混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（三）：承載能力極限狀態(tài)計(jì)算一一一一…工程建設(shè)………一一;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài).(二)斜截面2影響斜截面受剪承載力的其它因素(,漪栽彤集中荷載,均布荷載.復(fù)雜荷載,間接加載以及截面同時(shí)承受軸向力等.圖17連續(xù)粱和約束緊斜截面破壞的主要形態(tài)(a)一;斟壓破壞;(b)一剪壓破壞;(c)一斜拉破壞構(gòu)婁型簡(jiǎn)支粱.連續(xù)梁和約束桀.{j)截面狀矩形.T形以及工形截面等.3受彎構(gòu)件的截面跟翱條件新JH規(guī)范規(guī)定截面限制條件的目的,是防止發(fā)電斜壓破壞,限制使用荷載F的斜裂縫寬度,也是控制最大配箍宰的條件規(guī)范規(guī)定受彎掏件的截面應(yīng)符合F列要求:一般受彎掏件KQ<0-3&tt,o(47)薄腹繁斜裂縫開(kāi)展較大的掏件KQ<0-2bIl0(48)述規(guī)定存在的問(wèn)題:n卜般受鴦掏件薄腹粱的界限不清,新規(guī)范通過(guò)試驗(yàn),用/b值區(qū)分.56根T形工形和[形截面配箍簡(jiǎn)支粱(=0-5～/b=2.26～1嘎C=26-7～485N/rmn~)斜壓破壞試驗(yàn)所得的埋b與/b關(guān)系如圖培所示.45根簡(jiǎn)支粱試驗(yàn)斜裂縫寬度為0-/~nm時(shí),.b與/b的關(guān)系如圖l9所示.圖中為斜壓破壞時(shí)的剪力值:為斜裂縫寬度為0.~mn時(shí)的剪力值;為截面舳腹板高度,矩形截面取有效高度h,T形截面取有效高度減去翼緣高度,工形截面取腹板凈高.由圖l&新規(guī)范對(duì)一般受彎掏件取h_/b=4對(duì)薄腹粱取/b=&生h./b圉l9/ebh0與h/b的關(guān)系A(chǔ)～新規(guī)范Q)由圖l8中實(shí)線可見(jiàn),原規(guī)范對(duì)一般受彎構(gòu)件的截面限制條件規(guī)定偏檢為滿足正常使用條件下斜裂縫寬度不超過(guò)0.~mn,故取vg=/1.55.由圖19巾實(shí)線可見(jiàn),原規(guī)范的規(guī)定也是偏松的.新規(guī)范采用圖l8和圖19中的虛線,將(47)式l中的系數(shù)O3降低為0-25,即受彎構(gòu)件的受剪截面限制條件為:當(dāng)≤4時(shí)V<~0-25c49)k當(dāng)≥6時(shí)V~<0-2(50)當(dāng)4<{<6時(shí),按直線內(nèi)插法取片{.D式中v——剪力設(shè)計(jì)值.試驗(yàn)說(shuō)明,T形粱翼緣對(duì)剪壓破壞起增強(qiáng)作爿{,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖∞和圖21,說(shuō)明其截面限制條件可以考慮放松因此,在新規(guī)范條文注中說(shuō)明,對(duì)T肜或工形截面的簡(jiǎn)支受彎構(gòu)件,當(dāng)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)時(shí),(49)式中的系數(shù)可改用O3≥圉2o翼緣對(duì)剪匿破壞的增強(qiáng)作用囝21T形槳的剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值1,f卜面0"071.5.O辛4受彎構(gòu)件的斜截面受剪承載打原規(guī)范規(guī)定,受彎掏件斜截面受剪承載力按(51)式計(jì)算.對(duì)集中荷載作用下的矩形截面簡(jiǎn)支粱,由集中荷載在計(jì)算截面產(chǎn)生的剪力值占該截面總剪力值80%以上.且集中荷載作用點(diǎn)至支座之間的距離a>1.7時(shí),其受剪承載力按(52)式計(jì)算Q0-07Kbho+~,Rh0Q=而0.4R.bl~+爭(zhēng)51)f52)式中——抗剪強(qiáng)度影響系數(shù),當(dāng)KQ/b≤0.2I~N",=2O;當(dāng)KQ/bho=O3R時(shí),h=l-5,當(dāng)KQ/bho為中間數(shù)值時(shí).0(kh值按直線內(nèi)插法取用:m——計(jì)算截面的剪跨比,m=M,/Qb~,MO——分別為訃算截面的彎矩和剪力.E述規(guī)定存在的問(wèn)題:(1)原艦范對(duì)連續(xù)粱和集中荷載下剪跨比較太的禁,其受剪承載力的可靠度偏低.口值低于《建筑結(jié)』旬設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,受剪承載力計(jì)算公式需給予適當(dāng)調(diào)整c2源規(guī)范計(jì)算公式物理意義不明確:新規(guī)范明確受剪承載力計(jì)算值是強(qiáng)度控制區(qū)的偏下限,由滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)口要求的下包線求得:它不代表極限抗剪強(qiáng)度,不是試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)平均值V.=無(wú)腹筋粱受剪承載力+配箍后受剪承載力提高值.(3)無(wú)腹筋粱的受剪承載力V1茼支梁簡(jiǎn)支粱在集中荷載作用F截面的彎矩和剪力都扉大,該截面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力都很高.當(dāng)斜裂縫頂魯B的受壓區(qū)混凝土在正應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用下述到極限狀態(tài)時(shí),粱發(fā)生剪壓破壞+因此,剪跨比工是影響受剪承載力V值的主要因素之一.此外,粱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)和受拉縱筋配筋率對(duì)V,值都有顯著的影響,為簡(jiǎn)化計(jì)算,忽略受拉縱筋對(duì)值的影響.大量試驗(yàn)所得的b與的關(guān)系見(jiàn)圖乜開(kāi)列強(qiáng)度與破壞強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)圖23.由圖說(shuō)明:對(duì)于大剪跨.許多試驗(yàn)點(diǎn)低于原規(guī)范(盟)式第一項(xiàng)的計(jì)算曲線,偏于不安壘.對(duì)于小剪跨,強(qiáng)度雖高,但開(kāi)裂強(qiáng)度低;當(dāng)五<駙,斜裂縫穿過(guò)整個(gè)剪跨,縱筋拉力大,有可能飆支座拔出.因此取<2時(shí)作為Vr上限值是合適的,即=oo7(bh.間接加載和直接加載破壞強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)圖說(shuō)明隨著i減小+破壞強(qiáng)度與開(kāi)裂強(qiáng)度的差值加大+規(guī)定上限值就可以解決此矛盾.均布荷載下簡(jiǎn)支粱不存在彎矩和剪力同時(shí)都最大的截面,剪切破壞的位置不是在剪力最大的支座截面+而是在彎矩和剪力都偏大的截面,剪切破壞的位置與粱的跨高比b有關(guān).當(dāng),較小時(shí)+破壞位置接近跨中:當(dāng)f門較大時(shí)+破壞位置靠近支座.大量試驗(yàn)所得的抗剪開(kāi)裂強(qiáng)度與破壞強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度與棚的關(guān)系分別見(jiàn)圖25和圖&由圖說(shuō)明,隨著f/k的減小,破壞強(qiáng)度有較大提高,而出現(xiàn)斜裂縫的開(kāi)裂強(qiáng)度提高不多Vo=儺,是取用?/IIo>8粱的試驗(yàn)點(diǎn)下包線,其目的與集中荷載下簡(jiǎn)支粱相同.因此采用的計(jì)算公式也是合適的.0,3o02500o15OlO0,07.}f1,1,<,?|\'一,;\1趲卜卜},jTf.1.714012345678tiff22集中荷載作用下,無(wú)腹筋簡(jiǎn)支粱與z的關(guān)系一薔=芋:一薔=.0.3cb"cb一卜原規(guī)范昔怒》一蠢=.~0.07圖231一開(kāi)裂:22.0Z1,0》開(kāi)裂強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度破壞:3一破壞開(kāi)裂重臺(tái),l1\一I(=_癌'廠'卜一_]±lI圖24間接加載的破壞強(qiáng)度n3.0.2n111z一7～—=05101520圖25均布荷載作用下簡(jiǎn)支槳的抗剪開(kāi)裂強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度l一破壞強(qiáng)度:2一開(kāi)裂強(qiáng)度,05O403妻晶;l|.,02510I52025,,26均冉f戴作川F簡(jiǎn)主豢的抗剪強(qiáng)度'i的美系羔:0-07Cb2)連續(xù)梁集中荷載F的連續(xù)粱(圖27),在支座及加載截面的彎矩和剪力都很大,這_二個(gè)部位都會(huì)出現(xiàn)斜裂縫.當(dāng)粱跨中正彎矩M大于支座負(fù)彎矩M一時(shí),剪切破壞發(fā)生在正彎矩區(qū).當(dāng)粱支唐負(fù)彎矩超過(guò)正彎矩時(shí).剪切破壞發(fā)生在負(fù)彎矩區(qū),粱的受剪承裁力V^隨著lM一/MI值的加大而降低.當(dāng)M一/Ml=1時(shí)最低V降低的原因:一是斜裂縫與縱笳相交后,沿縱筋出現(xiàn)通長(zhǎng)的牯結(jié)裂縫,反彎點(diǎn)不再是縱筋受拉和受壓的分界點(diǎn),從支座到加載點(diǎn),LF縱筋都處于受拉狀態(tài)(印由圈27a發(fā)展為圖27b).二是保護(hù)層混凝土不再能充分發(fā)揮作用,受壓區(qū)高度x減小.由于D=+T2,受壓區(qū)的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力相應(yīng)加大,因此值下降.(a)(b)lD2尸.+DTIL圖27蓮續(xù)粱的應(yīng)力重分布(a)一粘結(jié)裂縫出現(xiàn)前{b)一牯結(jié)裂縫臥現(xiàn)后B～粘結(jié)開(kāi)裂集中荷載下,lM/Ml=1的連續(xù)粱試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)幽28.由圈可見(jiàn),連續(xù)粱的下包線比簡(jiǎn)支粱低比原規(guī)范也低.新規(guī)范考慮實(shí)際工程的彎矩比千變?nèi)f化,統(tǒng)一采用了連續(xù)粱的下包線,即集中荷載下的無(wú)腹筋粱.其受剪承載力按(63)式計(jì)算.=e(53)式_1]——訃算截面的剪j!夸比,量=a/h:當(dāng)j<1-4時(shí),取=1-4,V=0-07t[.b1%;當(dāng)>3葉,取i=3.V=0-045fb0.40.30.2010070翻無(wú)腹筋連續(xù)槊的的關(guān)系(麗M-=1J均布荷載F的連續(xù)粱,隨著lM/M{的加大,支座截面的廣義剪跨比M/Vh加大,因此梁的受剪承載力含有所降低.大量試驗(yàn)所得的V/fbk與}M/M—l關(guān)系見(jiàn)圈其下包線與簡(jiǎn)支梁(圖26)相間因此,新規(guī)范對(duì)于均布荷載下的無(wú)腹筋粱,其受剪承載力統(tǒng)一按(54)式計(jì)算.=0-07~b~0《54)強(qiáng)度(4)有腹筋粱的受剪承載力=+V試驗(yàn)1籠明,粱內(nèi)配置一定數(shù)量的箍筋能有效地提高粱的受剪承載力表樂(lè)粱內(nèi)配箍后受剪承載力的提高程度,不能理解為箍筋的受剪承載力.大量試驗(yàn)結(jié)果分析如下:,瑚支梁集中荷載F試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圈30,匈布荷載下試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖31由圈可見(jiàn),箍筋對(duì)受剪承載力提高程度的斜率均為12)連續(xù)梁集中荷載下試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖32,其斜率為1-Z5.對(duì)照簡(jiǎn)支粱斜率15的曲線可以看出,許多磚驗(yàn)點(diǎn)坻于該曲線,說(shuō)明連續(xù)梁的配箍對(duì)受剪承載力圜蠱》p??r,/r,圖30集中荷載作用下簡(jiǎn)支粱的受剪承載力一m,{040?3善吡01,●/一(,,,A00.02005n10p..r,/f.圖31均布荷載作用下簡(jiǎn)支鬃的受翦承載力一贏07+5,o,}蠱≥1,●':●●}':I聾iP"￡/It32集中荷載作用下連續(xù)粱的受剪承載力(I}【=1一筒支粱;2一0-07+125P}一裔045+1—25a,}的提高程度比簡(jiǎn)支粱要低.均布荷載下試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖弘其斜率為1.戥它與簡(jiǎn)支粱相同3)開(kāi)j票集中荷載下試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖21.說(shuō)明T形梁的受剪承載力可以采用均布荷載下矩形粱的計(jì)算公式,不必再考慮剪跨較大時(shí)受剪承載力的降低./?夕一;P-.￡/f.圈33均布荷載作用下蓮續(xù)粱的受翦承載力一嵩一+--毒現(xiàn)將新規(guī)范規(guī)定及其與原規(guī)范的差異說(shuō)明如F:(a)集中荷載作用下矩形截面受彎構(gòu)件統(tǒng)一采用連續(xù)粱的試驗(yàn)結(jié)果.其受剪承載力按(55)式計(jì)算.為簡(jiǎn)化計(jì)算,式中剪跨比取用^=a/h代替原規(guī)范采用的m=MA/I~,這樣處理對(duì)連續(xù)粱偏于安壘.適用范圍:由原規(guī)范的簡(jiǎn)支粱改為獨(dú)立粱(包括連續(xù)粱):集中荷載在計(jì)算截面產(chǎn)生的勢(shì)力占該截面總剪力值80"/o以上.改為支座截面的75*/,以上,使一些原先需要按集中荷載計(jì)算的粱改為按均布荷載計(jì)算.對(duì)于大剪跨的下限值,由o.osR.b改為o.o45f~;箍筋提高程度的斜率由1.5～2.0改為1.25.;=害+l_25爭(zhēng)(55)式中^——計(jì)算截面的剪跨比,當(dāng)i<14時(shí),取i=14'當(dāng)^>3時(shí),取^=3.(b)矩形,T形和工形截面豹一般受彎構(gòu)件,其受剪承載力按(56)式計(jì)算,箍筋提高程度V的斜率由1.5L2.0改為l丘V;=007fobl~+1,5'(56)(c)(55)式和(56)式中第二項(xiàng)系數(shù)并不表示斜裂縫水平投影長(zhǎng)度,第二項(xiàng)也不能理解為箍筋的受剪承載力該兩式不僅能保證粱不會(huì)發(fā)生剪切破壞.同時(shí)也能保證在使用階段不會(huì)出現(xiàn)寬度超過(guò)0.:h'ran的斜裂縫新規(guī)范對(duì)箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值怍了補(bǔ)充規(guī)定,L取值不得大干310N/nma2,即當(dāng)箍筋采用Ⅲ鋼筋時(shí),其抗拉強(qiáng)度只能瑯用Ⅱ級(jí)鋼筋的抗拉強(qiáng)度.(d)(55)式和(56)式中第一項(xiàng)雖然是無(wú)腹筋粱的受剪承載力,由于考慮到它的剪切破壞具有明顯的脆性,尤其是斜拉破壞,一旦出現(xiàn)斜裂縫,粱即壞,單靠混凝土承受剪力是不安壘的.因此新規(guī)范規(guī)定,剪力設(shè)計(jì)值V≤V時(shí),桑應(yīng)按構(gòu)造要求配置箍筋(e)最小配箍率就是構(gòu)造配箍要求它能促進(jìn)破壞形態(tài)的轉(zhuǎn)化,廷緩發(fā)生剪切破壞,提高梁的受剪承載力,保證避免發(fā)生斜拉破壞:同時(shí),還能抑制斜裂縫的發(fā)展,抵抗因溫度和收縮等而l起的拉力,增加縱向鋼筋的錨固.新規(guī)范將原規(guī)范的最小配箍率.O015R/Rlj改為P=0—02(/'.s預(yù)應(yīng)力混凝土受彎掏件的斜截面受剪承載力原規(guī)范沒(méi)有提出預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的斜截面受剪承載力計(jì)算公式試驗(yàn)研究說(shuō)明,預(yù)應(yīng)力混凝士梁與非預(yù)應(yīng)力混凝土粱相比,不僅具有抗裂度高剛度大,耐久性好等一系列優(yōu)點(diǎn),而且預(yù)應(yīng)力還有提高受剪承載力的作用下面分別說(shuō)明預(yù)應(yīng)力對(duì)受剪承載力的有剝作用:(1)提高受剪承載力的原因預(yù)應(yīng)力的作用可以阻撩斜裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展,增加混蠔土剪壓區(qū)的高度,改善斜裂縫間的骨抖咬合作用.)影響受剪承截力時(shí)因常除非預(yù)應(yīng)力梁的影響因素外,尚與預(yù)應(yīng)力告力N的大小以及預(yù)應(yīng)力臺(tái)力作用點(diǎn)的位置有關(guān)N產(chǎn)生的彎矩與外彎矩方向相反(圖34),即N在重心線以下時(shí).才能考慮它的有利作用:N在重.tL,線以上時(shí),則不能考慮它的有利作用.(j)預(yù)虛力對(duì)受剪承載力的提高程度V隨/r,(為粱換算截面重心處的混凝土壓應(yīng)力)的增大而增加,見(jiàn)圈35,但當(dāng)/c超過(guò)0.3～0-4時(shí),出現(xiàn)下降的趨勢(shì)33根預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支架的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖36.墨}圈34麗應(yīng)力混凝土槧的受力圖oo.1o2no4oj./r.圖35預(yù)應(yīng)力混凝+-~vg/f,bK與d的關(guān)系由圖36可得預(yù)應(yīng)力混凝土粱受剪承載力的計(jì)算公式(57).=.+=Vo+∞0(57)式中——斜截面上混凝土和箍筋的受剪承載力,按(55)式或(56)式確定:.——計(jì)算截面上混凝土法向預(yù)應(yīng)力等于零時(shí)的預(yù)應(yīng)力筋及非預(yù)應(yīng)力筋的臺(tái)力.Zn3n20l/一p?-c,t￡罔36預(yù)應(yīng)力混凝土梨與A一一V-一O.0.5N.n:0.07+15rt)e一釧褂¨p.毒的關(guān)系P,}.p辛.圈37預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度,.,范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力值的變化(57)式即為新規(guī)范規(guī)定的預(yù)應(yīng)力混凝土粱受剪承載力計(jì)算公式,同時(shí)規(guī)定:1)當(dāng)N砷)0-3^肘,取N=03.2)對(duì)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土粱計(jì)算截面aee于傳力長(zhǎng)度l.范圍內(nèi)(圖37)時(shí),應(yīng)取用截面a處的實(shí)際預(yù)應(yīng)力值.3)由于缺乏預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)粱及允許出現(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支粱的試驗(yàn)資料,這類構(gòu)件以及由N引起的截面彎矩與外彎矩方向相同的情況均取0-4)預(yù)應(yīng)力混凝土粱的構(gòu)造配箍條件為V<+OO貿(mào),其最小配箍率P和截面限制條件與一般受彎構(gòu)件相同.6.矩形截面偏心受壓構(gòu)件韻斜截面受剪承載力原規(guī)范沒(méi)有提出偏心受壓構(gòu)件的斜截面受剪承載力計(jì)算公式.試驗(yàn)研究說(shuō)明,軸向壓力的作用及其影響因素與預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件相同,其受剪承載力隨Nbh的增大而增加,見(jiàn)圖38;當(dāng)N~NI=04～O5時(shí),受剪承載力達(dá)到最大值.嘏根框架桂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖拽當(dāng)扎=2時(shí),受剪承載力隨N恤的加大而提高不多,甚至沒(méi)有提高,裂縫一出現(xiàn)就開(kāi)展較寬.隨日口發(fā)生對(duì)角斜拉破壞,延性極差,因此選種短桂在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免.030.2j之01——℃——旦6一IP-.#=0.C6~00204050.8N/fbh圍38v/f,b~與Nbh的關(guān)系善:0.064及其破壞形態(tài)如圖40所示,斜裂縫可能穿過(guò)垂直裂縫向f:發(fā)展;當(dāng)軸向拉力N過(guò)大時(shí),斜裂縫末端無(wú)剪壓區(qū)而呈剪拉破壞受剪承載力隨N增大而降低,17根偏拉構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4l.[r,/陶39框架柱與}的關(guān)系=0.08+l_25#}¨I1)