鋼筋混凝土板沖切問題研究進(jìn)展

1、鋼筋混凝土板沖切問題研究進(jìn)展土木工程學(xué)院：Simbar指導(dǎo)教師：JCJ年月年月（一）、概（一）、概 述述（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗 沖切承載力的計(jì)算沖切承載力的計(jì)算對(duì)比對(duì)比（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（五）、結(jié)（五）、結(jié) 語(yǔ)語(yǔ)、剪切破壞：、剪切破壞：2、沖切破壞： 斜裂破壞面圍繞集中荷載區(qū)域形成大致呈空間回轉(zhuǎn)截錐面或喇叭狀時(shí)的破壞。它是鋼筋混凝土雙向板在集中荷載作用下特有的一種剪切破壞形式。圖1圖2 是一種空間剪切問題，廣泛存在于房屋、橋梁、港口等各種工程中，如無梁樓蓋、柱

2、下基礎(chǔ)、樁基撐臺(tái)等均涉及到混凝土板的沖切問題。 由于混凝土板的沖切破壞問題的復(fù)雜性和后果嚴(yán)重性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都開展了很有意義的研究。之后，我國(guó)很多學(xué)者對(duì)沖切破壞采用不同的方法做了更進(jìn)一步的研究。 、鋼筋混凝土板的沖切破壞：、鋼筋混凝土板的沖切破壞： 正截面裂縫較細(xì)，徑向裂縫多而寬，無明顯主裂縫，撓度較小。破壞表現(xiàn)為柱頭連同截錐體突然從余部錯(cuò)動(dòng)般沖脫，并在板的受拉面形成圈撕開狀裂痕，在撓度陡增時(shí)荷載驟降，是一種脆性破壞1。構(gòu)件的沖切破壞：構(gòu)件的沖切破壞：圖4圖3基礎(chǔ)沖切破壞承臺(tái)沖切破壞柱柱對(duì)承臺(tái)沖切角柱角柱對(duì)承臺(tái)沖切 、常見的鋼筋混凝土受沖切構(gòu)件：、常見的鋼筋混凝土受沖切構(gòu)件：柱支承無梁樓板無梁樓

3、蓋水池頂蓋柱下獨(dú)立基礎(chǔ)無梁平板式片筏基礎(chǔ)等 1）集中力的反力只沿板周邊作用 2）集中力的反力滿布板面 、沖切破壞的試驗(yàn)分類沖切破壞的試驗(yàn)分類：u柱截面尺寸、板厚、荷載作用面積u混凝土強(qiáng)度等級(jí)u配置抗沖切鋼筋u配置彎起鋼筋u剪跨比u縱筋配筋率u板有效高度u抗沖切箍筋6、影響鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗沖切承載力因素、影響鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗沖切承載力因素2 ：（一）、概（一）、概 述述（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗 沖切承載力的計(jì)算沖切承載力的計(jì)算對(duì)比對(duì)比（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（五

4、）、結(jié)（五）、結(jié) 語(yǔ)語(yǔ)任何結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在破壞時(shí)可能形成的機(jī)構(gòu)分為 ：串聯(lián)機(jī)構(gòu)：并聯(lián)機(jī)構(gòu)：各部分形如鏈條串聯(lián),例如軸心受拉桿件, 某個(gè)截面失效即意味著整體破壞或斷鏈;各部件以并聯(lián)方式構(gòu)成,只有全體部件都 失效才導(dǎo)致機(jī)構(gòu)發(fā)生破壞。 就沖切破壞而言：外荷產(chǎn)生的剪力由沖切斜錐面上的剪壓區(qū)混凝土、骨料咬合作用、縱筋銷栓等3者共擔(dān),任一部分破壞后立即將剪力卸給其余部分,直至各部分均破壞并致整體喪失承載力,故從本質(zhì)上說,沖切截錐面屬并聯(lián)機(jī)構(gòu)。（二）、沖切破壞的機(jī)構(gòu)特征（二）、沖切破壞的機(jī)構(gòu)特征3 ： 沖切錐面又有其特殊性,帶有一定的串聯(lián)特征,這一概念對(duì)于抗沖切構(gòu)模十分重要。 對(duì)于抗沖切機(jī)制,任何部分在失效軟化

5、后都會(huì)瞬即退出工作,原有負(fù)荷被迫向其余部分轉(zhuǎn)移,這些部分可能在瞬間因不堪重負(fù)而發(fā)生連鎖破壞,致使破壞錐從母體沖脫。 因此,連鎖破壞開始時(shí)的狀態(tài)應(yīng)視為極限狀態(tài),其荷載即為極限荷載,構(gòu)建沖切強(qiáng)度計(jì)算模型必須以此狀態(tài)為基礎(chǔ),將連鎖破壞起始時(shí)刻的抗力視為極限承載力。 （二）、沖切破壞的機(jī)構(gòu)特征（二）、沖切破壞的機(jī)構(gòu)特征3 ：（一）、概（一）、概 述述（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗 沖切承載力的計(jì)算對(duì)比沖切承載力的計(jì)算對(duì)比（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（五）、結(jié)（五）、結(jié) 語(yǔ)語(yǔ)建立沖切承載

6、力計(jì)算公式主要考慮以下因素:（1 ）混凝土抗剪強(qiáng)度Sc； 我國(guó)采用的是混凝土抗拉強(qiáng)度,其它國(guó)家一般采用混凝土抗壓強(qiáng)度,比如棱柱體、立方體或圓柱體強(qiáng)度,在計(jì)算公式中如何取值也不相同;（）控制截面的周長(zhǎng)U；（）縱向鋼筋的縱筋率Ql?？v向鋼筋配筋率對(duì)沖切破壞形態(tài)有很大的影響,而且縱向鋼筋對(duì)節(jié)點(diǎn)的抗沖切能力有所貢獻(xiàn),國(guó)外規(guī)范多把縱向鋼筋配筋率考慮進(jìn)去。鋼筋混凝土板受沖切承載力對(duì)比分析鋼筋混凝土板受沖切承載力對(duì)比分析44 : : 由于沖切破壞機(jī)理比較復(fù)雜,目前各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中計(jì)算無不平衡彎矩板的受沖切承載力時(shí)采用的基本都是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)公式。 近年來,國(guó)際上很多學(xué)者也提出了不同的模型和理論分析方法,如

7、桁架模擬、斷裂分析、有限元分析、Hallgren的修正力學(xué)模型及Theod-orakopoulos等基于板柱連接的物理力學(xué)性能提出的理論模型等。鋼筋混凝土板受沖切承載力對(duì)比分析鋼筋混凝土板受沖切承載力對(duì)比分析44 : :正方形、圓形作用面構(gòu)件的沖切計(jì)算正方形、圓形作用面構(gòu)件的沖切計(jì)算55 : : 圖圖圖圖000m0b+2h ,2b2=,U4()2bhbhbht0中短邊長(zhǎng)b 為 ，則長(zhǎng)邊長(zhǎng)：則距沖切破壞錐體斜截面短邊h /2處的邊長(zhǎng)b周長(zhǎng)bU0圓的直徑為d，長(zhǎng)邊周長(zhǎng)為=(d+h )設(shè)備基底尺寸為正方形 . . .Q KN（）b()mm()mbUmm2()bAmm()LbFKN設(shè)備基底尺寸為正方形

8、的外接圓 . . .QKN（）D()mm()MDUmm2()DAmm()LDFKN（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件的沖切計(jì)算（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件的沖切計(jì)算5 5 : :表表表表設(shè)備基底尺寸為正方形等面積的圓 . . .QKN（）D()mm()MDUmm2()DAmm()LDFKN表表從上述論證中我們可以看到當(dāng)作用面較小，板較厚時(shí)，方形與其外接圓作用面的抗沖切承載能力計(jì)算結(jié)果誤差較大。筆者分析認(rèn)為產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是方形作用面的角點(diǎn)處與平面夾角不應(yīng)為45，板的沖切計(jì)算簡(jiǎn)圖應(yīng)如下：（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件的沖切計(jì)算（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件的沖切計(jì)算5 5 : :結(jié)結(jié) 論論55

9、: :這樣把圓形與正方形有機(jī)結(jié)合起來的沖切計(jì)算簡(jiǎn)圖，才不會(huì)造成結(jié)果相矛盾。當(dāng)然，對(duì)實(shí)際工程而言，這樣的計(jì)算較為繁瑣。在工程中，若設(shè)備基礎(chǔ)的基底尺寸較小時(shí)，我們可采取將其基底尺寸加大，例如加墊片擴(kuò)大其作用面積來避免這一矛盾。圖圖0001,00,;24 ,42;(0.740.25)(42)tbhttpc mhbb bbUtb UbhFfbbh h 其中臨界界面位置臨界界面位置6 6 : :圖8（一）、概（一）、概 述述（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗 沖切承載力的計(jì)算沖切承載力的計(jì)算對(duì)比對(duì)比（四）、關(guān)于尺寸

10、效應(yīng)的介紹（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（五）、結(jié)（五）、結(jié) 語(yǔ)語(yǔ)關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹7 7 : :迄今為止，對(duì)于如何反映構(gòu)件尺寸對(duì)沖切承載力的影響，各國(guó)學(xué)者和規(guī)范意見并不統(tǒng)一，函數(shù)度量形式各異。 尺寸效應(yīng)是指由某( 幾) 種材料構(gòu)成的物體( 如混凝土梁或板) 的特定性質(zhì)或關(guān)聯(lián)指標(biāo)( 如抗力) 對(duì)該物幾何尺寸的某種依賴關(guān)系 比如， 16 世紀(jì)初，達(dá)芬奇( LEONARDO DV) 發(fā)現(xiàn)懸吊物體的繩索長(zhǎng)短與荷重之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。盡管人們很早就注意到尺寸效應(yīng)，由于問題的復(fù)雜性，對(duì)本質(zhì)規(guī)律的把握仍有待深入，包括 ACI 在內(nèi)的許多規(guī)范在抗沖切設(shè)計(jì)中暫未考慮構(gòu)件尺寸的影響，這無疑將影響到公

11、式的精度。m2111=(1) (1)(1,2. ;1,2. )inmijiiijiinim jn式中，i為各數(shù)據(jù)組編號(hào)，總共組；為第組內(nèi)試件編號(hào)，為第組試件數(shù)；為反映柱長(zhǎng)比、支承條件等其他未考慮參量影響的系數(shù)；i關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹7 7 : :ij09 /ih圖散點(diǎn)分布關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹7 7 : :項(xiàng)目參評(píng)度量式選用規(guī)范. .板厚范圍（試件總數(shù)）（共個(gè)試件，含基礎(chǔ)板）1/40(400/)h01.6/1000h01200/ h811086BS、日本土木學(xué)會(huì)EC2CEB-FIP90表 4 尺寸效應(yīng)分析結(jié)果附注: 表中所列試件均為周邊簡(jiǎn)支無腹筋板，板厚單位取 m

12、m; 各組試件的縱筋屈服強(qiáng)度值均一致; 關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹7 7 : :（一）、概（一）、概 述述（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（二）、沖切破壞機(jī)構(gòu)特征的介紹（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗（三）、正方形、圓形作用面構(gòu)件抗 沖切承載力的計(jì)算沖切承載力的計(jì)算對(duì)比對(duì)比（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（四）、關(guān)于尺寸效應(yīng)的介紹（五）、結(jié)（五）、結(jié) 語(yǔ)語(yǔ)結(jié)結(jié) 語(yǔ)語(yǔ): : 沖切破壞沒有任何征兆,屬于脆性破壞,非常危險(xiǎn),實(shí)際工程中應(yīng)盡量避免。 各國(guó)規(guī)范都是自成系統(tǒng)，我國(guó)規(guī)范在抗沖切計(jì)算考慮沖切影響因素不夠全面,隨著高強(qiáng)混凝土的使用、矩形短柱在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用等,應(yīng)該對(duì)混凝土抗剪強(qiáng)度取值、沖切周長(zhǎng)(短柱邊長(zhǎng)比)以及縱筋率進(jìn)行深入研究。 我國(guó)規(guī)范較多借鑒美國(guó)ACI,由于采用不同的破壞錐體模型、混凝土抗剪強(qiáng)度以及考慮不同影響因素,不同國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范所作出的具體規(guī)定就不盡相同。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn): :1田文秀,趙均海 .考慮抗彎鋼筋影響的混凝土板沖切承載力計(jì)算J .強(qiáng)度與環(huán)境，2007，34（5）：36-37.2王立閣 .鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗沖切承載力影響因素分析J .工程技術(shù)，2012，19（64）：643焦楚杰 ，源于縱筋混凝土劈裂的無腹筋板沖切模型J .土木建筑與環(huán)境工程，2011，33（2）：24-2