钢筋混凝土受冲切构件承载力计算.ppt

第八章钢筋混凝土受冲切构件承载力计算n n1 1、剪切破坏：、剪切破坏：n n 剪切破坏面贯穿构件的整个宽度，几何剪切破坏面贯穿构件的整个宽度，几何剪切破坏面贯穿构件的整个宽度，几何剪切破坏面贯穿构件的整个宽度，几何上呈柱面。如普通梁和单向板的剪切破坏。上呈柱面。如普通梁和单向板的剪切破坏。上呈柱面。如普通梁和单向板的剪切破坏。上呈柱面。如普通梁和单向板的剪切破坏。8.18.1 概述概述2、冲切破坏：斜裂破坏面围绕集中荷载区域形成大致呈空间回转截锥面或喇叭状时的破坏。它是钢筋混凝土双向板在集中荷载作用下特有的一种剪切破坏形式。3、常见的钢筋混凝土受冲切构件：柱支承无梁楼板、无梁楼盖、水池顶盖、柱下独立基础、无梁平板式片筏基础等n n1 1、冲切破坏的试验分类：、冲切破坏的试验分类：n n 1 1 1 1）集中力的反力只沿板周边作用）集中力的反力只沿板周边作用）集中力的反力只沿板周边作用）集中力的反力只沿板周边作用 2 2 2 2）集中力的反力满布板面）集中力的反力满布板面）集中力的反力满布板面）集中力的反力满布板面n n2 2、冲切破坏特征：、冲切破坏特征：n n 正截面裂缝较细，径向裂缝多而宽，无明显主裂缝，挠正截面裂缝较细，径向裂缝多而宽，无明显主裂缝，挠正截面裂缝较细，径向裂缝多而宽，无明显主裂缝，挠正截面裂缝较细，径向裂缝多而宽，无明显主裂缝，挠度较小。破坏表现为柱头连同截锥体突然从余部错动般冲脱，度较小。破坏表现为柱头连同截锥体突然从余部错动般冲脱，度较小。破坏表现为柱头连同截锥体突然从余部错动般冲脱，度较小。破坏表现为柱头连同截锥体突然从余部错动般冲脱，并在板的受拉面形成一圈撕开状裂痕，在挠度陡增时荷载骤并在板的受拉面形成一圈撕开状裂痕，在挠度陡增时荷载骤并在板的受拉面形成一圈撕开状裂痕，在挠度陡增时荷载骤并在板的受拉面形成一圈撕开状裂痕，在挠度陡增时荷载骤降，是一种脆性破坏。降，是一种脆性破坏。降，是一种脆性破坏。降，是一种脆性破坏。n n 8.2 8.2 冲切破坏特征冲切破坏特征n n1 1、材料性能、材料性能n n 1 1）砼强度：）砼强度：冲切承载力冲切承载力冲切承载力冲切承载力 V V V V 与与与与 成正比成正比成正比成正比,即即即即n n 2 2）纵向配筋：）纵向配筋：纵向配筋量加大，抗剪承载力提高纵向配筋量加大，抗剪承载力提高纵向配筋量加大，抗剪承载力提高纵向配筋量加大，抗剪承载力提高n n2 2、几何特征：、几何特征：n n 1 1）板柱尺寸：）板柱尺寸：冲切破坏荷载与柱截面尺寸约成正比，与冲切破坏荷载与柱截面尺寸约成正比，与冲切破坏荷载与柱截面尺寸约成正比，与冲切破坏荷载与柱截面尺寸约成正比，与有效板厚呈指数大于有效板厚呈指数大于有效板厚呈指数大于有效板厚呈指数大于1 1 1 1的幂函数关系的幂函数关系的幂函数关系的幂函数关系n n 2 2）板柱形状：）板柱形状：圆柱截面构件的冲切承载力比矩形截面构圆柱截面构件的冲切承载力比矩形截面构圆柱截面构件的冲切承载力比矩形截面构圆柱截面构件的冲切承载力比矩形截面构件的抗冲切承载力大件的抗冲切承载力大件的抗冲切承载力大件的抗冲切承载力大8.3 8.3 影响冲切承载力的因素影响冲切承载力的因素n n3 3：作用条件：作用条件n n 主动约束主动约束主动约束主动约束无关约束无关约束无关约束无关约束n n1 1）边界约束：）边界约束：n n 被动约束被动约束被动约束被动约束相关约束相关约束相关约束相关约束 抗冲切承载力随主动约束的加强而提高；当板自身约束较弱抗冲切承载力随主动约束的加强而提高；当板自身约束较弱抗冲切承载力随主动约束的加强而提高；当板自身约束较弱抗冲切承载力随主动约束的加强而提高；当板自身约束较弱时也随被动约束的加强而提高。时也随被动约束的加强而提高。时也随被动约束的加强而提高。时也随被动约束的加强而提高。n n2 2）冲跨比：）冲跨比：C C C C为柱截面尺寸，为柱截面尺寸，为柱截面尺寸，为柱截面尺寸，h h h h0 0 0 0为有效板厚为有效板厚为有效板厚为有效板厚 当当当当 2.52.52.52.5时，破坏锥越陡，承载力提高越快时，破坏锥越陡，承载力提高越快时，破坏锥越陡，承载力提高越快时，破坏锥越陡，承载力提高越快 当当当当 2.52.52.52.5时，影响较小，可忽略时，影响较小，可忽略时，影响较小，可忽略时，影响较小，可忽略n n3 3）荷载或反力分布：）荷载或反力分布：n n 反力沿周边支承的板其承载力小于反力满布的板的承载力反力沿周边支承的板其承载力小于反力满布的板的承载力反力沿周边支承的板其承载力小于反力满布的板的承载力反力沿周边支承的板其承载力小于反力满布的板的承载力n n n n1 1、板的抗冲切设计、板的抗冲切设计n n1 1）无腹筋板的抗冲切验算：）无腹筋板的抗冲切验算：n n如图如图n n式中：式中：式中：式中：取取取取 和和和和 n n 中的小值中的小值中的小值中的小值8.4 8.4 抗冲切承载力设计抗冲切承载力设计n n 未开孔洞：图中未开孔洞：图中未开孔洞：图中未开孔洞：图中2 2 2 2临界截面周长临界截面周长临界截面周长临界截面周长n nm m m m：板临界截面周长板临界截面周长板临界截面周长板临界截面周长 n n 开有孔洞：临界截面周长减图中开有孔洞：临界截面周长减图中开有孔洞：临界截面周长减图中开有孔洞：临界截面周长减图中4 4 4 4的长的长的长的长度度度度n n n n 配预应力筋：配预应力筋：配预应力筋：配预应力筋：n npc,mpc,mpc,mpc,m：n n 未配预应力筋：未配预应力筋：未配预应力筋：未配预应力筋：0 0 0 0n n F F F F1 1 1 1 ：局部荷载设计值或集中反力设计值局部荷载设计值或集中反力设计值局部荷载设计值或集中反力设计值局部荷载设计值或集中反力设计值 1 1 1 1）柱网均匀布置的中柱节点）柱网均匀布置的中柱节点）柱网均匀布置的中柱节点）柱网均匀布置的中柱节点 按轴心受压柱板考虑：按轴心受压柱板考虑：按轴心受压柱板考虑：按轴心受压柱板考虑：n n n n 2 2 2 2）板柱节点有不平衡弯矩（如内柱两侧）板柱节点有不平衡弯矩（如内柱两侧）板柱节点有不平衡弯矩（如内柱两侧）板柱节点有不平衡弯矩（如内柱两侧 跨度不等、边柱、角柱、有水平荷载作用）跨度不等、边柱、角柱、有水平荷载作用）跨度不等、边柱、角柱、有水平荷载作用）跨度不等、边柱、角柱、有水平荷载作用）传递单向不平衡弯矩：传递单向不平衡弯矩：传递单向不平衡弯矩：传递单向不平衡弯矩：不平不平不平不平衡弯矩指向衡弯矩指向衡弯矩指向衡弯矩指向ABABABAB边：边：边：边：n n n n n n 不平衡弯矩指向不平衡弯矩指向不平衡弯矩指向不平衡弯矩指向CDCDCDCD边：边：边：边：n n 传递双向不平衡弯矩：传递双向不平衡弯矩：传递双向不平衡弯矩：传递双向不平衡弯矩：n n n n 当考虑不同的荷载组合时当考虑不同的荷载组合时当考虑不同的荷载组合时当考虑不同的荷载组合时 应取其中的较大值作为板柱节点受冲切承应取其中的较大值作为板柱节点受冲切承应取其中的较大值作为板柱节点受冲切承应取其中的较大值作为板柱节点受冲切承载力计算用的等效集中反力设计值载力计算用的等效集中反力设计值载力计算用的等效集中反力设计值载力计算用的等效集中反力设计值n n n n与等效集中荷载与等效集中荷载与等效集中荷载与等效集中荷载 F1F1F1F1，eq eq eq eq 有关参数的计算：有关参数的计算：有关参数的计算：有关参数的计算：中柱中柱中柱中柱 （a)a)a)a)图：图：图：图：n n n n n n 边柱处边柱处边柱处边柱处 （b)b)b)b)图：弯矩作用平面垂直于自由边图：弯矩作用平面垂直于自由边图：弯矩作用平面垂直于自由边图：弯矩作用平面垂直于自由边n n n n n n 边柱处边柱处边柱处边柱处 （c)c)c)c)图：弯矩作用平面平行于自由边图：弯矩作用平面平行于自由边图：弯矩作用平面平行于自由边图：弯矩作用平面平行于自由边n n n n n n 角柱处角柱处角柱处角柱处 （d)d)d)d)图：图：图：图：n n n n n n 例例8-28-2 已已知知一一无无梁梁楼楼盖盖柱柱距距5 5mm，板板厚厚160160mmmm，砼砼：C20C20，楼楼面面竖竖向向均均布布活活荷荷载载标标准准值值7.87.8kN/kN/mm2 2 试试验验算算中中柱柱柱柱帽帽上上缘缘处楼板的抗冲切承载力。处楼板的抗冲切承载力。n n解解：荷载：楼板自重：荷载：楼板自重 0.16 0.16m25 m25 kN/kN/mm3 3=4.0 kN/=4.0 kN/mm2 2 n n 20 20mmmm厚水泥砂浆抹面厚水泥砂浆抹面 0.4 0.4 kN/kN/mm2 2 n n 20 20mmmm厚混合砂浆抹面厚混合砂浆抹面 0.34 0.34 kN/kN/mm2 2 n n 结构自重结构自重4.74 4.74 kN/kN/mm2 2 1.2 1.2=5.69 kN/=5.69 kN/mm2 2 n n 楼面荷载楼面荷载 7.8 7.8 kN/kN/mm2 2 1.3 1.3=10.14 kN/=10.14 kN/mm2 2 n n 荷载设计值总计荷载设计值总计 p=15.83 kN/p=15.83 kN/mm2 2 n n有效板厚有效板厚h h0 0=160-25=135mm(=160-25=135mm(按两个方向平均按两个方向平均)n n 计算截面周长计算截面周长 mm=4=4(1000+135)=4540(1000+135)=4540mmmmn n 因因h h0 0800mm800mm，取取 h h=1.0=1.0；n n s s=12=12，取取 s s=2=2 1 1=0.4+1.2/=0.4+1.2/s s=1.0=1.0n n作为中柱，作为中柱，s s=40=40，2 2=0.5+=0.5+s s h h0 0/4 /4 mm=0.8=0.8n n n n n n=min=min（1 1，2 2）=0.8=0.8n n抗冲切能力为抗冲切能力为n n0.70.7hfhft tm h0=0.7 m h0=0.7 1.0 1.1 0.8 4540 135/1000=376.30 1.0 1.1 0.8 4540 135/1000=376.30 kNkNn n冲切剪力冲切剪力n n因因370.22376.30370.22376.30，故中柱柱帽上缘处楼板满足抗冲切要求，故中柱柱帽上缘处楼板满足抗冲切要求n n n n2 2）抗冲切配筋设计：）抗冲切配筋设计：n n当验算不满足时当验算不满足时 可在柱周板内配抗剪钢筋，提高抗冲切能力。可在柱周板内配抗剪钢筋，提高抗冲切能力。n n截面尺寸限制条件：截面尺寸限制条件：n n配筋面积：配筋面积：n n 配置箍筋配置箍筋n n n n 配置弯起钢筋配置弯起钢筋构造要求：n n 例例8-28-2 将将例例题题8-18-1所所示示无无梁梁楼楼盖盖取取消消柱柱帽帽做做为为屋屋盖盖，板板厚厚 砼砼强强度度不不变变，屋屋面面承承受受均均布布活活荷荷载载标标准准值值1.51.5KN/KN/mm2 2 试试板板的的抗冲切设计抗冲切设计。n n解解：荷载：屋面板自重：荷载：屋面板自重 4.0 kN/4.0 kN/mm2 2 n n 刚性防水层刚性防水层 0.96 0.96kN/kN/mm2 2 n n 顶棚顶棚 0.25 0.25 kN/kN/mm2 2 n n 结构自重结构自重5.21 5.21 kN/kN/mm2 2 1.2 1.2=6.25 kN/=6.25 kN/mm2 2 n n 屋面活载屋面活载 1.5 1.5 kN/kN/mm2 2 1.4 1.4=2.1 kN/=2.1 kN/mm2 2 n n 荷载设计值总计荷载设计值总计 p=8.35 kN/p=8.35 kN/mm2 2 n n h h0 0=135mm =135mm h h=1.0 =1.0 1 1=1.0=1.0n n mm=4=4(300+135)=1740(300+135)=1740mmmmn n s s=40=40，=min =min（1 1，2 2）=1.0=1.0n n n n n n抗冲切能力为抗冲切能力为n n0.70.7 h hf ft tmm h h0 0=0.7=0.7 11.1 1 1740 135/1000=180.87 11.1 1 1740 135/1000=180.87 kNkNn n冲切剪力冲切剪力n n因因180.87206.04180.871.5 mm1.5 h h0 0=202.5mm=202.5mmn n n n采用采用HPB235HPB235钢筋钢筋4545弯起弯起 则则n n选选用用12 12 则则根根数数 n=973.21/113.1=8.6n=973.21/113.1=8.6根根 实实际际采采用用1212根根，每每方方向向3 3根。根。n n3 3）柱帽的设计：）柱帽的设计：n n柱帽的柱帽的柱帽的柱帽的3 3 3 3中型式中型式中型式中型式n n（a a a a）图无顶柱帽图无顶柱帽图无顶柱帽图无顶柱帽 用于板面荷载较小时用于板面荷载较小时用于板面荷载较小时用于板面荷载较小时n n（b b b b）图折线形柱帽图折线形柱帽图折线形柱帽图折线形柱帽 用于板面荷载较大时用于板面荷载较大时用于板面荷载较大时用于板面荷载较大时n n（c c c c）图有顶柱帽图有顶柱帽图有顶柱帽图有顶柱帽 n n抗剪设计：按下图的倾斜坡度及尺寸设计抗剪设计：按下图的倾斜坡度及尺寸设计抗剪设计：按下图的倾斜坡度及尺寸设计抗剪设计：按下图的倾斜坡度及尺寸设计 则不存在冲切问题则不存在冲切问题则不存在冲切问题则不存在冲切问题n n柱帽抗弯设计：一般按构造要求配筋即可柱帽抗弯设计：一般按构造要求配筋即可柱帽抗弯设计：一般按构造要求配筋即可柱帽抗弯设计：一般按构造要求配筋即可 n n 设置柱帽能提高抗冲切承载力设置柱帽能提高抗冲切承载力设置柱帽能提高抗冲切承载力设置柱帽能提高抗冲切承载力 但施工麻烦但施工麻烦但施工麻烦但施工麻烦 且不美观且不美观且不美观且不美观 因此因此因此因此优先采用配置腹筋以提高承载力。优先采用配置腹筋以提高承载力。优先采用配置腹筋以提高承载力。优先采用配置腹筋以提高承载力。n n2 2、基础的抗冲切设计、基础的抗冲切设计n n 基础分类：阶形基础和锥形基础基础分类：阶形基础和锥形基础n n 破坏位置：柱与基础交接处破坏位置：柱与基础交接处 阶形基础变阶处阶形基础变阶处 锥形基础倾锥形基础倾斜段斜段n n 破坏形式：沿柱边呈破坏形式：沿柱边呈4545倾斜的角锥面倾斜的角锥面n n n n 冲切承载力验算：沿基础长边方向地基反力较大的一侧取一个冲切界面冲切承载力验算：沿基础长边方向地基反力较大的一侧取一个冲切界面验算验算n n 柱与基础交接处：柱与基础交接处：n n n n 阶形基础阶形基础 锥形基础锥形基础n n 方形基础（c图)方形基础（b图)n n 变阶处抗冲切承载力验算：方法与基础交接处同变阶处抗冲切承载力验算：方法与基础交接处同 只需将式只需将式中中ac c、bc c以变阶处的平面尺寸代替即可。以变阶处的平面尺寸代替即可。n n n n n n n n 例例8-38-3 已已知知一一柱柱下下独独立立基基础础，柱柱截截面面尺尺寸寸600 600 400400mmmm 基基础础平平面面尺尺寸寸300 300 25002500mmmm 柱柱边边基基础础高高度度850850mmmm，柱柱边边第第一一阶阶宽宽400400mmmm，高高350350mmmm，基基底底反反力力最最大大值值P Ps s=210=210 kN/kN/mm2 2砼砼：C15C15，试验算抗冲切承载力。试验算抗冲切承载力。n n解解：因因柱柱边边第第一一阶阶宽宽高高比比400/3501400/3501，需需验验算算柱柱与与基基础础交交接接处处的的抗抗冲冲切切能能力力 a ac c=600mm=600mm、b bc c =400mm=400mm，h h0 0=850-40=810mm=850-40=810mm，h h=1-0.1=1-0.1(850-800(850-800）/（2000-8002000-800）=0.9958=0.9958n n b b 2b 2bc c+2 h+2 h0 0n n （满足要求）（满足要求）n n n nn n n n n n基础变阶处的抗冲切验算基础变阶处的抗冲切验算n n a ac c=600+2=600+2 400=1400mm 400=1400mm b bc c =400+2=400+2400=1200400=1200 mm mm，n nh h0 0=850-350=460mm=850-350=460mm，h h=1=1n n （满足要求）（满足要求）n n n nn n n n