼1𝑓𝑐𝑏𝑥=𝑓𝑦𝐴𝑠混凝土受压区高度尚应符合下列条件： 𝑥≤ξ bℎ0𝑥≥2𝑎'简化计算公式：𝛼s= 𝑀𝛼1𝑓𝑐𝑏ℎ02𝛾s=1+ 1‒2𝛼s2𝐴s= 𝑀𝑓𝑦𝛾sℎ03.3.2 美国规范分析截面的混凝土压力 C𝐶=0.85𝑓𝑐'𝑏𝑎分析截面的钢筋拉力 T 𝑇=𝑓𝑦𝐴𝑠由同一截面力的平衡关系 C=T 计算得出等效矩形截面的高度 ：𝑎𝑎= 𝑓𝑦𝐴𝑠0.85𝑓𝑐'𝑏由截面弯矩平衡得以下方程：𝑀𝑛=𝑇(d‒𝑎2)或 𝑀𝑛=C(d‒𝑎2)𝑀𝑢=∅𝑀𝑛——截面计算弯矩；𝑀𝑢——截面抗弯强度；𝑀𝑛——受弯构件的强度折减系数，取 0.9；∅——混凝土轴心抗压强度值(圆柱体抗压强度)；𝑓𝑐'——普通钢筋的抗拉强度值( 屈服强度) ；𝑓𝑦——非预应力纵向钢筋的面积；𝐴𝑠——构件受压面宽度；𝑏——等效矩形截面的高度。
𝑎简化计算公式：K𝑢=𝑀𝑢𝑏𝑑2𝜌=0.85𝑓𝑐,𝑓𝑦 (1‒ 1‒ K𝑢0.383𝑓𝑐,)𝐴s=𝜌𝑏𝑑以上计算应满足 𝜌≥𝜌min3.3.3 中美规范计算原理的对比由于两国规范对于单筋矩形梁正截面承载力计算的基本假定原则是一致的，且都是利用同一截力和弯矩平衡的原理进行求解，所以计算公式上并没有本质的区别，但需要注意公式中参数的物理意义和取值有所不同中国规范规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护的边长为 150mml 的立方体试件，在 28d龄期用标准试验方法测得的具有 95％保证率的抗压强度，对应强度的混凝土抗压强度设计值可以直接查阅规范美国确定混凝土轴心。