钢筋混凝土深受弯构件斜截面抗裂计算方法.pdf

第 3 2卷第 5期 2 0 1 0年 5月 人民黄河 YEL LOW RI VER V1 1 3 2 No 5 M 2 0l 0 【 水利 水 电工 程 】 钢筋混凝土深受弯构件斜截面抗裂计算方法 夏 成 ， 李平先 ， 胡香芹 ( 1 郑州大学 水利与环境 学院， 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ； 2 湖南省水利水 电勘测设计研究院 ， 湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 ) 摘要： 对 l 0根深受弯构件受集中荷载作用下的斜截面抗裂性能进行试验。结果表明： 影响斜截面抗裂性能的主要 因 素有剪跨比、 混凝土强度、 粱的截面形式及尺寸， 粱斜截面开裂剪力与跨高比( 均布荷栽作用时) 、 纵向配筋率、 混凝土施 工质量和养护备件等因素有关。结合国内外6 9根深受弯构件的试验资料对开裂剪力进行了回归分析， 同时按9 5 的保 证率给出了开裂剪力的建议计算公式， 对比计算表明该公式计算值与试验值符合性良好 ， 关键词 ：斜截面 ；深受弯构件 ；开裂剪力 ；抗裂计算 中图分类号 ：T U 5 2 8 5 7 l ； T V 3 3 2 文献标识码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0一l 3 7 9 2 0 1 0 0 5 0 5 1 跨高比z 。 h5 0的简支钢筋混凝土 跨梁或多跨连续 梁被称为深受弯构件 。 深受 弯构 件具有 大 的承载 力， 闪此 不 仪广泛应用于建筑工程 【 J ， 而儿普 遍应川 于水 _ l 、 港1 - 、 铁路 、 公路 、 市政等 土木 领域 。 深受 弯构件 的跨 高比较小 ， 荷 绒作川下弯矩较小， 而剪力却l相对较高。 对于剪跨比较小的深 受弯梁 ， 在垂肖裂缝刚 刚出现还 未充 分发展 时 ， 泉 虻 订 可能 I 观 斜 裂缝 ， 有 的在还 未出现垂直裂缝时就先出现斜裂缝 此 ， 更 、 准确地对深受弯构件进行斜截 开裂荷载计算足 常 必婴的 1 试验概况 共进行 r 1 0根 梁的试验 ， 试 验梁采 两 点对 称加 载 ( 1 ) 。 T - 斤顶 ； 衙载传感器 ； 分配梁； 百分发 ； 垫片 ； 棍 ； 试验梁 ； 支墩 ； 应变 片； 钢板 ； 试验 台 图 1 加载装置示意 试件混凝土的没汁强度 等级 为 C 2 0 ， 水泥为 4 2 5 R 通硅 酸盐水泥， 中粗砂、 碎石粒径为 1 0 2 0 n l ll l 。配合 比为水泥 ： 砂 ： 碎4 i =1： 3 0 5： 4 9 7 ， 水扶 比 W C = O 6 0 6 3 ， 机械拌合 。 纵阳钢筋 均采用直径为 1 6 mm和 1 8 I1 1 11 1 的 H R B 3 3 5级钢筋 ， 腹 筋采用直径 为 6 I11 1 1 l 的 HP B 2 3 5钢筋 。 I 1 2 川 分表测链梁的挠度 ； 腹筋应变情 况采川顶 电阻应变 片N ti t ， 【 乜 阻膻 变片布越 化 均 在支 及J J I l 裁点 连线 附近 ( 估 计将 要出现斜 裂缝 的位置 ) ， 纵 向受拉钢 筋应 变片则设 置住距 离支座边缘 3 0 mn 及跨 中币 I J 1 4跨 巾处 ： 力通过 传感 器测 渎。各测餐仪表 的数据 l 计算机 自动 采集 ， 时采朋人 i 读数 的方法进行校核 。 2 试验结果及分析 2 1 试验 结果 所有试验梁斜 截而的开裂倚 载 极限简载 及卡 【 j 应的 办体 劈裂抗拉 强度 见表 1 。 其 1 | ： A为剪跨 比 为混凝 l 卜 抗拙 强度 ， 为玎裂 力。 为破坏倚载。 表 1 试验结果 2 2深受弯构件的受力特性 从加载到破坏 ， 深受弯构件的 f ： 作状态 呵分 为弹性 i 作 阶 收 稿 日期 ： 2 0 0 9 0 5 - 2 7 作者简介 ： 夏成( 1 9 8 2 1 ， 男， 湖 南衡 阳人 硕 士研 宪生 ， 研 究 方向为 水工 斯材 料 及 其 性 能 E maj l ： 68 0 66 78 5 q q ( * o nl 人 民 黄 河2 0 1 0年第 5期 段 、 带裂缝 工作 阶段 、 破坏 阶段 。 ( 1 ) 弹性 阶段 。裂缝 出现前 ， 试验 梁处 于弹性工作 阶段 ， 混 凝土截面应变分布基本上符合平截面假定。 ( 2 ) 带裂缝工作 阶段。当荷 载加至破 坏荷 载的 1 0 一 3 0 时 ， 一般在纯弯段或 加荷 点下最大 弯矩 附近梁 的底 部 出现 第 1 条 正裂缝 ， 它标 志着深受弯梁弹性 工作 阶段结束进 入带裂 缝 工作 阶段 ， 随着荷 载的增加 ， 不 断出现新 的正裂缝 ， 并 向梁 的 中部发 展 ， 同时在剪跨段 也出现弯剪 裂缝 。当荷 载加至 破坏荷 载的 3 0 5 0 时 ， 在剪跨 段出现腹剪裂缝 ， 随着荷载 的增 加 ， 其中一条腹剪裂缝迅速向加载点及支座延伸形成临界斜裂缝 。 此裂缝的出现和发展使梁的刚度明显降低 ， 荷载挠度曲线明显 弯曲 ， 梁 中内力 出现重分布 。 ( 3 ) 破坏 阶段 。当加载 到一定 值 ， 拱肋 的混凝 土被 压碎 或 剪压 区混凝 土达 到极 限强度时 ， 梁将发生 斜压或 剪压破 坏。这 时通过临界斜裂缝的腹筋一般都能屈服， 而对斜拉破坏来说 ， 临界裂缝 的出现 标志着梁的破坏 。 2 3 破 坏 形态 试验中梁的剪切破坏形态有斜压破坏、 斜拉破坏、 剪压破 坏 ， 其 中 3根梁发生 斜压 破坏 、 1根 梁发生斜 拉 破坏 、 6根梁 发 生剪压破坏 。 2 4 影响斜截面抗裂性能的主要因素 影响斜截面抗裂性的因素归纳起来主要有以下 3种。 ( 1 )剪跨比。 剪切破坏是混凝土在正应力和剪应力共同作 用下达到某个极限而引起的， 因此正应力和剪应力的分布情况 与斜 裂缝的出现 、破坏形态 和斜截 面承 载力 的大小直接 相关 。 剪跨比反映了正应力 与剪应力 r的相互关系 。 当给定梁 的截面尺寸和材料 时 ， 试验得到梁 的 ( b h 。 )随剪跨 比 A的 增 大而降低 。 ( 2 ) 混凝土强度。 梁的斜截 面剪切破坏在很大程度上取决 于 斜裂缝 出现的早晚和发展 ， 这 与混凝土抗拉强度 密切相关 。 研 究表明， 随着混凝土强度的提高， 梁的斜截面抗裂剪力增大。 ( 3 ) 梁 的截面形式及尺寸 。试验表明 ， 梁的截面尺寸越大其 斜截面开裂剪力越大， 开裂剪力与截面尺寸基本上成线性关系。 此外 ， 粱斜截面开裂剪 力还 与跨高 比( 均布荷 载作用 时 ) 、 纵 向配筋率 P、 混凝土施工质量 和养护条件等因索有关 。 3 斜截面抗裂计算方法 3 1 计算方法模型 根据试验 ， 斜 裂缝 出现在剪 跨 区段 内某 个位置 ， 可 以计 算 出该截 面的正应力与剪应力及 主拉 应力和 主压应力 。 利用混 凝 土在双向受力时的强度特性 ， 可导出斜截面的开裂剪力与混凝 土抗拉 强度 成正 比 ： 一 L b hn A + k 2 式中： A为剪跨 比； 。 、 k 2为待定常数。 3 2 计算公式的建立 对 于常用的 C 3 0一C 6 0混凝 土 ， 经 分析 得到 k ：= 0 5 0 1 ， 取 k = 0 5 。根据本次试验并结合国内外6 9根深受弯构件试验资 料 ， 在 回归分析 的基础上 ， 同时考虑 9 5 的保证率 ， 得到开裂剪 力 的计算公 式为 = b h 。 ( 2 ) 当 A 2 5时 ， 取 A =2 5 。 开裂剪力试验 值 与式 ( 2 ) 计算 结果 对 比见表 2 ， 可 见两 者 比较吻合。由于影响斜截面抗裂性的因素众多， 加之各试验者 所采用的试验方法 、 加 荷速度 和 观察手 段有 所不 同 ， 因此试 验 资料存在离散性是不 可避 免的 。 表 2开裂剪力试验值与计算值 比较 4 结语 斜截面开裂剪力大小随着剪跨比的增大而减小， 随着混凝 土强度等级的提高和梁截面尺寸增大而增大。按 9 5 的保证 率 给出的开裂剪力计算 公式 ( 2 ) ， 可 以对 深受 弯构 件斜 截 面开 裂剪力进行较好的估计， 该式具有形式简单、 物理意义明确、 与 实 际符合 性较 好 等优 点 。但是 ， 影 响斜 截 面 抗 裂性 的 因素 众 多， 更准确的开裂剪力计算方法还有待于进一步研究。 参考文献 ： 1 中华人民共和 国电力工 业部西北勘测 没计研究 院S L T 1 9 1 - - - 9 6水 工钢筋 混凝土结构设计规范 S 北京 ： 中围水利水 电出版社 ， 1 9 9 7 2 李平先 ， 丁 自强 ， 赵广田 有腹筋钢筋混凝 土短 梁抗剪 强度 的试验研究 J 郑州工学 院学报 ， 1 9 9 3 ， 1 4 ( 1 ) ： 1 1 2 3 张雷顺 ， 郭进 军 ， 刘 军 钢筋 混凝 土 迭合梁 受力 性 能分 析 J 人 民黄河 ， 1 9 9 8， 2 0( 1 0) ： 12 4 蔡 中民 混凝土结构试验与检测技术 M 北京 ： 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 5 刘瑞 ， 张志铁 ， 王湘清 ， 等 水工钢筋混凝土结 构学 M 北京 ： 中国水利 水电 出版社 ， 1 9 9 6 6 武汉水电学院 钢筋混 凝土深 梁的实验 研究 J 武汉水 电学 院学报 ， 1 9 7 9 ( 1 0 )： 3 5 7 D P a iv a S t r e n g t h a n d B e h a v i o r o f D e e p B e a m s i n s h c a r J A S C E， 1 9 6 5 ( 5 ) ： 1 0一 l 3 8 李娟 H R B 5 0 0 级箍筋混凝 土梁斜 截面受力性 能试验 D 长沙： 湖南大学 ， 2 00 7 【 责任编辑张华岩】 1 l 3