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学习笔记 | 砼斜截面承载力计算(2)——计算原理

结构先声  · 公众号  · 建筑设计  · 2024-10-15 17:38

主要观点总结

文章总结了钢筋混凝土斜截面承载力的计算方法,包括计算原理、斜截面破坏形态、一般受弯构件斜截面受剪承载力计算、预应力提高的受剪承载力计算,以及偏心受压、偏心受拉构件中轴力对受剪承载力的影响。文章还讨论了不同规范中对斜截面承载力计算方法的修改和补充。

关键观点总结

关键观点1: 斜截面承载力计算考虑因素众多,需要从计算与构造两方面达到相关设计目的。

斜截面承载力计算不仅涉及混凝土、箍筋和弯起纵筋的受力情况,还受到剪跨比、外界荷载分布形式、轴力等因素的影响。

关键观点2: 现行斜截面承载力计算方法以74《砼规》相关规定为基础,在89《混规》中成型,后期标准规范只做了少量细节修改与补充。

规范中对斜截面承载力计算方法进行了逐步放大,不同规范的箍筋用量和受剪承载力计算公式有所不同。

关键观点3: 斜截面破坏主要有三种形态:斜压破坏、剪压破坏、斜拉破坏,其中斜压破坏和斜拉破坏属于脆性破坏类型,一般通过构造措施予以避免。

规范通过控制截面最小尺寸和箍筋最小配筋率来避免斜压破坏和斜拉破坏的发生。

关键观点4: 一般受弯构件的斜截面受剪承载力计算涉及混凝土、箍筋、弯起钢筋、预应力筋与轴向力的作用。

最终将各项受剪承载力线性累加为最终承载力。偏心受力构件(柱)与一般受弯构件(梁)的斜截面抗剪承载力计算公式基本相同,但对柱的斜截面抗剪承载力计算考虑了轴向力的影响。


正文




上期文章 对74《砼规》、89《混规》、02《混规》和10《混规》中钢筋混凝土斜截面承载力计算方法进行了总结,得到如下结论:

1、斜截面承载力计算考虑因素众多,需要从计算与构造两方面达到相关设计目的;

2、现行斜截面承载力计算方法以74《砼规》相关规定为基础,在89《混规》中成型,后期标准规范只做了少量细节修改与补充;

3、箍筋用量是斜截面承载力计算的主要设计结果,规范通过放大系数进行了逐步放大,89《混规》相对74《砼规》可能增加1.0~2.0(1.5)倍,02《混规》相对89《混规》可能增加1.5(1.25)~1.25(1.0)倍,10《混规》相对02《混规》可能增加1.0~1.25倍。




本期文章讨论一下现有钢筋混凝土斜截面承载力计算方法的基本原理,以方便理解该方法的前提假定、适用范围及改进可能性。



斜截面破坏形态

试验表明,无腹筋梁的受剪破坏形态可通过剪跨比 (其中,a为剪跨,即剪力到支座的距离;h 0 为截面有效高度)进行区分,斜截面破坏主要有三种形态 [1] 斜压破坏、剪压破坏、斜拉破坏,如下图所示。 当矩形截面简支梁承受集中荷载时,剪跨比与我们熟悉的广义剪跨比相同,即 (其中,M、V为截面承受的弯矩与剪力设计值)



试验表明,一般情况下当 λ <1时,易发生斜压破坏;当 λ >3时,易发生斜拉破坏;当1≤ λ ≤3时,易发生剪压破坏。斜压破坏与斜拉破坏属于脆性破坏类型,一般通过构造措施予以避免,目前规范通过控制截面最小尺寸避免出现斜压破坏,通过控制箍筋最小配筋率避免出现斜拉破坏。由于剪压破坏承载力变化幅度较大,需要通过计算来验算构造措施是否满足斜截面受剪承载力。



一般受弯构件(梁)斜截面受剪承载力计算

对于有腹筋梁,受剪承载力由混凝土、箍筋和弯起纵筋(非弯起纵筋也可提供部分受剪承载力)提供,斜截面受剪承载力设计值采用如下公式形式:

1 混凝土剪压区受剪承载力设计值Vc计算方法

存在腹筋时(箍筋、弯起钢筋),受剪承载力影响因素众多,难以掌握规律,因此规范给出的受弯构件斜截面混凝土部分受剪承载力计算公式是根据无腹筋梁试验结果给出,如下图所示:

从图中可以看出:

(1) 无腹筋梁混凝土剪压型破坏受剪承载力试验结果离散性很大;

(2) 不同外界荷载分布形式(均布荷载、集中荷载)所得混凝土部分受剪承载力影响因素与统计规律存在差异;

(3) 为保证安全,对无腹筋梁受剪承载力取值为下包线,如下式所示:

均布荷载:

2、箍筋受剪承载力设计值Vs计算方法

箍筋提供的斜截面受剪承载力计算公式如下所示:

得到该公式的基本思路是假定弯剪斜裂缝水平投影长度为h0(即认为梁的受剪斜裂缝与轴线呈45度角),且h0范围内所有箍筋(h0/s)达到受拉强度设计值,则箍筋所承受的剪力总和极大值即为与斜裂缝相交箍筋受剪承载力设计值。理解箍筋的受剪承载力计算公式,需要注意以下两点:

(1) Vs中大部分为箍筋提供的受剪承载力,其中还隐含着因箍筋约束提高的混凝土剪压区受剪承载力,通过抗剪强度影响系数 α 体现;

(2) 为逐步提高可靠度,89《混规》、02《混规》和10《混规》中,一般受弯构件的 α 取值1.5、1.25和1.0;集中荷载作用下的独立梁 α 分别取值1.25、1.0和1.0。


3、弯起钢筋受剪承载力设计值Vsb计算方法

弯起钢筋的受剪承载力设计值按如下公式计算:



由预应力提高的受剪承载力计算



偏心受压、偏心受拉构件中轴力对受剪承载力的影响

轴向压力与预应力类似,对斜截面抗剪存在有利影响,计算截面斜截面受剪承载力时增加0.07N,其中N为与剪力设计值对应的轴向压力设计值。

轴向拉力对斜截面抗剪存在不利影响,计算截面斜截面受剪承载力时减小0.2N,其中N为与剪力设计值对应的轴向拉力设计值。



小结

本文总结了现有钢筋混凝土斜截面承载力计算方法依据的计算原理,可以看出:

1、钢筋混凝土构件抗剪问题比较复杂,斜截面抗剪承载力计算方法中存在不少前提假定;

2、斜截面抗剪承载力计算时,分别考虑混凝土、箍筋、弯起钢筋、预应力筋与轴向力等的作用,再最终线性累加为最终承载力;

3、偏心受力构件(柱)与一般受弯构件(梁)的斜截面抗剪承载力计算公式基本相同,对柱的斜截面抗剪承载力计算考虑了轴向力的影响。


参考文献:

[1] 东南大学,天津大学,同济大学. 混凝土结构设计原理[M]. 第六版. 北京:中国建筑工业出版社,2016.

[2] TJ 10-74 钢筋混凝土结构设计规范 [S]. 北京:中国建筑工业出版社,1974.

[3] GBJ 10-89 钢筋混凝土结构设计规范 [S]. 北京:中国建筑工业出版社,1989.

[4] GB 50010-2002 混凝土结构设计规范 [S]. 北京:中国建筑工业出版社,2002.







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