（水工结构工程专业论文）钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力计算方法研究.pdf

原创性声明 f 舢删f f 型f 幽f 幽删j f f f j 舢 y 1 8 3 j j c ：i i 岑d 。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文懈苍甲甲 1 5 1 辫i ：为局年乡月日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 荟甲甲 同期：) 矽o 年6 月同 摘要 摘要 本文应用数理统计原理对国内外3 0 7 根( 其中国内1 5 2 根，国外1 5 5 根) 集中荷载下的钢筋混凝土有腹筋梁的剪压破坏试验结果进行了统计分析，在回 归分析的基础上提出了具有9 5 保证率的钢筋混凝土有腹筋梁斜截面受剪承载 力计算方法，并将其与现行我国规范中的计算方法进行了比较。通过分析比较 得出以下主要结论： 1 根据3 0 7 根( 其中国内1 5 2 根，国外1 5 5 根) 集中荷载下有腹筋剪压破 坏梁的试验数据，通过回归分析建立的具有9 5 保证率的受剪承载力计算方法： 圪= 0 5 f t b h o + 厶争 。 ( 1 ) 在此方法的特点是不包括参数剪跨比，根据与试验结果的对比，试验值与 计算值的比值其均值为1 4 9 1 ，均方差为0 4 3 2 ，变异系数为0 2 9 0 。 2 无腹筋梁受剪承载力可按下式计算 k = o 5 2 6 j i l d ( 2 ) 根据收集到的2 3 1 根( 其中集中荷载1 9 9 根，均布荷载3 2 根) 无腹筋钢筋 混凝土梁试验数据，试验值与式( 2 ) 的比值其均值为2 2 4 4 ，均方差为1 3 l ， 变异系数为0 5 8 4 。 3 当考虑剪跨比时 k = 熹僦 ( 3 ) 式中，名= m ，且1 5 a53 。当2 3 时，取2 = 3 。 根据收集到的1 9 9 跟集中荷载下无腹筋钢筋混凝土梁的试验数据，试验值 与式( 3 ) 的比值其均值为1 7 1 4 ，均方差为0 6 0 4 ，变异系数为0 3 5 2 。 4 考虑广义剪跨比的受剪承载力建议计算方法： 圪= 丽15 6 j 3 ，6 h 0 0 4 8 9 + 厶争j i i ；o ( 4 ) “ 旯+ “ 叫s ” ( 4 、 式中，旯= m ，且1s as3 。当2 3 时，取2 = 3 。 摘要 根据与试验数据的对比，试验值与式( 4 ) 的比值其均值为1 2 8 0 ，均方差 为0 3 0 2 变异系数为0 2 3 6 。 关键词：钢筋混凝土；梁；受剪承载力；剪压破坏；广义剪跨比；回归分析 w e br e i n f o r c e m e n t ( i n c l u d i n g15 2d o m e d t i ca n d15 5o v e r s e a s ) ，u s i n gr e g r e s s i o n a n a l y s i sm e t h o d ，t h es t a t i s t i cc a l c u l a t i n gf o r m u l ao fs h e a rc a p a c i t yo fs h e a rf a i l u r e b e a m sw i t h9 5p e r c e n t a g ed e g r e eo fc o n f i d e n c ei s p r o p o s e di n t h i sa r t i c l e s ，t h e n c o m p a r e dt h i sc a l c u l a t i o nm e t h o d sw i t he x i s t i n gs t a r d a n d m a i nc o n c l u s i o n so ft h i s p a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 b a s e do nt h ec o l l e c t e d3 0 7 ( i n c l u d i n g15 2d o m e d t i ca n d15 5o v e r s e a s ) t e s t d a t au n d e rc o n c e n t r a t e dl o a do fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m sw i t hw e br e i n f o r c e m e n t a n dt h er e g r e s s i o na n a l y s i s ，ac a l c u l a t i o nm e t h o do fs h e a rc a p a c i t yo fr e i n f o r c e d c o n c r e t eb e a m sw i t hw e br e i n f o r c e m e n tw i t h9 5p e r c e n t a g ed e g r e eo fc o n f i d e n c ew 嬲 p r o p o s e da sf o l l o w ： 圪- 0 5 f , b h 。+ 厶争 ( 1 ) t h ei n f l u e n c eo fg e n e r a l i z e do fs h e a rs p a nr a t i ow a sn o tc o n s i d e r e di nt h i s m e t h o d c o m p a r i n gt h er a t i oo f t h ee x p e r i m e n t a lv a l u e sa n dt h ec a l c u l a t e dv a l u e s ，t h e r e s u l ti s = 1 4 9 1 ，1 7 = o 4 3 2 ，8 = 0 2 9 0 2 t h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fs h e a rc a p a c i t yo fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m s w i t h o u tw e br e i n f o r c e m e n ti s ： k = o s f b h o ( 2 ) b a s e do nt h ec o l l e c t e d2 31 ( i n c l u d i n g19 9b e a m su n d e rc o n c e n t r a t e dl o a d sa n d 3 2b e a m su n d e rd i s t r i b u t e dl o a d s ) t e s td a t ao fr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m sw i t h o u tw e b r e i n f o r c e m e n t c o m p a r i n gt h er a t i oo ft h ee x p e r i m e n t a lv a l u e sa n dt h ec a l c u l a t e d v a l u e s ，t h er e s u l ti s = 2 2 4 4 ，仃= 1 3 1 0 ，万= 0 5 8 4 3 w h e nc o n s i d e r i n gt h es h e a rs p a nr a t i o ： i i i b a s e do nt h e c o l l e c t e d19 9b e a m su n d e rc o n c e n t r a t e dl o a d st e s td a t ao f r e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m sw i t h o u tw e br e i n f o r c e m e n t c o m p a r i n gt h er a t i oo ft h e e x p e r i m e n t a lv a l u e sa n dt h ec a l c u l a t e dv a l u e s ，t h er e s u l ti s = 1 7 14 , 仃= o 6 0 4 ， 艿= 0 3 5 2 4 c o n s i d e r i n gt h es h e a rs p a nr a t i o ，t h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fs h e a rc a p a c i t yo f r e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m sw i t hw e br e i n f o r c e m e n ti s ： 圪= 丽1 5 6 3z 执+ f 鱼j h o y v ( 4 ) 1 a + o 4 8 9 川 ” j ( ) w h e r e 名= m ，a n d1 2 时常发生剪压和斜拉破坏。由于 三角形荷载梁的，h 6 时就可能产生斜拉破坏，因此建议以，h 0 7 5 时，分别按照规范中所规定的计算方法进行计算。 当0 2 0 3 ，取旯= 3 ，当a 3 ，取五= 3 ，当彳 2 5 时， 取尸：2 5 ，p ：尘竿学； 幺、岛普通弯起钢筋、预应力弯起钢筋( 在斜截面受压端正截面处) 的切线与水平线的夹角。 2 2 国外规范 2 2 1 美国规范( a c l 3 18 m 一0 5 ) 浅梁的受剪承载力应符合下列要求【5 5 】： 圪q , v o 圪= k + k 式中，圪为所考虑截面的设计剪力，圪为标定抗剪强度，9 为强度折减系 数。 一般受弯构件中 屹= o 1 7 厩d v 。：型 1 9 d 受压区边缘到受拉钢筋重心的距离； 圆柱体混凝土抗压强度设计值； 厶横向钢筋的屈服强度设计值； s 箍筋间距。 2 2 2 新西兰规范( n z s 3 10 1 ，19 8 2 ) 浅梁受剪承载力应符合以下要求f 5 6 】： k 。= 圪+ 圪 k = ( o 0 7 + 1 0 p ) 6 仅配箍筋时： k = 4 ，i , o 厶( s i n a + c o s a ) s 配弯起钢筋时： k2 南s i 觚 o 0 5 f 式中： 规定的混凝土抗压强度； p 为纵筋配筋率。 2 2 3 英国规范( b s 8 11 0 ) 钢筋混凝土梁的斜截面受剪承载力应满足下列要求【删： y k + k + 圪s o 8 石j l 5 n m m 2 仁1 芦伪战d 券c 勃掣 圪：0 8 7f a , , , d 2 同内外相关规范及比较 v b = 0 9 5 4 。厶汹s o f + s i n a 似p ) _ a _ - d 式中。 4 纵筋面积； 6 v 梁宽； d 梁高； & 箍筋间距； 厶箍筋面积； 厶腹筋强度： a 弯筋面积： 口弯筋倾角； 混凝土抗压腹杆倾角。 2 2 4 俄罗斯标准混凝土结构设计规范( c h 5 2 一1 0 1 2 0 0 3 ) 对于有腹筋构州6 3 】： q q b + q 。+ q s 址 混凝土承担的剪力为： q b = 业粤华丛 式中： 丸考虑混凝土种类的影响系数，普通混凝土取2 o ； 诈考虑t 形及工字形截面受压翼缘的影响系数， 痧f = 0 7 5 警鲰5 ，其中。 m b ，故斜裂缝出现后纵筋的拉应 力将突然增大。 ( 3 ) 纵向钢筋拉应力的增大导致钢筋与混凝土之间粘结应力的增大，有可 能出现沿纵向钢筋的粘结裂缝或撕裂裂缝，如图3 4 所示。 上 m 彳i _ f r l _ 1 一i 弋 ( a ) 粘结裂缝( b ) 撕裂裂缝 图3 4 粘结裂缝和撕裂裂缝 此后，当荷载继续增加，斜裂缝条数继续增多，宽度也不断增大，斜裂缝两 端骨料咬合力逐渐下降；沿纵向钢筋的混凝土保护层有可能被撕裂，钢筋的销 栓力也逐渐减弱；其中一条斜裂缝发展成为主要斜裂缝，称为临界斜裂缝。无 腹筋梁此时如同拱结构，纵向钢筋成为拱的拉杆。一种较为常见的破坏情形是： 2 9 3 无腹筋钢筋混凝十梁斜截而受翦承载力研究 临界斜裂缝的发展导致混凝土剪压区高度的不断减小，最后在切应力和压应力 的共同作用下，剪压区混凝土被压碎( 拱顶破坏) ，梁也随之破坏。 3 2 3 无腹筋钢筋混凝土梁的抗剪机理 把公式( 3 9 ) 给出的外弯矩与内抵抗弯矩之间的关系和剪力与弯矩沿梁长 的变化率之间的关系联系起来，就可以得出下列形式的内抵抗剪力： 矿= 警= 丢( 纠- - z 警+ 互妾 ( 1 ) 梁作用 公式( 3 1 0 ) 中第一项表达了理想的等截面受弯构件的性能。在这类构件中 以不变的内力臂作用的内拉力z 是沿着梁长而变化的，以便能与外弯矩的大小 保持平衡。内拉力沿梁长的变化率d z 出被称为作用在单位梁长抗弯钢筋上的 粘结力g 。如果内力臂保持不变( 在等截面受弯构件弹性理论分析中这个假定是 合理的) ，则出d r = 0 ，即可得出理想的“梁作用 方程为： 警= q z ( 3 1 1 ) 锻 ( 2 ) 拱作用 当由于某种原因使钢筋和混凝土之间的粘结沿剪跨全长遭到破坏时，纵向钢 筋拉力z 也就不能再产生变化，以d r = 0 。在这种情况下，外剪力只能由内部 的斜压力来承担。这一极端情况可以称作为“拱作用 。它的抵抗剪力表达式 为式( 3 1 0 ) 右边的第二项： y ：z d z ：c 堕 ( 3 1 2 ) 。出出 这里，纵筋拉力z 用内压力c 代替，是要表示平衡外剪力的就是一个倾角不 变的压力的垂直分力。 在一般的钢筋混凝土梁中，当由于滑移、开裂以及其他原因而使“梁作用