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叶见曙结构设计原理第四版第10章

时间:2020-07-28 02:29

  叶见曙结构设计原理第四版第10章_物理_自然科学_专业资料。叶见曙 ·结构设计原理(第4版)·教学课件 第10章 混凝土局部承压 张娟秀 雷 笑 马 莹 编制 叶见曙 主审 Principle of Structure Design 本章目录 10

  叶见曙 ·结构设计原理(第4版)·教学课件 第10章 混凝土局部承压 张娟秀 雷 笑 马 莹 编制 叶见曙 主审 Principle of Structure Design 本章目录 10.1 局部承压的破坏形态和破坏机理 10.2 混凝土局部承压强度提高系数 10.3 局部承压区的计算 2 教学要求 ? 理解构件局部承压概念及受力特性。 ? 了解影响混凝土局部承压破坏形态的因素及受力 机理。 ? 掌握配置间接钢筋的混凝土局部承压承载力的计 算方法。 ? 熟练掌握局部承压区间接钢筋的配置构造。 3 局部承压是指在构件的表面上,仅有部分面积承受压力 的受力状态(图10-1)。 图10-1 全部受压和局部承压 a)全截面受压;b)局部承压 4 支座 独柱墩 混凝土桥墩顶面局部承压实例 混凝土表面 承压面 混凝土表面局部承压实例(后张法预应力) 5 试验机上压头 试 件 表 棱柱体试件 面 劈 150×150垫板 裂 试件顶表面裂缝 试件表面积A 垫板下角锥形破坏 局部承压面积Al a)全截面受压构件破坏。 棱柱体混凝土试件尺寸 150×150×450mm。实测混 凝土抗压强度16MPa。 b)局部承压试件破坏。混凝土试件 尺寸450×450×450mm,承压面积 150×150mm,实测混凝土局部抗压强 度60MPa。 c)局部承压破坏时试件顶 表面裂缝 图10-3 局部承压试件破坏图(尺寸单位:mm) 6 与全面积受压相比,混凝土构件局部承压有以下特点: (1)构件表面受压面积小于构件截面积; (2)局部承压面积部分的混凝土抗压强度,比全面积 受压时混凝土抗压强度高; 图10-2 构件端部的局部承受压区 (3)在局部承压区的中部有横向拉应力?x,这种横向 拉应力可使混凝土产生裂缝。 7 10.1 局部承压的破坏形态和破坏机理 混凝土局部承压的破坏形态主要与Al /A(Al为局部承压面 积,A 为试件截面面积)以及 Al 在表面上的位置有关。 1)先开裂后破坏 承压面下的混凝土被冲切 出一个楔形体(图 10-4a ), 试件被劈成数块而发生劈裂破 坏。 图10-4 局部承压的破坏形态 a)当Al/A≤9时 8 2)一开裂即破坏 局部承压面积外围混凝土被劈成数 块,而局部承压面下的混凝土被冲剪 成一个楔形体(图10-4b)。 图10-4 局部承压的破坏形态 b)当9Al/A≤36时 3)局部混凝土下陷 在试件整体破坏前,局部承压面下的混凝土先局部下陷, 沿局部承压面四周的混凝土出现剪切破坏。 9 混凝土局部承压工作机理的两种理论解释: 1)套箍理论 把局部承压区的混凝土看作是承受侧压力 作用的混凝土芯块。 图10-5 套箍理论的局部承压受力模型 10 2)剪切理论 在局部荷载作用下,局部承压区混凝土 的受力类似一个带多根拉杆的拱。 图10-6 剪切理论的局部承压受力模型 a)多根拉杆拱结构模型;b)部分拉杆断裂后的拱结构;c)拱结构破坏 11 10.2 混凝土局部承压强度提高系数 1)混凝土局部承压提高系数 β ? ? Ab Al (10-1) Al——局部承压面积(考虑在钢垫板中沿45°刚性角 扩大的面积),当有孔道时(对圆形承压面积 而言)不扣除孔道面积; Ab——局部承压的计算底面积,可根据图10-7来确定。 12 图10-7 局部承压时计算底面积Ab的示意图 13 2)配置间接钢筋的混凝土局部承压强度提高系数βcor 局部承压区内配置间接钢筋 可采用方格钢筋网或螺旋式钢 筋两种形式(图10-8)。 间接钢筋宜选HPB300级钢 筋,其直径一般为(8~10)mm。 间接钢筋应尽可能接近承压表 面布置,其距离不宜大于35mm。 图10-8 局部承压区内的间接钢筋配筋形 式(尺寸单位:mm) a)方格网钢筋;b)螺旋形钢筋 14 间接钢筋体积配筋率 ρv 是指核心面积范围 Acor 内单位体 积所含间接钢筋的体积 。 (1)当间接钢筋为方格钢筋网时(图10-8a): ?v ? n1 As1l1 ? n2 As2l2 Acor s (10-2) 式中 s——钢筋网片层距; n1,As1——分别是单层钢筋网沿l1方向的钢筋根数 和单根钢筋截面面积; 15 n2,As2——分别是单层钢筋网沿l2方向的钢筋根数和单根钢 筋截面面积; Acor——方格网间接钢筋内表面范围的混凝土核心面积, 其重心应与Al的重心重合,计算时按同心,对 称原则取值。 此外,钢筋网在两个方向上单位长度内钢筋截面面积的比 值不宜大于1.5倍,且局部承压区间接钢筋不应少于4层钢筋网。 16 (2)当间接钢筋为螺旋形钢筋时(图10-8b): ?v ? 4 Ass1 d cor s (10-3) 式中 Ass1——单根螺旋形钢筋的截面面积; dcor——螺旋形间接钢筋内表面范围内混凝土核心 的直径; s——螺旋形钢筋的间距。 螺旋形钢筋不应少于4圈。 17 采用系数βcor反映配置间接钢筋后混凝土局部承压强度提高 的程度 : ?cor ? Acor ? 1 Al 式中的Acor为间接钢筋网或螺旋钢筋范围内混凝土核心面 积,应满足Ab>Acor>Al且Acor的面积重心应与Al的面积重心重 合。 在实际工程中,若为Acor>Ab情况,则应取Acor = Ab。 18 10.3 局部承压区的计算 1)局部承压区的承载力计算 局部受压面积上的局部压力设计值。对 后张法预应力混凝土构件的锚头局部受 压区,可取1.2倍张拉时的最大压力。 当局部受压面有孔洞时,扣除孔洞后 的混凝土局部受压面积(计入钢垫板 中按45°刚性角扩大的面积)。即Aln 为局部承压面积Al减去孔洞的面积。 间接钢筋的抗拉强度设计值 ? 0Fld ? Fu ? 0.9(?s ?fcd ? k?v?cor fsd ) Aln (10-5) 混凝土局部承压修正系 数,按表10-1采用 混凝土承压强度的提高系数 ,按式(10-1)计算 间接钢筋影响系数,混凝土强度等级C50及 以下时,取k=2.0;C50~C80取k=2.0~1.70, 中间直接插值取用,见表10-1 配置间接钢筋时局部承压 承载能力提高系数,按式 (10-4)计算 间接钢筋的体积配筋率。当 为方格钢筋网时,按式( 10-2)计算;当为螺旋形钢 筋时,按式(10-3)计算 19 2)局部承压区截面尺寸验算 当局部承压区段配筋过多时,局部承压垫板底面的混凝土 产生过大下沉变形。为防止出现这种情况,《公路桥规》规 定局部承压区的截面尺寸应满足: ? 0Fld ? Fcr ? 1.3?s ?fcd Aln (10-6) 式中fcd为混凝土轴心抗压强度设计值。其余符号的意义与 式(10-5)相同。 20 例10-1 某钢筋混凝土双铰桁架拱桥, 台帽承受主拱拱脚作用的支承力设计值 Fld =2500kN , 其 局 部 承 压 面 积 为 250mm×300mm(已考虑了矩形钢垫板 厚度且沿45°刚性角扩大的后面积), 如图10-9所示。 台帽采用C30混凝土,fcd=13.8MPa; 配 置 方 格 网 的 间 接 钢 筋 采 用 HPB300 级 钢筋,fsd= 250MPa。 试进行台帽的局部承压计算。 图10-9 例10-1示意图 21 解:由图10-9可知,矩形局部承压面积Al的长边边长a=300mm,短边 边 长 b=250mm , 而 矩 形 局 部 承 压 面 积 边 缘 至 台 帽 边 缘 的 最 小 距 离 c=260mm>b,故由图10-7a)可得到局部承压时的计算底面积Ab及边长为 L1=250+2×250=750mm; L2=300+2×250=800mm Ab=750×800=6×105mm2 局部承压面积 Al=250×300=0.75×105mm2。 根据图10-8的规定,设间接钢筋的网格核心混凝土面积尺寸为 l1=500mm,l2=600mm,Acor=500×600=3×105mm2>Al=0.75×105mm2。 由式(10-1)求混凝土局部承压强度提高系数β为 ?? Ab ? Al 6 ?105 0.75?105 ? 2.83 因采用C30级混凝土,由表10-1可查得ηs=1 ,故ηs β = 2.83。 22 由式(10-4)求配置间接钢筋时局部承压强度提高系数βcor为 ?cor ? Acor ? Al 3?105 ? 2 0.75?105 设焊接钢筋网片沿l1方向的钢筋根数n1=7(间距为100mm);沿l2方 向的钢筋数n2=6(间距为100mm)。 单根钢筋为?6的面积As1=As2=28.3mm2。 根据图10-8规定,间接钢筋设置情况见图10-10。 23 图10-10 间接钢筋设置情况(尺寸单位:mm) 24 图10-10中,顶层钢筋网片距局部承压面为30mm,各网片的层距 s 取 80mm,间接钢筋网片的设置深度H=510mm>l1,布置层数为m=5,则间 接钢筋的配筋率ρv为 ?v ? n1 As1l1 ? n2 As2l2 Ac or s ? 7 ? 28.3? 500 ? 6? 28.3? 600 (500? 600) ?80 ? 0.0084 且 n1 As1 ? 7 ? 28.3 ? 1.17<1.5 n2 As2 6 ? 28.3 25 1)局部承压区截面限制条件验算 由式(10-6)不等号右部分可得到 1.3ηs β fcd Aln=1.3×2.83×13.8×0.75×105 =3807.77kN>Fld(=2500kN) 局部承压区尺寸满足要求。 2)局部承压承载力计算 由式(10-5)不等号右部分可得到 0.9(ηs β fcd+ k ρv βcor fsd ) Aln=0.9(2.83×13.8+2×0.0084×2×19) ×0.75×105 =3078.41kN>Fld(=2500kN) 局部承压区承载能力满足要求。 26 Thank you! 27 混凝土局部承压计算系数ηs与k 表10-1 混凝土强度等级 C50≤ C55 C60 C65 C70 C75 C80 ηs 1.0 0.96 0.92 0.88 0.84 0.80 0.76 k 2.0 1.95 1.90 1.85 1.80 1.75 1.70 28 混凝土局部承压计算系数ηs与k 表10-1 混凝土强度等级 C50≤ C55 C60 C65 C70 C75 C80 ηs 1.0 0.96 0.92 0.88 0.84 0.80 0.76 k 2.0 1.95 1.90 1.85 1.80 1.75 1.70 29