桁架拱模型鋼筋混凝土抗剪承載力探究

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1、桁架拱模型鋼筋混凝土抗剪承載力探究　　摘要：本文建立了鋼筋混凝土框架柱斜截面受剪承載力計算的桁架-拱模型，該模型考慮了斜裂縫出現(xiàn)后混凝土抗壓強度降低的特性，理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比表明，桁架拱模型是合理的，提出的計算公式可作為抗剪承載力設(shè)計的參考。關(guān)鍵字：桁架拱模型鋼筋混凝土抗剪承載力中圖分類號：TU375文獻標識碼：A文章編號：1、前言《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中提出了斜向水平荷載作用下的鋼筋混凝土矩形截面柱的受剪承載力計算公式，這個公式是在超強系數(shù)法的基礎(chǔ)上建立起來的，仍需要在試驗和理論分析的基

2、礎(chǔ)上提出合理可行的受力模型，深入分析雙向受剪破壞的機理。本文結(jié)合桁架拱模型進一步的分析了剪切破壞機理，并提出了桁架模型的鋼筋混凝土梁抗剪承載力的計算公式。2、受彎構(gòu)件的抗剪承載力分析2.1受彎構(gòu)件分類6《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱“規(guī)范”)依據(jù)跨高比將受彎構(gòu)件分為兩類：深受彎構(gòu)件和一般受彎構(gòu)件?？绺弑取?.0為一般受彎構(gòu)件；深受彎構(gòu)件是指跨高比＜5.0的單跨梁或連續(xù)梁。深受彎構(gòu)件又可分為深梁和短梁，根據(jù)分析和試驗的結(jié)果，國內(nèi)將跨高比≤2.0的簡支梁和≤2.5的連續(xù)梁視為深梁，大于深梁但小于5.

3、0的梁稱為短梁。2.2破壞模式和抗剪承載力分析在荷載作用下，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件力的傳遞隨剪跨比、跨高比的減小由桁架作用過渡到拱的作用，破壞模式也相應(yīng)地由剪壓破壞模式過渡到梁腹拱身混凝土開裂破碎的斜壓破壞模式。一般受彎構(gòu)件的抗剪承載力計算模型采用如圖1所示的桁架-拱模型，在該模型中假設(shè)鋼筋為桁架結(jié)構(gòu)，混凝土形成拱形承載體，兩者共同作用抵抗外荷載。對于深梁，由于剪跨a較小，破壞模式以斜壓破壞為主，桁架-拱模型轉(zhuǎn)化為縱向鋼筋（包括縱向腹筋）為拉桿，混凝土為受壓弧形拱的拉桿-拱模型，該模型中，縱形鋼筋和

4、豎向垂直腹筋（通常為箍筋）共同作用形成對拱的骨架約束作用，但垂直腹筋的作用較小。短梁的破壞模式處于斜壓破壞和剪壓破壞的過渡，該模式可采用桁架-拱模型，此時腹筋所起的約束作用增強。圖1桁架-拱模型由上述深梁的破壞模式可以發(fā)現(xiàn)，深受彎構(gòu)件的受剪承載力須考慮垂直水平腹筋和垂直腹筋對“拱”的增強作用。受彎構(gòu)件的抗剪承載力公式可歸結(jié)為：式（1）6——構(gòu)件斜截面抗剪承載力；——斜截面上混凝土的抗剪承載力；——斜截面上垂直腹筋的抗剪承載力；——水平縱筋的抗剪承載力。根據(jù)《規(guī)范》，受彎構(gòu)件抗剪承載力計算公式如下

5、：均布荷載作用下一般受彎構(gòu)件的斜截面抗剪承載力計算公式：式（2）集中荷載作用下一般受彎構(gòu)件的斜截面抗剪承載力計算公式：式（3）均布荷載作用下深受彎構(gòu)件的斜截面抗剪承載力計算公式：式（4）集中荷載作用下深受彎構(gòu)件的斜截面抗剪承載力計算公式：式（5）（1）對于一般受彎構(gòu)件中式3中的剪跨比，，當時，取，當時，取，為集中荷載到受彎構(gòu)件支座的水平距離。（2）為簡化計算，深受彎構(gòu)件抗剪承載力計算不再劃分深梁和短梁，將的簡支鋼筋混凝土單跨梁和的簡支鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁統(tǒng)一，當時，均??；對于的計算，時，取，時

6、，取。6（3）由式4可以發(fā)現(xiàn)，均布荷載作用下的深受彎構(gòu)件的受剪承載力只與有關(guān)。當時，項系數(shù)為1.4，與式5中集中荷載作用時的項計算結(jié)果相同。（4）規(guī)范做到了深受彎構(gòu)件與一般受彎構(gòu)件較好的銜接，即當時，式（4）、（5）與一般受彎構(gòu)件抗剪承載力計算公式一致。（6）一般受彎構(gòu)件不考慮縱向鋼筋對抗剪承載力的貢獻。（7）對于集中荷載作用下的受彎構(gòu)件，剪跨比是梁內(nèi)彎矩與剪力的相對比值的最直接的表面反映，所以，它是影響鋼筋混凝土受彎構(gòu)件抗剪強度的重要因素。3、影響受彎構(gòu)件抗剪承載力的因素3.1混凝土強度當構(gòu)

7、件截面尺寸一定時，混凝土強度與受彎構(gòu)件抗剪強度成正比。3.2配箍率和箍筋強度試驗表明，受彎構(gòu)件配箍率和箍筋強度在一定范圍內(nèi)增大時，受彎構(gòu)件抗剪承載力越大。3.3截面形式的影響尺寸效應(yīng)的存在使得梁高越大，在產(chǎn)生臨界斜裂縫的時候，裂縫撕裂作用越明顯，因此，隨著梁高的增大，抗剪強度會降低。63.4剪跨比試驗表明，受彎構(gòu)件的抗剪承載力隨著剪跨比的增大而減小。3.5荷載作用形式荷載作用形式的不同將導致梁內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)差異導致破壞模式的不同，從而決定了受彎構(gòu)件抗剪強度的不同。3.6縱向鋼筋配筋率的影響縱筋對抗剪承

8、載力的貢獻主要體現(xiàn)兩個方面：銷拴力直接承擔的剪力和縱筋對受壓區(qū)混凝土約束增強作用。3.7支座形式支座約束條件的差異將直接導致連續(xù)梁和簡支梁抗剪承載力的差異。3.8軸向力的影響承受軸向壓力和拉力的受剪構(gòu)件，軸向為拉力時，抗剪能力減??；軸向為壓力且小于一定范圍時，抗剪能力增大；軸向壓力超過一定范圍時，抗剪能力減小。結(jié)束語6《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）關(guān)于受彎構(gòu)件的抗剪承載力計算公式簡單，物理概念明確，便于比較分析，但是現(xiàn)行《規(guī)范》并沒有充分考慮縱向鋼筋、支座形式和