新城咨询有限公司综合楼设计外文翻译资料

 2022-03-22 08:03

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本次我翻译的是英文教材钢筋混凝土设计,作者是皮莱和梅农,翻译的内容是第六章中的6.1 6.2 6.3 6.4,页数为225-234页,由于本人水平有限翻译时可能出现不少漏洞或者误翻,敬请老师指正。

6.1 介绍

如前所述(4.1 节),弯矩一般伴有横向剪力,有时也受轴向力和扭力的影响。 第 4 章和第 5 章考虑的最终极限状态仅涉及弯曲(弯曲)。 本章讨论弯曲剪切 的极限状态,即与变化的弯矩相关的剪切。 通常,弯曲剪切被简称为“剪 切”。 本章中描述的方法(为方便起见,称为常规方法或“简化方法”)旨在 用于设计构件的“弯曲区域”; 即。 横梁,立柱或墙壁(或部件的部分)由传 统挠曲理论设计,其中假设“平面部分保持平面”是合理有效的。 在这种方 法中,横向钢筋是为剪切而设计的,而纵向钢筋是为挠曲和轴向(仅压缩)载荷 的综合效应而设计的。 剪力对纵向钢筋的影响(第 5.9.2 节)由钢筋细节要求 来处理。 在板坯的情况下,这种类型的剪切有时被称为单向剪切 - 与两个剪 切(#39;冲切#39;)不同,这与通过相对较薄的板坯冲孔的可能性相关联集中柱载(参 见第 11 章)。 需要考虑的另一种类型的剪切是扭转剪切(由于扭转),当剪切 发生时通常与弯曲剪切结合; 这在第 7 章中介绍。 第 17 章介绍了基于所谓的压缩场理论的更一般的剪切和扭转设计方法。在 该方法中,构件设计用于弯曲,剪切,轴向(压缩或拉伸)载荷和扭转。 第 17 章也介绍了基于#39;Strut-and-Tie 模型#39;的方法。这种方法特别适用于假 设“平面部分保持平面”的区域的设计不适用。 这些区域包括深梁,深部剪 力跨度的构件部分,支架和檐口,桩帽,

横截面突然变化的区域(梁中的腹板开口和梁中的关节)以及不连续处附近 的区域。 界面剪切转移和剪切摩擦程序也在本章中描述(6.9 节)。 这适用于涉及 沿弱面滑动形式的剪切失效可能性的情况。 弯曲剪力下钢筋混凝土梁的失效常常不会导致其本身立即崩溃。 但是, 它可以显着降低抗弯强度(抗弯承载力)以及延展性。 因此,为了设计目的, (即将发生的)剪切破坏状态被代码视为最终极限状态(即极限状态)。 剪切作用下的钢筋混凝土的行为(单独弯曲剪切或与扭转和轴向力相结合) 非常复杂 - 主要是因为它的不均匀性,裂缝和钢筋的存在以及材料响应的 非线性。 当前对剪切效应的理解和设计程序在很大程度上是基于广泛测试 和简化假设的结果,而不是基于一个确切的普遍接受的理论。

6.2 均匀矩形梁的剪应力

为了深入了解钢筋混凝土中弯曲剪切破坏的原因,我们在这里综述了矩形截 面均匀弹性梁的应力分布。 在如图 6.1(a)所示加载的梁中,任何横截面 (标记为“XX”)通常受到弯曲力矩 M 和横向剪切力 V. 从材料的基本力学[Ref。 6.1],已知位于与中性轴距离为 y 的截面中的 任意点处的弯曲(法向)应力 fx 和剪切应力由下式给出:

其中 I 是围绕中性轴的截面面积的二次矩,Q 是围绕离 NA 的距离 y 处的层上 面的截面部分的中性轴的面积的第一时刻,并且 b 是梁的宽度在计算的层上。 fx 和 distribution 的分布如图 6.1(b)所示。 可以注意到,剪切应力的变 化是抛物线,其中中性轴的最大值和截面的顶部和底部的零值。 考虑距 NA 的距离为 y 的元素[ 并且忽略由表面载荷引起的任何可能的垂 直法向应力 fy,则可以将组合的挠曲应力和剪切应力分解成作用在正交平面 上的等效主应力 f1 和 f2,所述正交平面倾斜于角度 至光束轴(如图所示):

一般来说,应力 f1 是拉伸的(比如= ft),f2 是压缩的(比如= fc)。 ft 和 fc 的相对大小及其方向取决于 fx 和 relative 的相对值[方程 6.2, 6.3]。 特别是在顶部和底部纤维处存在剪应力 这 是零,它来自方程。 6.3 表示= 0,表明其中一个主应力处于平行于表 面的方向,另一个垂直于表面,后者在当前情况下为零。 因此,沿着顶面, 非零压力 平行于光轴的是 fc,沿着底面是 ft。另一方面,对于位于中性轴的元素(其 中lambda;是最大值,fx = 0),出现#39;纯剪切#39;的条件,由此 ft = fc =F15

压力模式是 如图 6.1(d)所示,其中描述了主要的应力轨迹dagger; 在梁中。 在拉伸力弱的混凝土材料中,拉伸裂纹会沿着与主拉应力方向垂直的方向 发展。 因此,压应力轨迹[图 6.1(d)中的实线)表示可能的裂纹模式(取 决于拉应力的大小),如图 6.1(e)所示。 但是,应该注意的是,一旦出现

裂纹,这里描述的应力分布在该区域不再有效,因为有效截面发生了变化,并且上述方程式不再有效。

6.3 剪切作用下钢筋混凝土的性能

6.3.1 破解模式

在通常比例的钢筋混凝土梁中,经受相对较高的弯曲应力fx和低剪切应力, 最大主拉应力总是由外纤维中的弯曲应力 fx,max 给出(图 1 中梁的底面) 6.1)在峰值时刻位置; 所产生的裂缝被称为弯曲裂缝[图。 6.2(a)中]。 这些由拉杆控制。 另一方面,短跨度梁相对较深并具有较薄的腹板(如 I 剖 面)并受到高剪切应力(由于高浓度 载荷)和相对较低的弯曲应力 fx 时,最大主拉应力可能位于中性轴水平,倾 角alpha;= 45o( 光束的纵轴); 所产生的裂缝(通常发生在支撑体附近,剪切力最大的地方) 被称为腹板剪切裂缝或对角拉伸裂缝[图。 6.2(b)中]。

dagger;#39;主应力轨迹#39;是一组正交曲线,其正切点在任何规则点指示该点主应力的方向。 实 线表示压缩应力的方向,虚线表示拉伸应力的方向。

一般情况下,在受弯曲和剪切的梁中,如图 6.1 所示,在各个点处存在双向 拉伸和压缩复合状态。 如第 2.10.2 节所述,剪切应力的存在降低了混凝土在 压缩和拉伸时的强度。 因此,经受弯曲剪切的钢筋混凝土梁中的混凝土的抗 拉强度将小于混凝土的单轴抗拉强度。 一般而言,所谓的“斜拉裂缝”可能 会出现在钢筋混凝土梁中,并且需要适当的抗剪钢筋来防止这些裂缝的扩展。 当“弯曲裂纹”与“斜向拉伸裂纹”结合时(通常情况下),裂纹有时称为弯曲 剪切裂纹[图。 6.2(C)]。 在这种情况下,通常首先形成弯曲裂纹,并且由 于裂纹尖端处的剪应力增加,该弯曲裂纹延伸至斜向拉伸裂纹。 有时,倾斜裂缝沿着张力增强体向支撑体传播[Fig。 6.2(d)]。 这种裂 纹被称为二次裂纹或分裂裂纹。 这些归因于拉杆变形的楔形作用和拉杆作用 在横贯裂纹上的横向“销钉力”,抵抗横梁两部分之间的相对横向位移(销钉 作用)[图 1]。 6.2(E)]。

6.3.1 剪切转移机制

在钢筋混凝土梁中两个相邻平面之间传递剪力的机制有几种。 其中最显着的 是图 6.3,其中显示了由弯曲剪切裂缝分离的钢筋混凝土梁的一段的自由体 横向(外部)剪切力用 V 表示(并且在支持物附近具有最大值,等于支持反 应)。 它受到各种机制的抵制,主要机制[图。 6.3]是:

1. 混凝土未开裂部分的抗剪强度 Vcz;

2. “界面剪切”(聚集互锁)力的垂直分量 Vay Va;

3. (由于榫钉作用)的张力 Vd; 和

4. 如果有的话,剪切(横向)钢筋承受的剪切阻力 Vs。

界面剪切力 Va 是沿着裂纹的倾斜平面传播的切向力,这是由于裂纹的互锁 表面之间的相对滑动的摩擦产生的。 如果裂缝宽度有限,它的贡献可能很大。 销轴力 Vd 来自#39;销钉作用#39;[图。 6.2(e)],如前所述。 图 6.3 中的垂直力平衡导致了下列关系:

各种机制的相对贡献取决于加载阶段,开裂程度以及梁的材料和几何特性。 在弯曲开裂之前,施加的剪切力几乎完全受到未破裂的抵抗 具体 (V ( 部分 )。 在弯曲开裂开始时,有一个重新分布的应力,以及一些界面剪切 Va 和销钉作用 Vd 的发展。 在对角拉伸开 裂阶段,截断裂纹的抗剪钢筋(迄今为止几乎没有应力)经历拉伸应变和应力的 突然增加。 所有四个主要机制在这个阶段都是有效的。 随后的行为,包括破 坏模式和剪力的极限强度,取决于剪切传递的机制如何破坏以及抗剪力的重新 分配是如何成功的。

弯曲拉伸区域中增加的纵向配筋的存在不仅有助于提高销钉作用(Vd),而 且还用于控制弯曲裂纹的扩展并且有助于增加中性轴的深度,并由此增加未分 裂的深度压缩混凝土; 这增强了 Va 和 Vcz 的贡献。 因此,拉伸钢筋的百分比 越高,混凝土的抗剪强度就越高 - 达到极限。 没有剪切加固的梁

在没有抗剪钢筋的梁中,组件 Vs 完全不存在。 此外,在没有包围纵向杆的箍 筋的情况下,对劈裂失效的抑制很小,并且定位力 Vd 很小。 此外,裂纹扩展 是不受限制的,因此相当快速,导致合计界面力 Va 下降,并且还有助于 Vcz 的 未裂化混凝土(在有限的压缩区域中)的面积减小。 然而,在相对较深的梁中, 绑定的行动[图。 6.4(b)]可能会随着倾斜开裂而发展,从而将部分负荷转 移到支架上, 在该部分有效的剪切力。 因此,在没有抗剪加固的梁中,任何剪切转移机制的破坏都可能导致立即失 效,因为再分配的空间很小。 此外,由于与所有上述影响相关的不确定性, 难以准确预测在没有抗剪钢筋的梁中的对角线开裂阶段之后的行为和强度。 如第 5 章所示,弯曲设计是为了确保柔性弯曲失效。 剪切设计的目的是在 达到完全弯曲强度之前避免过早的脆性剪切失效,例如没有腹板加固的梁所显 示的那些。 应设计成员,使得剪切能力足够高以确保柔性弯曲失效。 梁与剪切增强

在具有中等抗剪强度的梁中,即使在倾斜开裂之后,抗剪强度也继续增加,直 到抗剪钢筋产生张力,并且力 Vs 不能超过其最终值 Vus。 任何额外的剪切力 V 必须通过 Vcz,Vd 和/或 Vay 中的增量抵制。 随着裂缝宽度逐渐变宽(现在通 过抗剪钢筋的屈服加速),Vay 减小(而不是增加),由此迫使 Vcz 和 Vd 以更 快的速率增加,直到发生分裂(销钉)失效或混凝土在压缩区在弯曲压应力和剪 切应力的综合作用下被压碎。 由于抗剪钢筋明显屈服,剪切加固梁的破坏本质上是渐进性和延性的 - 不 含抗剪钢筋的不相似梁,其剪切破坏本质上是突然和脆弱的。 但是,如果提 供了过度的抗剪加固,则可能首先发生#39;剪切 - 压缩#39;失效模式[见下一部分], 这是不可取的,因为这种失效会突然发生,没有任何警告。

6.3.2 剪切失效模式

如前所述(参考公式 6.2),最大主拉应力的大小和方向以及倾斜裂纹的发展 和增长都受到弯曲应力 fx 和剪切应力的相对大小的影响。 作为近似值,应 力 fx 和 can 可分别与 M /(bd 2 )和 V /(bd)成正比,其中 M 和 V 分别是所 考虑的梁截面处所施加的弯矩和剪切力,b 是宽度,d 是有效深度。 因此,

其中 F1,F2,F3 是比例常数。 对于受到集中载荷的梁[图。 6.4(a)], 临界截面承受最大值 V 的比值 M / V 恰好与支座和荷载之间的距离 a(称为 剪切跨距)一致。 在这种情况下,比率 M /(Vd)等于 a / d,即剪切跨度 - 深度比率,由此公式 6.5 减至

可以看出,无量纲比率 a / d(或 M /(Vd))提供了弯曲应力和剪切应力 的相对大小的量度,因此能够预测梁的弯曲破坏模式剪切[Ref。 6.2, 6.3]。 该预测基于相当多的实验证据,涉及受到对称两点加载的矩形横截 面的简支梁。

情况 1 : a / d lt;1

在没有腹板加固的非常深的梁(a / d lt;1)中,倾斜的裂缝将梁转化为一个 系杆拱[Fig。 6.4(b)中 ]。 这种联系可能会因其紧张因素的分解而失败, 如图 6.4(b)所示,纵向钢筋(通过屈服,锚固的断裂或破坏)或其压缩弦 的破坏(混凝土的破碎)。

情况 2 : 1 lt;a / d lt;2.5

在 a / d 在 1 至 2.5 范围内的较短梁中,失效由倾斜裂缝引起 - 通常是挠曲 剪切裂缝。 实际的破坏可以通过以下方式进行:(1)在组合剪切和压缩作 用下压碎裂缝尖端上方的还原混凝土段,称为剪切 - 压缩破坏或(2)沿着 张力补强的二次裂缝,称为剪切张力破坏。 这两种类型的失效通常发生在 梁达到的抗弯强度(完全抗弯能力)之前。 然而,当梁的顶部和底部表面施加的载荷和反作用力足以在混凝土中引起 负载和反应之间的垂直压应力时,剪切强度可能会显着增加 - 需要非常大 的负载倾斜开裂。

情况 3:2.5 lt;a / d lt;6

正常光束的 a / d 比率超过 2.5。 这样的梁可能在剪切或弯曲时失效。 弯 曲破坏一定以上的极限 a / d 比取决于拉伸钢的面积以及混凝土和钢的强度; 一般来说,它在 6 附近。

对于 a / d 比值范围为 2.5 至 6 的梁,弯曲张力裂缝发展早。 倾斜弯曲剪切 裂缝的扩展发生剪切失效。 如前所述,如果不提供剪切(腹板)加固,则裂缝 会迅速延伸到梁的顶部; 故障突然发生并被称为斜拉伸失效[图。 6.4(d) ]。 纤维网加固增加了剪切强度。 可以进行荷载直至在剪切张力模式(剪切配筋的 屈服)或剪切压缩模式下发生破坏dagger;,或者以弯曲模式。

除了上述模式之外,在斜拉压力作用下,倾斜裂纹之间腹板部分的混凝土破碎 可能会破坏薄腹板构件(例如带网腹筋的 I - 梁)[图 5]。 6.4(E)]。

6.4 名义剪应力

梁截面中的平均剪切应力 的 的概念用于材料力学,参照均匀的弹性材料[图 5]。 6.1。 它被定义为

lt;

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