混凝土结构斜截面抗剪配筋设计

2023-09-19 理论教育版权反馈

【摘要】：在实际工作中，斜截面抗剪承载力计算可分为斜截面抗剪承载能力复核和抗剪配筋设计两种情况。《公路桥规》规定，受弯构件斜截面抗剪承载力的验算位置，应按下列规定采用。2)抗剪配筋设计进行抗剪配筋设计时，荷载产生的剪力组合设计值应由混凝土、箍筋和弯起钢筋共同承担。②计算以后各排弯起钢筋时，取用计算前排弯起钢筋时的剪力设计值截面加一倍有效梁高处，应由弯起钢筋承担的那部分剪力设计值。

在实际工作中，斜截面抗剪承载力计算可分为斜截面抗剪承载能力复核和抗剪配筋设计两种情况。

1)斜截面抗剪承载能力复核

对已经设计好的梁进行斜截面抗剪承载能力复核，可求得验算斜截面所能承受的剪力设计值：

若Vdu＞γ0Vd，则说明该斜截面的抗剪承载力是足够的。

原则上，应对承受剪力较大或抗剪强度相对薄弱的斜截面进行抗剪承载力验算。《公路桥规》规定，受弯构件斜截面抗剪承载力的验算位置，应按下列规定采用(图4.7)。

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图4.7　斜截面抗剪承载能力验算位置示意图

简支梁和连续梁近边支点梁段斜截面抗剪承载力验算位置如下：

①距支点中心h/2处截面[图4.7(a)截面1—1]；

②受拉区弯起钢筋弯起点处截面[图4.7(a)截面2—2、3—3]；

③锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面[图4.7(a)截面4—4]；

④箍筋数量或间距改变处的截面[图4.7(a)截面5—5]；

⑤构件腹板宽度变化处的截面。

连续梁近中间支点梁段和悬臂梁斜截面抗剪承载力验算位置如下：

①支点横隔梁边缘处截面[图4.7(b)截面6—6]；

②参照简支梁的要求，需要进行验算的截面。

进行斜截面抗剪承载能力复核时，剪力组合设计值Vd应取验算斜截面顶端的数值，即从斜截面验算位置量取斜裂缝水平投影长度C≈0.6λh0，近似求得斜截面顶端的水平位置，并以这一点对应的剪力组合设计值作为该斜截面的剪力设计值。

2)抗剪配筋设计

进行抗剪配筋设计时，荷载产生的剪力组合设计值应由混凝土、箍筋和弯起钢筋共同承担。但是各自承担多大比例，涉及剪力图的合理分配问题。近年来国内外的试验研究认为，箍筋的抗剪作用比弯起钢筋要大一些，其理由如下：

①弯起钢筋的承载范围较大，对斜裂缝的约束作用差；

②弯起钢筋会使弯起点处的混凝土压碎或产生水平撕裂裂缝，而箍筋却能箍紧纵向钢筋防止撕裂；

③箍筋对受压区混凝土能起套箍作用，可以提高其抗剪能力；

④箍筋连接受压区混凝土与梁腹板共同工作效果比弯起钢筋要好。

因此，很多国家的规范都主张适当增大箍筋承担剪力的比例。《公路桥规》吸取了这些意见，加大了箍筋承担剪力的比例，并规定了箍筋最小配筋率。

《公路桥规》规定，用作抗剪配筋设计的最大剪力组合设计值按下列规定取值(图4.8)：简支梁和连续梁近边支点梁段取离支点h/2处的剪力设计值V′d[图4.8(a)]；等高度连续梁近中间支点梁段和悬臂梁取支点上横隔梁边缘处的剪力设计值V″d[图4.8(b)]，将V′d或V″d分为两部分，其中至少60%由混凝土和箍筋共同承担，至多40%由弯起钢筋承担，并用水平线将剪力设计图分割。

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图4.8　斜截面抗剪承载力配筋设计剪力设计值图分配示意图

(1)箍筋设计

根据图4.8的分配，应由混凝土和箍筋共同承担的剪力设计值ξγ0V′d或ξγ0V″d(其中ξ≥0.6)，计算所需的箍筋配筋率：

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若预先选定箍筋直径，则可求得箍筋间距：

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式中　Sv——箍筋间距，mm。

布置箍筋时，还应注意满足《公路桥规》规定的有关构造要求：

①钢筋混凝土梁应设置直径不小于8 mm且不小于1/4主钢筋直径的箍筋，其最小配筋率，对R235钢筋为0.18%，对HRB335钢筋为0.12%。当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋，或在连续梁、悬臂梁近中间支点负弯矩的梁段，应采用封闭箍筋，同时，同排内任一纵向钢筋离箍筋折角处的纵向钢筋(角筋)的距离应不大于150 mm或15倍箍筋直径(两者中较大者)，否则，应设复合箍筋。相邻箍筋的弯钩接头，沿纵向其位置应错开。

②箍筋的间距不应大于梁高的1/2且不大于400 mm；当所箍钢筋为按受力需要的纵向受压钢筋时，不应大于所箍钢筋直径的15倍，且不应大于400 mm。在钢筋搭接接头范围内的箍筋间距，当搭接钢筋受拉时，不应大于钢筋直径的5倍，且不大于100 mm；当搭接钢筋受压时，不应大于钢筋直径的10倍，且不大于200 mm。支座中心向跨径方向长度相当于一倍梁高范围内，箍筋间距应不大于100 mm。

③近梁端第一根箍筋应设置在距端面一个混凝土保护层距离处。梁与梁或梁与柱的交接范围内可不设箍筋；靠近交接面的第一根箍筋，与交接面的距离不宜大于50 mm。

(2)弯起钢筋设计

根据图4.8的分配，应由弯起钢筋承担的剪力设计值，按公式(4.9)求得所需弯起钢筋截面面积：

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式中　Asbi——第i排弯起钢筋的截面面积，mm2；

Vsbi——应由第i排弯起钢筋承担的剪力设计值(图4.8)，其数值按《公路桥规》规定采用。

①计算第一排弯起钢筋Asb1时，对简支梁和连续近边支点梁段，取用距支点中心h/2处应由弯起钢筋承担的那部分剪力设计值Vsb1[图4.8(a)]；对于等高度连续梁近中间支点梁段及悬臂梁，取用支点上横隔梁边缘处应由弯起钢筋承担的那部分剪力设计值V′sb1[图4.8(b)]。

②计算第一排弯起钢筋以后的各排弯起钢筋Asb2……Asbi时，取用前一排弯起钢筋下面起弯点处应由弯起钢筋承担的那部分剪力设计值Vsb2……Vsbi[图4.8(a)或图4.8(b)]。

应该指出，设计弯起钢筋时剪力设计值的取值，从理论上讲，应取可能通过该弯起钢筋的斜截面顶端截面处，应由弯起钢筋承担的那部分剪力设计值。《公路桥规》规定，计算以后各排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋起弯点处，应由弯起钢筋承担的那部分剪力设计值，相当于取用了可能通过该排弯起钢筋的斜截面起点的剪力设计值，这样处理显然是偏于安全的。

建议在设计弯起钢筋时，设计剪力值可按下列规定采用：

①计算第1排(从支座向跨中计算)弯起钢筋时，取用距支座中心h/2处(对连续梁为支点上横隔梁边缘处)，应由弯起钢筋承担的那部分剪力设计值。

②计算以后各排弯起钢筋时，取用计算前排弯起钢筋时的剪力设计值截面加一倍有效梁高处，应由弯起钢筋承担的那部分剪力设计值。

布置弯起钢筋时，应注意满足《公路桥规》规定的构造要求(图4.9)：

①弯起钢筋一般由按正截面抗弯承载力计算不需要的纵向钢筋弯起供给。当采用焊接骨架配筋时，也可采用专设的斜短钢筋焊接，但不准采用不与主筋焊接的浮筋。

②弯起钢筋的弯起角宜取45°。受拉区弯起钢筋的起弯点，应设在按正截面抗弯承载力计算充分利用该钢筋的截面(称为充分利用点)以外不小于h0/2处。弯起钢筋可在按正截面受弯承载力计算不需该钢筋截面面积之前弯起，但弯起钢筋与梁高中心线的交点，应位于按计算不需要该钢筋的截面(称为不需要点)以外(图4.9)。弯起钢筋的末端(弯终点以外)应留有锚固长度：受拉区不应小于20d，受压区不应小于10d(d为钢筋直径)；对环氧树脂涂层钢筋应增加25%；对R235钢筋尚应设置半圆弯钩。

③对于靠近端支点的第一排弯起钢筋顶部的弯折点，简支梁或连续梁边支点应位于支座中心截面处，悬臂梁或连续梁中间支点应位于横隔梁(板)靠跨径一侧的边缘处。以后各排(跨中方向)弯起钢筋梁顶部的弯折点应落在前一排(支座方向)弯起钢筋的梁底部弯折点处或弯折点以内。

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图4.9　弯起钢筋弯起点位置

1—梁中心线；2—受拉区钢筋弯起点位置；3—正截面抗弯承载力图形；4—按计算受拉钢筋强度充分利用的截面；5—按计算不需要钢筋①的截面；6—按计算不需要钢筋②的截面；7—弯矩图；①②③④—钢筋批号

混凝土结构斜截面抗剪配筋设计

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