劲性混凝土梁抗剪计算探讨.pdf

3 垒煤芷遮让巡 生筮垒翅 j 矿““。每 | | | 劲| | | 咚* * j 矽 j 矿““”岛 i 混l 弋b ，* * ∥ ，扩“““鼋， l 土l 龟；j ；； j ≯ 驴‘““穹l l 抗l ‘岛j j j i ；≯7 矿5 ““穹， l 计| { ≮i i ；；； ≯j 煤炭工业西安设计研究院李胜利汪涛 矿5 ““窜． | { | 探| { { ‘每j j ；；；j ≯j 摘要本文介绍了国内外劲性混凝土梁斜截面抗剪计算的方法和理论，以及劲性混凝 土梁受剪性能和破坏状态；并介绍了我国劲性混凝土梁的受剪承载力计算方法，以期对工程设 计有所参考。 关键词钢骨混凝土 随着国民经济的高速发展，高层及超高层建 筑愈来愈多。采用普通钢筋混凝土制作构件，若 截面大，不但显得笨拙，而且影响建筑平面及空间 的使用；反之，又不能满足结构强度及刚度的要 求。为解决这一问题，劲性混凝土 s R C 和劲性 高强混凝土 H S R C 较多地应用到民用建筑中。 劲性混凝土又名钢骨混凝土，是利用较高标号的 混凝土，再辅以箍筋和型钢组成的组合体。划分 普通钢骨混凝土和高强钢骨混凝土的标准各国、 各地区各异，有的以C 6 0 以上为标准，有的以C 7 5 以上为标准。本文就钢骨混凝土构件的抗剪强度 计算、影响因素及构造要求，结合国内外的一些研 究成果试作一探讨。 1 国内外钢骨混凝土构件斜截面抗剪计算方法 从目前的资料来看，钢骨混凝土结构构件斜 面受剪承载力计算有以下三种方法 1 将钢骨腹板作为连续分布的箍筋，采用钢 筋混凝土的计算方法，这种方法只有钢骨含量较 少时才符合实际，钢骨过多时，计算方法过于粗 糙，不符合构件真正的受力特点。前苏联规程苏 联劲性钢筋混凝土结构设计指南 c N 3 7 8 采 用此方法。 2 剪力分配法，即不考虑钢骨与混凝土之间 的粘结，认为在剪力作用下各自独立工作，分别承 担各自所能承担的剪力后，再按钢结构和混凝土 结构的计算方法计算承载力。这种方法在理论上 较为合理，但计算起来较为复杂，剪力分配也不易 准确，一般工程设计人员，按此方法进行设计，有 一定的难度。日本的规范采用此方法。 3 叠加方法，即采用钢骨部分与混凝土部分 受剪承载力之和作为钢骨混凝土构件的承载力。 一些学者采用不同的计算方法，对钢骨混凝土构 件受剪承载力进行了对比，结果表明叠加法简便 实用，并具有足够的可靠度。我国钢骨混凝土结 构设计规程Ⅵ；9 0 8 2 9 7 简称规程 采用此方 法。 2 钢骨混凝土梁的受剪性能及破坏状态 同普通钢筋混凝土梁比较，钢骨混凝土梁受 剪有以下特点 1 在斜裂缝出现时，荷载一挠度曲线没有明 显转折，这是由于实腹式钢骨具有较大的抗剪刚 度，而且腹板在梁中是连续分布的，对斜裂缝的开 展起着较好的约束作用，因此梁的刚度不因混凝 土出现斜裂缝部分退出工作而显著降低。 2 斜裂缝出现以后，梁的承载力可以增加很 多，钢骨腹板使梁的受剪承载力大大提高。 3 虽然梁最终是由于钢骨混凝土的破坏而 达到极限受剪承载力，但从钢骨腹板屈服到受剪 破坏，有一个较长的过程，特别是剪压破坏的梁。 钢骨混凝土受剪破坏具有较好的延性，远远优于 一般钢筋混凝土梁斜截面受剪。 4 钢骨混凝土梁中，由于钢骨与混凝土界面 粘结强度较低，破坏时受压侧保护层混凝土剥落 范围较大，有时产生剪切粘贴破坏。 5 钢骨腹板受混凝土的约束不会发生局部 屈曲，腹板的强度能够得以充分发挥。 根据实腹式钢骨混凝土梁斜裂缝的发展过程 和最终破坏形态，钢骨混凝土梁破坏形式主要有 三种类型 1 斜压破坏。在剪跨比小于1 ．O ，以及剪跨 比等于1 ．O ～1 ．5 ，且含钢量较大的情况下，发生 斜压破坏。 2 剪压破坏。在剪跨比大于1 ．5 ，含钢量较 小的情况下，发生剪压破坏。 3 剪切粘结破坏。由于钢骨表面较为光滑， 与混凝土的粘结强度很小，在没有箍筋或箍筋很 万方数据 趔 生筮垒翅堪筻遮j 土3 5 小，切剪跨比较大的情况下，随荷载增加，钢骨与 混凝土的粘结力逐渐丧失，传递剪力的能力大大 降低，使钢骨翼缘外两侧的混凝土产生应力集中， 当这部分混凝土的主拉应力逐渐达到其抗拉强度 时，会在钢骨上下翼缘附近产生劈裂裂缝，并迅速 沿钢骨翼缘水平方向发展，使保护层混凝土产生 较大范围的剥落，承载力下降较大。即使在箍筋 较多的梁中，有时也会在上翼缘附近出现接近水 平并指向支座的斜裂缝。在均布荷载下，由于荷 载对外围混凝土存在约束作用，发生粘结破坏的 可能性要小些。 3 我国规程中钢骨混凝土梁的受剪承载力计算 钢骨混凝土梁的剪力设计值应满足 V ≤V 爹 V 盖 1 式中W 一梁中钢骨部分的受剪承载力； V 三一梁中钢筋混凝土部分的受剪承载力。 对于非抗震结构及设防烈度为6 度的抗震结 构，梁的剪力设计值可取有关荷载组合下的设计 值。对于设防烈度为7 度及7 度以上的抗震结 构，在确定梁的剪力设计值时，要考虑框架梁强剪 弱弯的原则，验算梁端塑性铰区受剪承载力。 1 设防烈度为7 度和8 度的框架加密区，梁 端剪力设计值按式 2 a 确定，但不大于按式 2 b 确定的剪力设计值。 v v o “0 5 半 2 a 。 l “ 2 设防烈度为9 度的框架加密区，梁端剪力 设计值按 2 b 确定。 v v o 1 ．1 坠掣生 2 b 。 l “ 式中，v o ，M b ．1 ，M b ∥M ，M 见规程。 钢骨部分的受剪承载力是按纯钢构件腹板受 纯剪情况计算的，不考虑局部压屈影响。 V ≯ t w k o 式中t w 一钢骨腹板的厚度； k 一钢骨腹板的高度，当有孔洞时，应扣除 孔洞的尺寸； o 一钢骨腹板的抗剪强度设计值。 如验算地震作用组合下的承载力时，则上式 计算应考虑抗震承载力调整系数。 v 可按国家标准钢筋混凝土结构设计规 范 G 埘l o 一8 9 计算。 钢骨混凝土梁的受剪承载力随配箍率和钢骨 腹板含量的增加而增大。但当增大到一定程度， 产生斜压破坏，受剪承载力到达上限。为此钢骨 混凝土梁的受剪截面应满足 无地震作用组合V ≤0 ．4 f c b b k 有地震作用组合V ≤0 ．3 2 f c b b l l b 0 ／k 式中 C 一混凝土轴心抗压强度设计值； b b 一框架梁的截面宽度； k 一梁截面受拉钢筋形心至截面受压边 缘的距离； k 一承载力抗震调整系数。 4 钢骨混凝土梁的构造 为保证钢骨混凝土梁外包混凝土与钢骨的共 同工作，防止粘结破坏和具有必要的延性，梁的箍 筋直径和间距应满足必要的要求 详见 ， 此外，箍筋间距也不应大于梁高的1 ／2 ，对抗震设 防的结构，在梁端1 ．5 倍梁高的范围内，箍筋间距 应加密，当梁净跨小于梁截面高度的4 倍时，梁全 跨按箍筋加密要求配筋。 5 结语 目前，国内外关于钢骨混凝土结构中的型钢 与混凝土之间的粘结性能研究尚不够深入，对粘 结应力分布和取值及混凝土保护层厚度都没能有 效解决。同济大学、清华大学等在此方面作了一 些工作。 1 型钢表面的粘结应力延长度方向呈指数 分布。沿型钢截面周长的粘结应力也不是常数， 其中翼缘外表面的粘结应力约为腹板表面和翼缘 内表面粘结应力的2 倍。 2 混凝土强度等级、混凝土保护层厚度和配 箍率是影响H s R C 结构粘结性能的主要因素。随 着混凝土强度的提高，粘结强度也随之上升，最大 粘结应力与混凝土强度的关系式可以取为 k 0 ．0 9 匕 0 ．0 1 N ／咖。 式中 C ，一混凝土立方体抗压强度。 混凝土保护层厚度对粘结性能的影响主要是 通过对型钢横向变形的约束来体现，混凝土厚度 愈厚，则横向变形作用愈强，钢一混凝土界面压力 愈大，从而粘结应力愈高。箍筋可以明显地提高 试件的粘结力。 3 构件粘结力的计算公式及型钢受压时的 横向膨胀导致粘结劈裂的计算公式尚待研究和总 结。 责任编辑马光辉 万方数据