正文

2.6 斜截面承載力計算

2014全國一、二級注冊結構工程師專業(yè)考試教程 作者:宋玉普 著


2.6 斜截面承載力計算

2.6.1 受彎構件斜截面承載力計算

2.6.1.1 現(xiàn)行規(guī)范受彎構件斜截面受剪承載力計算方法

1.斜截面受剪承載力計算公式

斜截面承載力Vu由三部分組成(圖2.6-1),即斜裂縫上端混凝土余留截面所承擔的剪力Vc;與斜裂縫相交的箍筋所承擔的剪力Vsv;與斜裂縫相交的彎起鋼筋所承擔的剪力Vsb。

由平衡條件可得:

Vu=Vc+Vsv+Vsb=Vcs+Vsb

式中 Vcs——混凝土和箍筋共同承受的剪力。

《混凝土結構設計規(guī)范》做了如下規(guī)定:

(1)矩形、T形和I字形截面一般受彎構件,當僅配置箍筋時,其斜截面受剪承載力應符合下列規(guī)定:

VVcs (2.6-1)

978-7-111-45870-8-Chapter02-328.jpg

圖2.6-1 抗剪計算模式

978-7-111-45870-8-Chapter02-329.jpg

式中 V——剪力設計值;

Vcs——混凝土和箍筋的受剪承載力設計值;

αcv——斜截面混凝土受剪承載力系數(shù),對于一般受彎構件取0.7;對集中荷載作用下(包括作用有多種荷載,其中集中荷載對支座截面或節(jié)點邊緣所產(chǎn)生的剪力值占總剪力的75%以上的情況)的獨立梁,取978-7-111-45870-8-Chapter02-330.jpg ,λ為計算截面的剪跨比,可取λ等于a/h0,當λ小于1.5時,取1.5;當λ大于3時,取3;a取集中荷載作用點至支座截面或節(jié)點邊緣的距離;

Asv——配置在同一截面內箍筋各肢的全部截面面積:Asv=nAsv1,此處,n為在同一截面內箍筋的肢數(shù),Asv1為單肢箍筋的截面面積;

s——沿構件長度方向的箍筋間距;

fyv——箍筋抗拉強度設計值。

Vαcvftbh0時,可不進行斜截面受剪承載力計算,按構造配筋。所謂按構造配筋必須同時滿足以下三個條件即:ddmin;ssmaxρsvρsv,min。dmin、smaxρsv,min分別為箍筋的最小直徑、最大間距、最小配箍率,由《混凝土結構設計規(guī)范》給出。

(2)矩形、T形和I字形截面同時配有箍筋和彎起鋼筋時應滿足下列規(guī)定:

VVcs+Vsb (2.6-3)

Vsb=0.8Asbfysinαs (2.6-4)

式中 Vcs——混凝土和箍筋承擔的剪力設計值,按式(2.6-2)計算;

Asb——同一彎起平面內的彎起鋼筋截面面積;

αs——彎起鋼筋與構件縱向軸線的夾角。

2.斜截面承載力計算公式的適用條件

矩形、T形和I字形截面的受彎構件,為避免斜壓破壞,截面尺寸應符合下列條件:

978-7-111-45870-8-Chapter02-331.jpgV≤0.25βcfcbh0 (2.6-5)

978-7-111-45870-8-Chapter02-332.jpgV≤0.2βcfcbh0 (2.6-6)

978-7-111-45870-8-Chapter02-333.jpg 時,按線性內插法確定。

式中 V——構件斜截面上的最大剪力設計值;

βc——混凝土強度影響系數(shù):當混凝土強度等級不超過C50時,取βc=1.0;當混凝土強度等級為C80時,取βc=0.8;其間按線性內插法確定;

fc——混凝土軸心抗壓強度設計值;

hw——截面的腹板高度:對矩形截面,取hw=h0;對T形截面取hw=h0-hf;對I字

截面取腹板凈高,即hw=h-hf-hf

斜截面受剪承載力計算時,除應滿足截面尺寸限制條件外,當Vαcvftbh0時,箍筋的配箍率978-7-111-45870-8-Chapter02-334.jpg 還應滿足配箍率大于最小配箍率的要求,即ρsvρsv,min。限制箍筋的最小配箍率,其目的是為了防止斜拉破壞。

978-7-111-45870-8-Chapter02-335.jpg

3.斜截面計算時的控制截面

斜截面受剪承載力計算時,設計剪力的控制截面應按下列規(guī)定采用:

(1)支座邊緣的截面(圖2.6-2)

(2)受拉區(qū)彎起鋼筋彎起點處的截面(圖2.6-2)

(3)箍筋截面面積或間距改變處的截面(圖2.6-2)

978-7-111-45870-8-Chapter02-336.jpg

圖2.6-2 斜截面受剪承載力設計值的計算截面

a)彎起鋼筋 b)箍筋

1-1支座邊緣處的斜截面;2-2、3-3受拉區(qū)彎起鋼筋彎起點的斜截面;4-4箍筋截面面積或間距改變處的斜截面

(4)腹板寬度改變處的截面

4.板類受彎構件斜截面受剪承載力計算

一般板類受彎構件是不配置箍筋和彎起鋼筋的。其斜截面受剪承載力應按下式計算:

V≤0.7βhftbh0 (2.6-8)

978-7-111-45870-8-Chapter02-337.jpg

式中 V——剪力設計值;

βh——截面高度影響系數(shù):當h0<800mm時,取h0=800mm;當h0>2000mm時,取h0=2000mm;

ft——混凝土軸心抗拉強度設計值。

【例2.6-1】 一鋼筋混凝土矩形截面簡支梁,截面尺寸、擱置情況及縱筋數(shù)量見圖2.6-3。該梁承受均布荷載設計值90kN/m(包括自重),混凝土強度等級為C20(ft=1.1N/mm2、fc=9.6N/mm2),箍筋為熱軋HPB300級鋼筋(fyv=270N/mm2),縱筋為熱軋HRB400級鋼筋(fy=360N/mm2)。

求:箍筋和彎起鋼筋的數(shù)量

解答:1.求剪力設計值

支座邊緣處截面的剪力最大值

978-7-111-45870-8-Chapter02-338.jpg

圖 2.6-3

978-7-111-45870-8-Chapter02-339.jpg

2.驗算截面尺寸

978-7-111-45870-8-Chapter02-340.jpg

屬厚腹梁,應按式(2.6-5)驗算截面尺寸。

混凝土強度等級為C20,fcu,k=20N/mm2<50N/mm2故取βc=1。

0.25βcfcbh0=0.25×1×9.6×200×460N=220800N>Vmax,截面符合要求。

3.驗算是否可按構造配箍

0.7ftbh0=0.7×1.1×200×460N=70840N<V=205200N,故需進行配箍計算。

4.只配箍筋而不用彎起鋼筋

978-7-111-45870-8-Chapter02-341.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-342.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-343.jpg 8雙肢箍,n=2,Asv1=50.3

978-7-111-45870-8-Chapter02-344.jpg

實配978-7-111-45870-8-Chapter02-345.jpg 8@90

978-7-111-45870-8-Chapter02-346.jpg

最小配箍率978-7-111-45870-8-Chapter02-347.jpg (可以)

5.若同時配箍筋和彎起鋼筋

假定箍筋選用978-7-111-45870-8-Chapter02-348.jpg 8@150雙肢箍,縱筋彎起角αs=45°

978-7-111-45870-8-Chapter02-349.jpg

根據(jù)梁的實際配筋情況可將中間一根978-7-111-45870-8-Chapter02-350.jpg 22鋼筋彎起。實際彎起鋼筋截面積Asb=380.1mm2,彎起點處的剪力978-7-111-45870-8-Chapter02-351.jpg ,見圖2.6-4。

978-7-111-45870-8-Chapter02-352.jpg

VVcs,故需繼續(xù)彎起一排鋼筋。

但實際情況是3根鋼筋必須有2根通入支座,即只能彎起1根??烧{整箍筋間距,選978-7-111-45870-8-Chapter02-353.jpg 8@130,此時Vcs=167kN>V,可不必繼續(xù)彎起。

【例2.6-2】 一鋼筋混凝土矩形截面簡支梁,跨度4m,截面尺寸200mm×600mm,荷載如圖2.6-5a所示,采用C20混凝土,箍筋用熱軋HPB300級鋼筋。

要求:配置箍筋

解答:

1.求剪力設計值

見圖2.6-5b。

2.驗算截面條件

978-7-111-45870-8-Chapter02-354.jpg

圖2.6-4 【例2.6-1】圖

βc=1(fcu,k<50N/mm2),hw=h0=565mm,978-7-111-45870-8-Chapter02-355.jpg ,則

0.25βcfcbh0=0.25×1×9.6×200×565N=271200N>VA,截面尺寸符合要求。

3.確定箍筋數(shù)量

該梁既受集中荷載,又受均布荷載,但集中荷載在兩支座截面上引起的剪力值占總剪力值的75%以上。

A支座:978-7-111-45870-8-Chapter02-356.jpg

B支座:978-7-111-45870-8-Chapter02-357.jpg

根據(jù)剪力的變化情況,可將梁分為AC、CD、DE及EB四個區(qū)段來計算斜截面受剪承載力。

AC段:978-7-111-45870-8-Chapter02-358.jpg 978-7-111-45870-8-Chapter02-359.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-360.jpg

圖2.6-5 【例2.6-2】圖

必須按計算配置箍筋

978-7-111-45870-8-Chapter02-361.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-362.jpg 8雙肢箍,n=2,Asv1=50.3mm2

978-7-111-45870-8-Chapter02-363.jpg

實配978-7-111-45870-8-Chapter02-364.jpg 8@140

CD段:978-7-111-45870-8-Chapter02-365.jpg

故CD段可按構造配箍,選用978-7-111-45870-8-Chapter02-366.jpg 8@250

DE段:978-7-111-45870-8-Chapter02-367.jpgλ=3978-7-111-45870-8-Chapter02-368.jpg

必須按計算配置箍筋

978-7-111-45870-8-Chapter02-369.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-370.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-371.jpg 8雙肢箍,n=2,Asv1=50.3mm2

978-7-111-45870-8-Chapter02-372.jpg

實配978-7-111-45870-8-Chapter02-373.jpg 8@250

EB段:978-7-111-45870-8-Chapter02-374.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-375.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-376.jpg 8雙肢箍,n=2,Asv1=50.3mm2

978-7-111-45870-8-Chapter02-377.jpg

實配978-7-111-45870-8-Chapter02-378.jpg 8@180

以上是采用分段配箍的方法配置箍筋,這給施工帶來很大不方便。一般可采用沿梁長均勻配箍或者在支座附近箍筋加密的方法配箍。如采用沿梁長均勻配置,則選978-7-111-45870-8-Chapter02-379.jpg 8@140;如采用支座附近加密箍筋的方法,則在AC段和BE段選用978-7-111-45870-8-Chapter02-380.jpg 8@140,跨中CE段選用978-7-111-45870-8-Chapter02-381.jpg 8@250。

【例2.6-3】 一鋼筋混凝土T形截面獨立簡支梁,截面尺寸、跨度、縱向鋼筋數(shù)量如圖2.6-6所示,承受一集中荷載(梁自重不計),荷載設計值為550kN,混凝土采用C30(ft=1.43N/mm2、fc=14.3N/mm2),箍筋用HRB335級鋼筋(fyv=300N/mm2),縱筋用HRB400級鋼筋(fy=360N/mm2)。

解答:

1.求剪力設計值

見圖2.6-6。

2.驗算截面條件

978-7-111-45870-8-Chapter02-382.jpg

圖2.6-6 【例2.6-3】圖

978-7-111-45870-8-Chapter02-383.jpg

0.25βcfcbh0=0.25×1×14.3×250×640N=572000N>VA=343750N

截面符合要求。

3.腹筋配置

可采用兩種方法配置腹筋:

(1)僅沿梁長均勻布置箍筋,不設彎起鋼筋。

VA=343.75kN,VB=206.25kN 故VA為控制剪力

978-7-111-45870-8-Chapter02-384.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-385.jpg 8雙肢箍,n=2,Asv1=50.3mm2

978-7-111-45870-8-Chapter02-386.jpg

實配978-7-111-45870-8-Chapter02-387.jpg 8@80。此種方法配箍最簡單,施工方便,但有些情況下,可能會浪費一些材料。

(2)同時配有箍筋和彎起鋼筋

選箍筋為978-7-111-45870-8-Chapter02-388.jpg 8@150,彎起筋與縱軸夾角為αs=45°。

978-7-111-45870-8-Chapter02-389.jpg

考慮到現(xiàn)有縱筋的配置情況,可先在支座附近彎起1978-7-111-45870-8-Chapter02-390.jpg 25,由于AC段設計剪力不變,所以只彎起一排鋼筋不能滿足抗剪承載力要求,必須再彎起一根978-7-111-45870-8-Chapter02-391.jpg 25鋼筋,如圖2.6-6所示。

CB段:978-7-111-45870-8-Chapter02-392.jpgλ=3,配箍978-7-111-45870-8-Chapter02-393.jpg 8@150

978-7-111-45870-8-Chapter02-394.jpg

故CB段只配箍筋(978-7-111-45870-8-Chapter02-395.jpg 8@150)即可滿足抗剪要求,不必設彎起鋼筋。但在實際設計中彎起鋼筋一般都是對稱布置的,雖然計算不需要但通常在B支座也像A支座一樣設兩排彎起鋼筋。

【例2.6-4】 一鋼筋混凝土外伸梁,如圖2.6-7所示?;炷翉姸鹊燃墳镃20(ft=1.1N/mm2、fc=9.6N/mm2),箍筋為HPB300級鋼筋(fyv=270N/mm2),縱筋為HRB400級鋼筋(fy=360N/mm2)。

求:腹筋的數(shù)量。

解答:1.求剪力設計值

圖2.6-7b為該梁的計算簡圖和內力圖。對斜截面承載力而言,A支座邊、B支座左邊、B支座右邊為三個危險截面。計算剪力值列于圖上。

2.驗算截面條件

βc=1,0.25βcfcbh0=0.25×1×9.6×250×360N=216000N,此值大于三截面中最大剪力值VB左(=135750N),故截面尺寸符合要求。

978-7-111-45870-8-Chapter02-396.jpg

圖 2.6-7

3.確定腹筋數(shù)量

支座A:VA=114150N

0.7ftbh0=0.7×1.1×250×360N=69300N<VA=114150N,必須按計算配置箍筋

978-7-111-45870-8-Chapter02-397.jpg

選配箍筋978-7-111-45870-8-Chapter02-398.jpg 6雙肢箍,n=2,Asv1=28.3mm2

978-7-111-45870-8-Chapter02-399.jpg

實配978-7-111-45870-8-Chapter02-400.jpg 6@120

978-7-111-45870-8-Chapter02-401.jpg

支座BVB左=135750N

0.7ftbh0=69300N<VB左=135750N

必須按計算配置箍筋,若仍配置配箍978-7-111-45870-8-Chapter02-402.jpg 6@120,實有

978-7-111-45870-8-Chapter02-403.jpg

利用已配縱筋,彎起1978-7-111-45870-8-Chapter02-404.jpg 22

978-7-111-45870-8-Chapter02-405.jpg

Vcs+Vsb=(115146+77394)N=192540N>VB左=135750N 可以還需驗算彎起鋼筋彎起點處的受剪承載力,該處剪力設計值:

978-7-111-45870-8-Chapter02-406.jpg

可不再配置彎起鋼筋。

支座BVB右=50760N

0.7ftbh0=69300N>VB右=50760N

僅需按構造配置箍筋,選配978-7-111-45870-8-Chapter02-407.jpg 6@250。

【例2.6-5】 已知截面尺寸、材料強度、縱筋配置同【例2.6-1】,箍筋配置為978-7-111-45870-8-Chapter02-408.jpg 8@150,承受均布荷載,求此梁的設計荷載q。

解答:

此題是一道校核題,需要通過計算確定此梁的設計荷載是由抗彎控制還是抗剪控制。

1.當由抗彎控制時

978-7-111-45870-8-Chapter02-409.jpg

2.當由抗剪控制時

978-7-111-45870-8-Chapter02-410.jpg

因此設計荷載由抗彎控制q=50.3kN/m

2.6.1.2 斜截面抗彎的基本概念及保證斜截面受彎承載力的構造措施

斜截面承載力包括斜截面受剪承載力和斜截面受彎承載力兩個方面。斜截面受剪承載力計算是根據(jù)斜截面上豎向力的平衡,而斜截面受彎承載力的計算則是根據(jù)斜截面上力矩的平衡。斜截面受彎承載力的計算模型如圖2.6-8所示。

對受壓區(qū)A的合力點取矩,可得斜截面的抗彎承載力。

MMAB=fyAszfyvAsvzsvfyAsbzsb (2.6-10)

與正截面受彎承載力計算不同的是彎起鋼筋和箍筋都提供了抵抗矩。

《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定受彎構件中配置的縱向鋼筋彎起、截斷、錨固及箍筋間距如果符合規(guī)范規(guī)定的構造要求,可不進行斜截面受彎承載力計算。也就是說,一般情況下斜截面抗彎承載力是通過構造保證而不必通過計算。

978-7-111-45870-8-Chapter02-411.jpg

圖2.6-8 受彎構件斜截面受彎承載力計算

1.抵抗彎矩圖

以一簡支梁為例,在進行正截面承載力計算時,首先求出設計彎矩M,然后根據(jù)承載力計算的基本公式進行配筋計算,求出As。抵抗彎矩圖就是根據(jù)梁各截面的實際配筋情況所繪制的正截面抵抗彎矩圖。抵抗彎矩圖和設計彎矩圖(對于連續(xù)結構則應是彎矩包絡圖)的關系是抵抗彎矩圖必須包住設計彎矩M圖,否則將不能滿足正截面承載力的要求。

(1)通長直筋在抵抗彎矩圖上的表示方法

一承受均布荷載的簡支梁,M圖如圖2.6-9所示。梁實際配筋為1978-7-111-45870-8-Chapter02-412.jpg 18+2978-7-111-45870-8-Chapter02-413.jpg 20,當通長布置鋼筋時,抵抗彎矩圖如圖2.6-9cd所示,即為一平直線。因為978-7-111-45870-8-Chapter02-414.jpg

所以978-7-111-45870-8-Chapter02-415.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-416.jpg

圖2.6-9 配通長直筋簡支梁的材料抵抗彎矩圖

嚴格地講,承載力MuAs的關系并不成正比,而是拋物線關系,但是在做抵抗彎矩圖時,可近似假定為成正比關系。即每根鋼筋所承擔的份額按各自的面積分配。

抵抗彎矩圖cd與M圖相切的1點是全部鋼筋即①、②、③號鋼筋的充分利用點;2點是③號鋼筋的理論切斷點,也是①、②號鋼筋的充分利用點。因此,理論切斷點和充分利用點具有相對性,同一點可以有兩種稱謂,但必須指明是相對于哪些鋼筋。

(2)彎起鋼筋在抵抗彎矩圖上的表示方法及保證斜截面抗彎的構造措施

1)彎起鋼筋在抵抗彎矩圖上的表示方法。如圖2.6-9所示跨中鋼筋為1978-7-111-45870-8-Chapter02-417.jpg 18+2978-7-111-45870-8-Chapter02-418.jpg 20,可將中間一根鋼筋即③號鋼筋1978-7-111-45870-8-Chapter02-419.jpg 18彎起。鋼筋彎起后,自起彎點開始正截面抗彎能力逐漸降低,直至G點(梁高中心點)彎起鋼筋承受的彎矩可以忽略。此時,彎矩由2978-7-111-45870-8-Chapter02-420.jpg 20承擔。圖2.6-10表示了配彎起鋼筋簡支梁的材料抵抗彎矩圖。從E至F鋼筋數(shù)量不變(1978-7-111-45870-8-Chapter02-421.jpg 18+2978-7-111-45870-8-Chapter02-422.jpg 20),因此抵抗彎矩圖為直線ef,1978-7-111-45870-8-Chapter02-423.jpg 18分別自E點和F點彎起,故正截面抗彎能力逐漸降低,至G點和H點就不再承擔彎矩,抵抗彎矩圖用斜線eg和fh表示。從G至A或從H至B抵抗彎矩由2978-7-111-45870-8-Chapter02-424.jpg 20承擔,即為水平直線ig和hj。全梁的抵抗彎矩圖為igefhj。

2)為保證斜截面抗彎承載力縱筋彎起時的構造要求。如圖2.6-11所示,a為彎起鋼筋起彎點至該鋼筋充分利用點之間的距離。

978-7-111-45870-8-Chapter02-425.jpg

圖2.6-10 配彎起鋼筋簡支梁的材料抵抗彎矩圖

978-7-111-45870-8-Chapter02-426.jpg

圖2.6-11 彎起點位置

Ⅰ—Ⅰ正截面抗彎承載力:

MⅠ-Ⅰ=Asfyz

Ⅱ—Ⅱ斜截面抗彎承載力(忽略箍筋):

MⅡ-Ⅱ=Asbfyzb+(As-Asbfyz

為保證斜截面的抗彎承載力不小于正截面承載力應滿足:

MⅡ-ⅡMⅠ-Ⅰ

Asbfyzb+(As-AsbfyzAsfyz

zbz

根據(jù)幾何關系 zb=asinα+zcosα

asinα+zcosαz

所以 978-7-111-45870-8-Chapter02-427.jpg

通常z=0.9h0

所以 a=(0.37~0.52)h0

根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》的規(guī)定取a≥0.5h0

為保證斜截面抗彎承載力要求,彎起鋼筋的起彎點至該鋼筋的充分利用點之間的距離a應大于等于978-7-111-45870-8-Chapter02-428.jpg ,且α應小于等于60°。

2.縱筋截斷在抵抗彎矩圖上的表示方法及構造要求

一般情況下正彎矩鋼筋不在跨中截斷而是直接通入支座或在支座附近彎起(承擔剪力或負彎矩),縱筋截斷通常是指負彎矩鋼筋。為了說明縱筋截斷在抵抗彎矩圖上的表示方法,仍用正彎矩鋼筋截斷為例,如圖2.6-12a所示,跨中配筋為1978-7-111-45870-8-Chapter02-429.jpg 18+2978-7-111-45870-8-Chapter02-430.jpg 20,至少應保證2978-7-111-45870-8-Chapter02-431.jpg 20直接通入支座,現(xiàn)在要求出1978-7-111-45870-8-Chapter02-432.jpg 18的截斷位置。從理論上講,①號鋼筋1978-7-111-45870-8-Chapter02-433.jpg 18的理論切斷點在B點,但1978-7-111-45870-8-Chapter02-434.jpg 18的實際切斷點應在理論切斷點以外20d處切斷,且切斷點距該鋼筋強度充分利用點的距離不應小于1.2la;當剪力較大時(V>0.7ftbh0),應在理論切斷點以外延伸不小于h0且不小于20d,且切斷點距該鋼筋強度充分利用點的距離不小于1.2la+h0,la為受拉鋼筋的錨固長度。

978-7-111-45870-8-Chapter02-435.jpg

圖2.6-12 縱向鋼筋的切斷

截斷鋼筋在抵抗彎矩圖上要出現(xiàn)一個臺階,承載力發(fā)生突變。從正截面承載力出發(fā),①號鋼筋1978-7-111-45870-8-Chapter02-436.jpg 18完全可以在理論切斷點B點切斷。但從斜截面抗彎考慮1978-7-111-45870-8-Chapter02-437.jpg 18不應在B點切斷,而是應延伸一段距離w再切斷。假如①號鋼筋1978-7-111-45870-8-Chapter02-438.jpg 18在理論切斷點B處切斷,如圖2.6-12b所示,當發(fā)生斜裂縫AB時,斜截面上的彎矩值為MAMAMB),此時,余下的鋼筋(2978-7-111-45870-8-Chapter02-439.jpg 20)就不足以承擔MA,因此我們應將①號鋼筋伸過其理論切斷點一定長度w之后才將它截斷,以保證斜截面抗彎承載力的要求。當延伸w后在C點切斷①號鋼筋,如圖2.6-12c所示,則可能產(chǎn)生AC斜裂縫,此時雖然①號鋼筋不能起到斜截面抗彎的作用,但由于與斜裂縫相交的箍筋數(shù)量的增加,足夠的箍筋拉力對A點取矩,可以補償①號縱筋的抗彎作用。

3.縱筋的錨固

在構件的簡支端,彎矩M=0,按正截面抗彎要求,受力縱筋適當伸入支座即可。但當支座邊緣或支座附近產(chǎn)生斜裂縫時,根據(jù)斜截面抗彎的要求,縱筋的拉力急劇增加,縱筋的拉力不是由支座處的彎矩MB確定,而是由斜裂縫末端的彎矩MA確定。因此《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定,鋼筋混凝土簡支梁和連續(xù)梁簡支端的下部縱向受力鋼筋,其伸入梁支座范圍內的錨固長度las(圖2.6-13)應符合下列規(guī)定:

(1)當V≤0.7ftbh0las≥5d

(2)當V>0.7ftbh0

帶肋鋼筋las≥12d

光面鋼筋las≥15d

此處,d為縱向受力筋直徑。

978-7-111-45870-8-Chapter02-440.jpg

圖2.6-13 簡支端縱筋錨固

如縱向受力鋼筋伸入梁支座范圍內的錨固長度不符合上述要求時,應采取在鋼筋上加焊錨固鋼板或將鋼筋端部焊接在梁端預埋件上等有效錨固措施。

4.抵抗彎矩圖的繪制實例

一根三跨連續(xù)梁彎矩包絡圖如圖2.6-14所示。根據(jù)對稱性只給出一半。根據(jù)正截面抗彎承載力計算,第一跨跨中配筋為3978-7-111-45870-8-Chapter02-441.jpg 20;第二跨跨中配筋為3978-7-111-45870-8-Chapter02-442.jpg 18;第一跨內支座配筋為1978-7-111-45870-8-Chapter02-443.jpg 20+3978-7-111-45870-8-Chapter02-444.jpg 18,其中1978-7-111-45870-8-Chapter02-445.jpg 20是由第一跨縱筋彎起,1978-7-111-45870-8-Chapter02-446.jpg 18是由第二跨縱筋彎起,還有2978-7-111-45870-8-Chapter02-447.jpg 18是在支座處附加直筋(兼作架立筋)。材料抵抗彎矩圖做法如圖2.6-14a和b所示。

圖2.6-14a和b抵抗彎矩圖可以說是同一個題目的兩種做法。這兩種作法切斷鋼筋、彎起鋼筋的位置略有差別,但不論哪種做法都必須是抵抗彎矩圖包住彎矩包絡圖,并且彎起鋼筋和切斷鋼筋時必須滿足斜截面抗彎的構造要求。

彎起鋼筋時,鋼筋起彎點至該鋼筋的充分利用點之間的距離應大于等于h0/2,且α≤60°。

鋼筋混凝土梁支座負彎矩縱向受拉鋼筋不宜在受拉區(qū)截斷,當必須截斷時,應符合以下規(guī)定:

(1)當V≤0.7ftbh0w≥20d;s≥1.2la

w為自理論切斷點(或稱不需要點)以外延伸長度。s為鋼筋的充分利用點至截斷點之間的距離。la為縱向受拉鋼筋的錨固長度。

(2)當V>0.7ftbh0wh0(且不小于20d);s≥1.2la+h0

式中,w、s的意義同前。

(3)若按上述規(guī)定確定的截斷點仍位于負彎矩受拉區(qū)內則需w≥1.3h0(且不小于20d);s≥1.2la+1.7h0

978-7-111-45870-8-Chapter02-448.jpg

圖2.6-14 抵抗彎矩圖做法

a)支座負彎矩鋼筋先畫彎起后畫切斷 b)先截斷彎起鋼筋的做法

必須明確當用縱筋彎起承受剪力時(圖2.6-15a),起彎點離支座的距離a越小越好,asmaxsmax為箍筋最大間距);當用縱筋彎起承受支座負彎矩時(圖2.6-15b),彎起點離支座的距離ah0/2才能承擔支座負彎矩。一般情況下彎起鋼筋既可承受支座負彎矩又可承受支座剪力的情況不多,當兩者矛盾時,可先考慮用彎起鋼筋承受支座負彎矩,支座附近用加密箍筋或附設抗剪鴨筋的方法來滿足支座抗剪要求,如圖2.6-15c所示。

根據(jù)工程設計經(jīng)驗,彎起筋或支座附加縱筋在伸過支座l/3處截斷較為適宜,l為梁的跨度。此時抵抗彎矩圖可以覆蓋彎矩包絡圖,并滿足斜截面抗彎的構造要求。還應注意的是當支座負彎矩鋼筋較多時,應分批截斷,不應在同一截面截斷,以免承載力突變。

2.6.2 偏心受壓構件斜截面受剪承載力計算

矩形、T形和I形截面鋼筋混凝土偏心受壓構件,其受剪截面尺寸限制條件與受彎構件相同,需滿足下式要求。

V≤0.25βcfcbh0

hw/b≥6 V≤0.2βcfcbh0

978-7-111-45870-8-Chapter02-449.jpg

圖 2.6-15

a)彎起筋只抗剪但不承受支座左側負彎矩 b)彎起筋只承擔支座負彎矩不承擔剪力 c)附加抗剪鴨筋

978-7-111-45870-8-Chapter02-450.jpg

式中 V——剪力設計值;

λ——偏心受壓構件計算截面的剪跨比,取為M/(Vh0);

N——與剪力設計值V相應的軸向壓力設計值;當N>0.3fcA時,取N=0.3fcAA為構件截面面積。

計算截面的剪跨比應按下列規(guī)定取用:

(1)對框架結構中的框架柱,當反彎點在層高范圍內時可取978-7-111-45870-8-Chapter02-451.jpg (圖2.6-16a)。此處,M為計算截面上與剪力設計值V相應的彎矩設計值,Hn為柱凈高。

978-7-111-45870-8-Chapter02-452.jpg

圖 2.6-16

λ<1時,取λ=1;當λ>3時,取λ=3。

(2)對其他偏心受壓構件,當承受均布荷載時,取λ=1.5;當承受集中荷載時(包括作用有多種荷載、且集中荷載對支座截面或節(jié)點邊緣所產(chǎn)生的剪力值占總剪力值的75%以上的情況),取λ=a/h0(圖2.6-16b),且當λ<1.5時取λ=1.5;當λ>3時,取λ=3;此處,a為集中荷載至支座或節(jié)點邊緣的距離。

對于框架柱,取剪跨比978-7-111-45870-8-Chapter02-453.jpg 主要是考慮到框架在水平荷載如風或地震荷載作用下,框架柱的反彎點大約在978-7-111-45870-8-Chapter02-454.jpg 處(底層可能要大些),即此時的剪跨978-7-111-45870-8-Chapter02-455.jpg ,故978-7-111-45870-8-Chapter02-456.jpg 978-7-111-45870-8-Chapter02-457.jpg

【例2.6-6】 已知一鋼筋混凝土框架柱,柱的各部尺寸如圖2.6-17所示,混凝土用C30(fc=14.3MPa,ft=1.43MPa),縱筋用HRB400級鋼筋,fy=360MPa,箍筋用HPB300級鋼筋,fy=270MPa,柱端作用彎矩設計值M=116kN·m,軸力設計值N=710kN,剪力設計值V=170kN。求:所需箍筋數(shù)量。

解答:1.驗算截面限制條件

0.25βcfcbh0=0.25×1×14.3×300×360N=386100N>170000N

截面尺寸滿足要求。

978-7-111-45870-8-Chapter02-458.jpg

圖 2.6-17

2.箍筋數(shù)量的確定

978-7-111-45870-8-Chapter02-459.jpg

N=0.3fcA=0.3×14.3×300×400N=514800N

978-7-111-45870-8-Chapter02-460.jpg

需要按計算配置箍筋

978-7-111-45870-8-Chapter02-461.jpg

選用雙肢箍筋,直徑為978-7-111-45870-8-Chapter02-462.jpg 8(Asv1=50.3mm2),則其間距978-7-111-45870-8-Chapter02-463.jpg 取用s=140mm。

2.6.3 偏心受拉構件斜截面受剪承載力計算

矩形、T形和I形截面鋼筋混凝土偏心受拉構件受剪承載力計算式為

978-7-111-45870-8-Chapter02-464.jpg

式中 N——與剪力設計值V相應的軸向拉力設計值;

λ——計算截面的剪跨比,λ的取值與偏心受壓構件相同。

考慮到偏心受拉構件可能出現(xiàn)裂縫貫通全部截面,剪壓區(qū)完全消失的特點,《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定式(2.6-12)右邊三項代數(shù)和小于第二項時,取

978-7-111-45870-8-Chapter02-465.jpg

且應滿足978-7-111-45870-8-Chapter02-466.jpg

式中978-7-111-45870-8-Chapter02-467.jpg

與偏心受壓構件相同,偏心受拉構件其受剪截面尺寸限制條件與受彎構件相同。

【例2.6-7】 一鋼筋混凝土偏心受拉構件,各部分尺寸如圖2.6-18所示,軸向拉力設計值N=98kN,跨中作用集中荷載設計值120kN?;炷翉姸鹊燃売肅30(fc=14.3MPa,ft=1.43MPa),箍筋用HPB300,fy=270MPa,縱筋用HRB400。求:箍筋數(shù)量。

解答:1.求內力(略去自重影響)

V=60kN M=90kN·m(跨中)N=98kN

2.確定箍筋數(shù)量978-7-111-45870-8-Chapter02-468.jpg ,取λ=3

978-7-111-45870-8-Chapter02-469.jpg

圖2.6-18 【例2.6-7】圖

由式(2.6-13)978-7-111-45870-8-Chapter02-470.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-471.jpg

選用雙肢箍筋直徑978-7-111-45870-8-Chapter02-472.jpg 8(Asv1=50.3mm2978-7-111-45870-8-Chapter02-473.jpg 最后取用s=140mm

978-7-111-45870-8-Chapter02-474.jpg

978-7-111-45870-8-Chapter02-475.jpg

故符合要求。


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