非矩形截面柱下混凝土板的冲切强度计算.pdf

收稿日期“ 作者简介刘文 J 钢筋和受压面混凝土应变片布置 J P “ Q 试验结果 从试验结果看异形柱板柱连接的冲切具有以 下特点R 异形截面柱的板柱连接试件与方柱板柱连 接试件破坏形态类似亦可分为弯曲破坏冲切破 坏和延性冲切破坏其中板的抗弯钢筋配筋率是影 响破坏形态的主要因素“但是方柱板柱连接冲切破 坏后裂缝多集中于柱周且环向裂缝居多具有显 著的冲切特征“而异形柱板柱连接从初裂到破坏 沿柱肢方向贯穿板宽的裂缝比较明显破坏后裂缝 并不集中于柱周梁式板带作用效应比较显著呈 现出较为明显的弯曲特征其裂缝多为沿柱肢方向 的径向裂缝“ 1 异形柱板J 柱连接试件比相应的方柱板J柱 连接具有较大的延性和耗能能力“截面积相同的异 形柱和方柱的板柱试件相比由于异形柱比相同截 面积方柱的有效周长大异形柱试件具有较高的抗 冲切强度“有效周长与方柱周长相等的异形柱和方 柱试件相比其延性及冲切强度都较高说明异形 柱试件的沿柱肢方向的板带弯曲效应对其强度和 延性贡献较大“ 形柱板J 柱试件与方柱板J柱试件类似抗 弯钢筋及混凝土径向和切向应变都随着远离柱边 而减小但是异形柱板柱试件沿柱肢方向抗弯钢筋 的应变明显高于相应其它位置的应变“另外异形 柱柱肢角部的混凝土应力集中现象没有方柱那样 突出同时异形柱凹角处的径向和切向应变都比 柱肢外边沿处的相应应变要小“ Q 冲切强度验算 关于冲切强度计算的规范方法大都是以弹性 反弯线之内的板柱连接的冲切试验研究为基础附 * 第*期刘文等R非矩形截面柱下混凝土板的冲切强度计算 万方数据 以适当的理论分析并综合考虑各种因素的影响通过统计回归分析而得到的经验公式“ 表试件试验资料 5 5 66 及总根数 75 66 及总根数 平均配筋率 5 备注 A B C A D C A E C A F C 十形 D形 E形 方形 G H H G H H G H H 7 7 I J K K H I L H M G M J K N HH H H N HH H H N HH H H N HH H H “ H H “ N “ N H “ H H J 7 5 I J 7 5 I J 7 5 I J 7 5 I M H 5 K M H 5 K M H 5 K M H 5 K “ N J “ N J “ N J “ N J A B C 7 A D C 7 A E C 7 A F C 7 十形 D形 E形 方形 G H H 7 L I 7 K K 7 I 7 J K K J K K J K K J K K N HH H H I IM H H I G7 H H N MN K I “ H H “ I “ I N “ H H L N 5 L L N 5 L L N 5 L L N 5 L K L 5 J K L 5 J K L 5 J K L 5 J “ J “ J “ J “ J A B C G A D C G A E C G 十形 D形 E形 G H H 7 L I 7 K K J K K J K K J K K N HH H H I IM H H I G7 H H “ H H “ I “ I N 7 H H 5 L 7 H H 5 L 7 H H 5 L L 5 M L 5 M L 5 M H “ M H H “ M H H “ M H A B C I 十形 G H HJ K KI IM H H “ IJ 7 5 IM H 5 K “ N J 配置箍筋 A B C N A B C K 十形 G H HJ K KI IM H H “ IJ 7 5 IM H 5 K “ N J 配置锚栓 注O 7分别为板受拉面下层和上层纵向钢筋间距P平均配筋率 Q R7S H “ N其中 和7分别为下层和上层的配筋率“ 由于所依据的试验资料和规范研究路线的不 同各国规范有关板的冲切规定及强度计算不尽相 同有的甚至差别较大“相对来说美国建筑规范 TA UG M关于板受冲切承载力的计算规定较为全 面包括了实际工程中可能遇到的各种情况而我 国现行规范V WN H H H C 7 H H 7虽然比M J规范Q V W X H C M J S进步较大但仍不够完善“影响冲切强度计 算的一个重要因素就是临界周长的选取与确定“图 I为国外几个主要规范对十字形荷载作用面的临 界周长规定“ 图I十字形柱临界周长 F Y Z “ I A [ Y \ Y 9 ] _ ‘ [ Y 6‘ \ ‘ [ a b 9 [ a c c Y d Zc ‘ 9 \ Y a d9 a e 6d 由图I可看出美国规范对冲切临界面周长的 规定与荷载作用面形状关联性较大“从上述试验结 果f异形柱凹角处径向和切向应变都较小的现象 以及破坏后冲切锥的形状看将异形柱冲切临界周 长的形状看作异形柱有效周长所围截面形状并以 此确定冲切临界周长即TA U G M规范作法本文 认为是比较合理的“ 按照TA U规范规定本文所采用的异形柱的 有效面积的最长端距;和与之垂直的端距 S W BM HQ J M N S O g9 H “ L J Q H H S 5 Gh9 e k l7 N 5 G I H H mklH 5 I Q 7 S A n W C F U oQ J J H S O g9 H “ M p qQ 7 H H 5 mHS 5 7r Q H H hi 9S 5 G Q G S V WN H H H C 7 H H 7 O g9 H “ L h\Q I S 式中O hi 9为混凝土圆柱体抗压强度P h9 e为混凝土立 方体抗压强度P h \混凝土抗拉强度P 为纵向配筋 率P m H为板的有效厚度“ 鉴于我国规范关于矩形柱的冲切临界周长规 定与TA U G M规范一致的情况借用美国规范的对 非矩形截面柱临界周长的取值思想用我国现行规 范s G t冲切承载力计算公式对上述试验结果进行了 验算同时采用国外几个主要规范对上述试验结果 亦进行了验算“上述试验无抗冲切钢筋的全部试件 承载力实测值及其与规范预测值之比见表7 “规范 预测值计算时为了与试验值进行比较各规范的 材料分项系数及强度折减系数均省略同时取hi 9 H “ M h9 e h\H “ G J N h H “ N N 9 e“ 由表7可见总体上上 述各规范的冲切强度预测值与试验值比较均偏于 安全“相对而言欧洲规范 A n W C F U o及英国规范 W BM H因采用较大的控制面周长Q临界面周长S 与试验值比较接近 TA U G M规范与我国规范采用 7HI 中国矿业大学学报第G G卷 万方数据 的临界周长较小试验值与规范预测值偏差较大 且因未考虑抗弯钢筋的影响对于配筋率较高的试 件其冲切强度预测值与试验值偏差更大偏于 保守“ 表规范预测值与试验值的比较 配筋率 ; 冲切强度试验 值A; B C 与规范预测值的比较A; A9 D E F GH I I J IKL M N J O P Q H G RO J J IL S GJ Q Q I 建议公式 A; A9 T L R P J L U P J L V P J L W P J N X “ Y X Z “ N N X “ Z N O “ N J “ H Q J “ H Q J “ H Q J “ H Q H N N H O X H Z I H Z I J “ H Y J “ X H J “ X Z J “ H Z J “ H O J “ Y N J “ H O J “ Y Q J “ Z I J “ Z N J “ J [ J “ Z O J “ Z Z J “ Z J J “ J X J “ J O J “ J H J “ I O J “ I X J “ J Z L R P Z L U P Z L V P Z L W P Z N I “ J N O “ X X I “ Q N Q “ Y J “ Q J J “ Q J J “ Q J J “ Q J X [ N Y N N Y N [ H H [ J “ H I J “ [ Y J “ [ I J “ H Z J “ Y H J “ Q Y J “ Q J J “ [ I J “ I H J “ N H J “ N X J “ Z N J “ I [ J “ N Z J “ N I J “ J X J “ I N J “ Z Z J “ J Q J “ I H L R P N L U P N L V P N N [ “ X N O “ Q X J “ Q I “ O I I “ O I I “ O I X X I X I O X I H J “ Z X J “ J Z J “ I [ J “ N O J “ Z Y J “ Z I J “ Z J J “ J H J “ J N J “ Z N J “ J N J “ I Q J “ J H J “ I X J “ I I 预测值与试验值偏差的平均值 变异系数\ J “ X XJ “ Y IJ “ Z JJ “ J OJ “ I Q X I “ J N QI “ J N OI “ I Y YI “ I Y JI “ I H QO ] 非矩形柱冲切临界周长建议 如前所述我国现行规范 N _对异形截面柱或集 中荷载面的冲切临界周长未作明确规定仅在条文 说明里作了简要提及“另一方面按照我国规范当 方形柱‘荷载a边长b cJ “ Q X d I时‘ dI为板的有效厚 度a 会出现其外接圆的荷载作用面积大于方形的 荷载作用面积外接圆的荷载作用范围也包含着方 形的荷载作用范围但结果却是外接圆作用面的抗 冲切承载力有可能小于方形作用面的抗冲切承载 能力这一不合理现象 X _“事实上试验表明 H _圆形 柱的冲切强度超过具有相同横截面积的方柱的冲 切强度 e f g h Y _还指出圆柱比等周长方柱的冲切 强度要高J H “鉴于此 KL M P KR L SN H Z委员会规 定趋于保守用具有相同横截面积的方柱来代替 圆柱进行分析上的简化“本文认为采用这一办法 可以避免上述不合理现象的发生也是比较合理可 行的“ 因此根据试验结果并结合我国冲切设计实践 和前述讨论常见异形柱及圆形截面柱的冲切临界 周长可如图H所示进行计算“其中异形柱冲切临界 周长为i j kljImX dI“ 对于圆柱首先将其换算为等 面积方柱该方柱的边长b为i b n lop; Z 其临界 周长则为i j klX ‘ bmdI na lZopmX dI“ 图H典型非矩形截面柱临界周长 W q g “ H L r q s q 9 T t f r q kf s f r D u s v t q 9 T h D h r f 9 s h g T r w f 9 s q D h9 D T kh x 冲切强度计算建议公式 影响板的冲切强度的因素很多包括混凝土强 度y柱截面尺寸与板有效厚度之比y剪切强度与弯 曲强度之比y柱的形状和侧向约束及配筋等通过 试验资料回归而得的冲切强度计算公式从实用角 度考虑公式所包含的参数不能过多只能包含反 映主要影响因素的参数各国规范公式即是如此“ 在所有这些影响因素中混凝土强度是最基础的因 素但各国规范所选用的与冲切强度成比例的混凝 土强度指标差别较大“ 文献 [ P O _通过分析试验资料指出混凝土强 度的三次方根能很好地反映冲切强度随混凝土强 度变化的规律但从冲切机理分析冲切强度与混 凝土的受拉劈裂强度有关美国规范认为混凝土劈 拉强度与混凝土强度的平方根成正比故在冲切强 度公式中采用 8 z n9这一强度指标而我国规范及 前苏联规范则直接选用混凝土抗拉强度8 s这一指 标若取8 slI “ Z N 8 Z ; N 9 则冲切强度与8 Z ; N 9 成正比“ 试验及分析表明采用混凝土强度的Z ; N次这一强 NIX 第X期刘文等i非矩形截面柱下混凝土板的冲切强度计算 万方数据 度指标变异性最大对常用混凝土强度范围 “ 亦能反映冲切强度随混凝土强度变化规律同时 与“ A B C 2 D认为冲切 强度与4 * * 9 8 E F成正比 而 ; B ; C 2 D则认为冲切强 度与4 * * 9 8 E 1成正比 本文通过对大量试验资料分 析认为4 * * 9 8 E 1这一参数反映冲切强度更合理0 根 据 以 上 讨 论 分 析本 文 以 “ GH I*及 4 * * 9 8 E 1等作为混凝土板冲切强度的主要影响参 数同时考察了收集到的国内外- J 2个无抗冲切 钢筋板4其中柱或荷载面为方形或圆形8的冲切试 验成果并结合本文试验进行回归分析得出了下 面冲切强度经验公式 K*/ * 0 1 L “ GHI*4 * * 9 8 E 10 4 8 式4 8不仅形式简单并考虑了抗弯钢筋对冲 切强度的影响而且与试验值符合较好对- J 2个 柱为方柱或圆柱试验资料冲切强度试验值与计算 值之比的统计值为.平均值M / 0 * * 均方差N / * 0 L 变异系数O /* 0 J F 0而对于本文试验试验 值与计算值之比列于表-第2列其平均值 M / 0 * 2 F 均方差N /* 0 * J F 变异系数P /* 0 * 2L 0 可见本文所建议的公式与试验值具有很好的一致 性0对一些典型试验资料用本文建议公式4 8的计 算值与我国现行规范及美国56 7规范的比较见表 1 0由表1可以看出对不同来源的试验资料本文建 议公式与56 7 1 L规范及我国现行规范方法相比 均具有较好的一致性0 表Q建议公式及规范方法预测值与典型试验成果相关性的比较 R S T U VQ W X Y Y V U S Z [ X \X ] Y V _ [ ‘ Z [ X \T a Y X X b V _cV Z d X _S \ _W X _ VcV Z d X _ b e [ Z dZ V b Z Y V b f U Z b ] Y X c g S Y [ X f b b X f Y ‘ V b 试验资料来源 试验试 件数量 56 7 1 L规范方法 试验值与 计算值平均比值 KhE K A i 变异系数 j ’ * * * , - * * -规范方法 试验值与 计算值平均比值 KhE K A i 变异系数 j 本文建议公式 试验值与 计算值平均比值 KhE K A i 变异系数 j 文献C * D F 0 F L L* 0 - * L 0 1 J k* 0 - 0 2* 0 k 1 文献C D 2 2 0 - 1* 0 - 1 2 0 J -* 0 - 1 0 1 L* 0 J 文献C - D k 0 1 L 1* 0 J 0 - 2 1* 0 - k 0 * F* 0 - 文献C L D - F 0 F 2 1* 0 k 2 0 - L F* 0 0 J* 0 - k 文献C 2 D - k 0 - - F* 0 - 1 0 - L ** 0 - J k 0 -* 0 1 * 文献C 1 D 2 0 J J * 0 2 0 * 0 F L 0 1 * 0 - k 文献C 1 D 0 F 1 * 0 k 0 F * F* 0 - k 0 * ** 0 * 2 l 结论 冲切是混凝土设计中至今仍未完全了解的结 构作用形式之一关于冲切强度计算人们虽然进行 了多种理论尝试但是赖以设计的规范方法仍然主 要是建立在试验基础之上的经验公式0本文针对我 国规范关于冲切临界周长规定的不足. 8对异形 截面柱或荷载面的冲切临界周长规范未作明确规 定m - 8当柱截面边长相对较小时应用规范方法有 可能会出现计算的方形柱板柱冲切承载能力大于 其外接圆柱板柱冲切承载能力的不合理现象根据 作者所进行的异形柱板柱连接冲切特性试验研究 成果并结合文献试验资料以及国外规范的作法 提出了可行的非矩形截面柱冲切临界周长的计算 模式0同时根据试验及文献冲切试验资料提出了 形式简单且与大量不同试验成果符合度均较好的 冲切强度计算公式0本文方法可供异形柱板柱冲切 设计计算参考0 参考文献. C D 5n o p ; i o qrs r HHA i tru0vn y , A n H A o n z A q ; n 2 L k L F 4 1 8 . - , - J 0 C - D ’ * * * , - * * - 混凝土结构设计规范C r D 0 C 1 D 56 7 1 L , 2 E 56 7 1 L , 2 n i B6 A i o o { q o , Ho i6 A HHo q | C r D 0 56 7 6 A HH Au 0 o t o ; q w; i; ; n | t tx A q} w B , t w o ; q A o A x q o x A q o i A q o y tC z D 0 7 i t n 6 A t i o q y n qt / A B C 9 D ; E C F . G H8 I . - 3 2 ’ ’ . 2 ’ 0 . J0 0 ’ . , . * , 4 * K 4 F 7 4 , ’ 周朝阳5任达板及基础冲切承载力随混凝土强度 的变化 “ 青海大学学报5 Q Q 5 9 A B 9 D R - 5 H ’ , 9 A BE [ A B ; D 9 5 E ; D C Q 9 W 4 , . ’ 4 1W5O G6 8 - .P [ 59 / H D [ E A B E A B 上接第E 9页A 参考文献B 9 王文顺人工冻结土体冻胀融沉规律的试验研究 1 徐州B中国矿业大学建筑工程学院5 9 王建平5王文顺5史天生人工冻结土体冻胀融沉的模 型试验 “ 中国矿业大学学报5 9 5 [ A BE Q E D E Q C o G“H 5o Go / 5/ - 2 / W J . * . m P . ’ 2 N. , 4 , D E [ Q [ 崔托维奇冻土力学 W 5北京B科学出版社5 9 D E 崔广心厚表土层湿土结冰温度与冻结壁厚度确定的 研究 “ 中国矿业大学学报5 9 ; 5 E A B9 D [ Z 5 E A B 9 D [ C 徐学祖5王家澄5张立新冻土物理学 W 北京B科学 出版社5 Q Q 9 9 9 D 9 9 ; 童长江5管风年土的冻胀与建筑物冻害防治 W 北 京B水利电力出版社5 9 9 9 D 9 5 9 [ D 9 ; 杨平5陈明华5张维敏5等5冻结壁形成及解冻规律 实测研究 “ 冰川冻土5 9 5 A B9 D 9 E n GH 57 - . W p5R - Go W5. , * t K 4 . ’ 3 , 2 , - . ’ N2 G J , - T2 G ’ X . T * * 4 “ “ ’ * Z * 0 2 * G M JZ . 0 ’ M * G M 59 5 A B 9 D 9 E 责任编辑 王玉浚A Q[ 第[期刘文等B非矩形截面柱下混凝土板的冲切强度计算 万方数据