混凝土桥结构理论斜截面承载能力计算

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混凝土桥结构理论斜截面承载能力计算

在混凝土桥结构的设计与施工中,斜截面承载能力的计算是一项关键环节。斜截面破坏是导致桥梁结构失效的重要原因之一,尤其是对于T形梁和箱形梁等受弯构件更为重要。斜截面承载力的计算主要包括剪切承载力、弯曲剪切组合以及混凝土局部受压承载力等方面的考虑。

1.剪切承载力:剪切承载力主要依赖于斜裂缝的产生和发展过程。设计时,通常采用构造措施如设置弯起钢筋或箍筋来增强斜截面的抗剪能力。《公路桥涵设计通用规范》等标准中规定了不同类型的钢筋配置以满足斜截面的要求。

2.弯曲剪切组合:在实际结构中安全大检查表格,斜截面往往同时承受着正弯矩和剪力的作用,这时需要考虑两者之间的相互影响。通过计算其承载力,并采用分项系数进行安全度的调整,确保桥梁结构在各种工况下的安全性。

3.混凝土局部受压承载力:当斜裂缝发展到一定程度时,会在梁端或柱脚处产生局部受压区域,这部分面积的抗压性能直接影响着整体结构的安全性。因此,在设计中需要合理布置钢筋以增强局部承载能力,并考虑荷载偏心等因素的影响。

综上所述,混凝土桥结构理论在进行斜截面承载力计算时,需综合运用多种方法和技术手段,确保桥梁结构能够安全有效地完成其预定功能。这一过程不仅依赖于对材料性能的精确把握,还需要结合实际工程情况进行合理的设计与调整。

间接加载的影响:间接加载时,构件的抗剪强度要降低。主要因受力性能和破坏形态的变化。不能形成拱作用,产生斜拉破坏

3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素

重复加载的影响:若斜截面未开裂或混凝土的名义剪应力较小,则重复荷载并没有引起混凝土抗剪机构的退化。若混凝土名义剪应力大,导致斜截面开裂,在交变荷载作用下,混凝土的抗剪机构退化较快,斜裂缝两侧的骨料咬合作用逐渐减弱,而箍筋的应力逐渐增加,随着循环荷载次数的增加,疲劳破坏的形式最终可能表现为与斜裂缝相交的箍筋断裂,其斜截面承载力降低

3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素

重复加载的影响:重复加载对抗剪强度的影响主要取决于应力比、荷载水平、循环次数、箍筋的含量和箍筋的表面形状等

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

梁剪跨内的平衡尽管简支梁在支座处的弯矩为零,但如果支座附近产生斜裂缝,则钢筋的拉力不取决于支座的弯矩,而取决于斜裂缝末端的弯矩,这样纵筋的拉力就可能较大,这就是简支梁纵筋为什么在支座内需要一定锚固长度的原因

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

梁作用内力臂Z为常数,则dZ/dx=0为理想的等截面受弯构件的性能。拉力T是沿梁长逐点变化的,拉力T沿梁长的变化率dT/dx等于作用在单位梁长抗弯钢筋的粘结力q。只有当钢筋和混凝土之间有可靠的粘结时,“梁作用”才能成立

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

拱作用当由于某种原因使钢筋与混凝土之间的粘结沿剪跨全长遭到破坏时,拉力T就不能产生变化,因而dT/dx=0。在这种情况下,外剪力只能由内部的斜压力来承担。这一极端情况被称之为“拱作用”

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

剪跨内的梁作用无腹筋梁由于受弯钢筋得不到箍筋的约束,如果混凝土的保护层又比较薄,所以在靠近支座附近很容易产生顺纵筋的撕裂裂缝,撕裂裂缝一产生,纵筋的销栓力Vd2迅速降低,如果此时靠近支座的斜裂缝发展较宽,骨料的咬合作用减弱即τa2不断减小。随着Vd2和τa2的减小,为了维持新的平衡悬臂端的反力P可能会由原来的压力变为拉力,当超过混凝土的抗拉强度时固端破坏,也就是所谓梁发生了“斜拉破坏”

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

剪跨内的拱作用钢筋与混凝土之间的粘结破坏时,拉力T保持不变,内力臂Z沿梁长逐点变化

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

剪跨内的拱作用拱作用是在纵筋与混凝土出现滑移的情况下产生大剪跨比下,破坏由梁作用控制。小剪跨比下拱作用控制抗剪破坏梁的纵筋做为拱的拉杆,纵筋能否可靠锚固,决定了拱作用是否能充分发挥只有当荷载作用在梁的受压区,无腹筋梁才会出现拱作用深梁的拱作用是起支配作用的抗剪形式

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

无腹筋梁的抗剪承载力计算无腹筋梁的抗剪计算公式为半经验半理论公式由于试验数据的离散性很大,设计公式大部分取试验数据的下限值

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

4、无腹筋梁的抗剪机理和计算

无腹筋梁的抗剪承载力计算(BS8110)规范给出设计混凝土剪应力τc值(τc=Vc/bvh0)

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算

箍筋不会从根本上改变梁的抗剪机理,“梁作用”和“拱作用”对有腹筋梁同样存在,箍筋的存在对“梁作用”及“拱作用”有所加强箍筋除了能加强“梁作用”和“拱作用”之外,箍筋本身做为桁架机构的组成部分能够承担更大的剪力

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

桁架模型建立的原则斜压腹杆的倾角在25~65度之间剪力靠箍筋承担破坏时箍筋屈服Thecracksareatananglebetween25to65degreeAlltheshearisresistedbystirrupsAllstirrupsareyielded

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

按上述原则建立的桁架模型为超静定结构,为了简化计算,一般将其简化为静定桁架模型AstaticallydeterminatetrussanalogycanbederivedusingthemethodsuggestedbyMarti.

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

有腹筋梁的抗剪由桁架效应与拱效应共同承受在桁架理论中主要讨论上式的第二部分

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

假定腹筋斜向布置的一般情况,取隔离体

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

单位长度内箍筋应力为箍筋间距

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

假定箍筋破坏时达到屈服,定义名义剪应力

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

通过桁架模型,可以计算箍筋面积和裂缝间混凝土压应力

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

箍筋垂直布置(β=90º),取斜压杆倾角α=45º箍筋垂直布置(β=90º),取斜压杆倾角α=30º

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——桁架模型

箍筋倾斜布置(β<90º),取斜压杆倾角α=45º箍筋取斜压杆倾角均为45º

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

结构的抗力Vc和Vs在有腹筋梁设计中必须考虑影响Vc的因素很多,选择主要因素反映到计算公式中,不同国家的规范所考虑的主要参数不完全相同腹筋提供的抗剪能力Vs一般按照桁架理论计算基本上都为半经验半理论公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

英国混凝土结构规范BS8110设计剪应力

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

英国混凝土结构规范BS8110——设计混凝土剪应力

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

英国混凝土结构规范BS8110——腹筋的配置

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

英国混凝土结构规范BS8110——腹筋的配置弯起钢筋的受剪承载力按桁架模型计算。弯起钢筋做为受拉腹杆,混凝土形成斜压杆

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

5、有腹筋梁的抗剪机理和计算——规范计算公式

深梁指跨高比较小的受弯构件。对于l0/h≥5的梁称为一般梁,l0/h≤2或2.5(连续梁)的梁称为深梁浅梁理论不再适合于深梁深梁和一般梁的区别在于斜裂缝出现以后剪力主要是以拱作用的方式来传递。一般梁由于跨高比较大,在许多情况下梁的承载力是由正截面强度控制,而深梁由于跨高比很小,所以,在许多情况下是由抗剪控制

浅梁平截面假定成立深梁平截面假定不再成立

深梁的开裂荷载约为极限荷载的1/3~1/4裂缝平行于主压应力线

6、深梁的设计与计算——深梁承载能力计算模型

6、深梁的设计与计算——深梁承载能力计算模型

潍坊某净水厂安装工程施工组织设计6、深梁的设计与计算——深梁承载能力计算模型

6、深梁的设计与计算——深梁承载能力计算模型

根据拉压杆理论,深梁破坏模式有(1)拉杆屈服(Thetiecouldyield)(2)压杆压坏(Thestrutscouldcrush)(3)节点破坏(Anodecouldfail)Sinceatensionfailureofthesteelwillbemoreductilethaneitherastrutfailureoranodefailure,thestrengthofthesteelshouldgovernthedesign.

6、深梁的设计与计算——深梁抗弯承载能力计算

深梁在的受弯承载力计算公式对于浅梁,内力臂系数只与配筋特征值ζ有关而与跨高比无关对于梁,内力臂将随跨高比的减小而降低

6、深梁的设计与计算——深梁抗弯承载能力计算

海淀区商业综合楼施工组织设计简支深梁的内力臂Z在0.62h左右变化

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