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T形梁构件承载力计算及正常使用阶段验算示例


依据SL 191-2008第10.2.7条的规定:对高度 h≤800mm的梁,箍筋直径不宜小于6mm。本算例选 双肢箍筋,箍筋选用φ8,即Aw=101mm2, s=101/0.761=133mm。本例中取实际s=120mm。相应 的Asv/s=101/120=0.841>0.761,满足设计要求。 由于设计中不须设置弯起钢筋,故不用对钢筋 弯起点处截面进行受剪承载力计算。
选用6根直径为25mm的HRB400级钢筋 (As=2945mm2>2729 mm2 ),钢筋排列见图4。
(4)最小配筋率复核 依据SL 191-2008第9.5.1条复核最小配筋率:本算 例 中 ,2945/300/725=1.35%>ρmin=0.2算
1)求跨中弯矩设计值 先求跨中弯矩标准值:
1 M Gk g k ln 2 138.15kN m 8 1 M Qk qk ln 2 81.45kN m 8 MQ1k P lAB 256kN m k
其中lAB为简支梁从 A点与B点之间的距离,如图1 所示,lAB=1.6m。
C30混凝土:由SL 191-2008第4.1.4~4.1.5条表4.1.4~表4.1.5及第 4.1.7 条 表 4.1.7 分 别 查 得 fck=20.1N/mm2 , ftk=2.01N/mm2 , fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2,Ec=3.0×104N/mm2。 HRB400级钢筋:由SL 191-2008第4.2.2条表4.2.2-1和第4.2.3条 表4.2.3-1及第4.2.4条表4.2.4分别查得fyk=400N/mm2, fy=fy’=360N/mm2,Es=2.0×105N/mm2。 HRB335级钢筋:由SL 191-2008第4.2.2条表4.2.2-1和第4.2.3条 表 4.2.3-1 及 第 4.2.4 条 表 4.2.4 分 别 查 得 fyk=335N/mm2 , fy=fy’=300N/mm2,Es=2.0×105N/mm2。
VAQk 2 1 qk ln 54.3kN 2
VAQ1k Pk 160kN
集中荷载作用点B截面的剪力标准值:
1 VB左Gk g k ln g k lAB 42.98kN 2 1 VB左Qk qk ln qk lAB 25.34kN 2 1 VB右Gk g k ln g k lAB 42.98kN 2 1 VB右Qk qk ln qk lAB 25.34kN 2
• 3. 正截面受弯承载力计算
(1)确定翼缘计算宽度bf’ 依据SL 191-2008第6.2.3条:T形梁受压区有效计 算宽度bf ’ ,应按规范中表6.2.3所列各项最小值取 用,但bf ’应不大于受压翼缘的实有宽度。结合本例 条件,在hf ’h0=100/725=0.138>0.1,且简支梁为独 立T形梁情况下,依据SL 191-2008第6.2.3条给出的 表6.2.3, bf ’可按如下两种方式计算:
故截面尺寸满足要求。
(2)受剪腹筋计算
依据SL 191-2008第6.5.2条关于斜截面受剪承载力 计算中计算截面的选取规定:本算例中拟定箍筋间距 以及构件截面尺寸沿整个构件长度不发生变化,并拟 定不采用弯起钢筋,故在计算斜截面受剪承载力时, 以支座边缘处的截面作为计算截面,即计算中采用的 剪力设计值V=VA=353.86kN。如果设计中发现为满足 截面受剪承载力要求必须要设置弯起钢筋,则还应对 钢筋弯起点处截面进行受剪承载力计算。
VB左Q1k P 160kN k
VB右Q1k 0
支座截面剪力设计值:
VA 1.05VAGk 1.2VAQk 1.2VAQ1k 353.89kN
集中荷载作用点截面B的剪力设计值:
VB左 1.05VB左Gk 1.2VB左Qk 1.2VB左Q1k 267.54kN VB右 1.05VB右Gk 1.2VB右Qk 1.2VB右Q1k = 75.54kN
图1 T形截面简支梁计算简图
图2 梁截面尺寸
计算步骤:
• 1. 设计条件
(1)承载力安全系数 由SL 191-2008第3.2.4条表3.2.4查得2级水工 建筑物基本组合下的承载力安全系数K=1.2(由表 注2:结构在使用、施工、检修期的承载力计算, 安全系数应按表中基本组合取值)。
(2)材料性能设计指标
(3)最大箍筋间距及箍筋最小配筋率复核
依据SL 191-2008第10.2.7条的规定:针对本例 选用截面高度h=800mm且KV>Vc的情况,箍筋最 大 限 制 间 距 应 为 smax=250mm , 由 smax=120mm<smax=250mm,故箍筋间距满足箍筋 最大间距要求。 依据SL 191-2008第10.2.7条的规定,针对本例 选用HRB335级钢筋且KV>Vc的情况,箍筋最小配 筋率为ρsv,min=0.10%。于是由
1 1 2s 1 1 2 0.143 0.155
校核受压区高度ξ是否满足规范限制要求,依据 SL 191-2008式(6.1.4)计算相对界限受压区高度ξb :
b
xb h0 0.8 fy 0.0033Es 0.8 0.52 360 1 0.0033 2 105
bf' b 12h'f 300 12 100 1500mm
bf' l0 / 3 6000/ 3 2000mm
由于上述数值均大于翼缘的实有宽度,所以按 bf ’ =650mm计算。
(2)鉴别T形梁类别 拟取用a=75mm,则截面有效高度h0=h-a=725mm。 在配筋面积未知的情况下,采用如下方法鉴别T形截面 类别:
(1)截面尺寸验算 依据SL 191-2008第6.5.1条:当hw/b=2.08<4.0时, 按SL 191-2008式(6.5.1-1)验算截面尺寸(其中,hw 为截面的腹板有效高度,依据SL 191-2008第6.5.1条取 为截面有效高度减去翼缘高度):
0.25 fcbh0 0.25 14300 0.300 0.725 777.56kN>KV 1.2 353.86 424.63kN
在设计中,通常将x=ξh0代入式(6.2.2-2)及(6.2.2-3), 可得
KM M u f csbh02 f c (b'f b)h'f (h0 h'f 2 )
f y As fc bh0 fc (b b)h
' f
' f
计算αs及相应的ξ。
KM f c (bf' b)hf' (h0 hf' / 2) s f cbh02 1.20 550.0 106 14.3 (650 300) 100 (725 100 / 2) 14.3 300 7252 0.143
KM 1.20 550 660.0kNgm
fcbf' hf' (h0 hf' / 2) 14.3 650 100 (725 100 / 2) 627.41kNgm
由于KM>fcbf ’hf ’(h0- hf ’/2),所以本例题所给截 面属于第二类T形截面(x>hf ’)。
由SL 191-2008基本组合的荷载效应组合公式 (3.2.2- 1)可求得跨中弯矩设计值为:
M 1.05M Gk 1.2M Qk 1.2M Q1k 550kN m
2)求控制截面剪力设计值 由SL 191-2008基本组合的荷载效应组合公式 (3.2.2-1) 可求得控制截面剪力设计值。 先求各个截面剪力标准值: 1 支座截面剪力标准值: AGk g k ln 92.1kN V
(3)配筋计算 对于第二类T形截面,计算中应考虑截面腹板 受压区混凝土的工作,其正截面受弯承载力应按SL 191-2008式(6.2.2-2)计算: '
hf x ' ' KM f cbx(h0 ) f c (b f b)h f (h0 ) 2 2
此时,受压区计算高度x按SL 191-2008式(6.2.2-3) 确定: fc [bx (b'f b)h'f ] f y As 式中,x为受压区计算高度(mm),As为纵向受拉 钢筋面积(mm2),其它符号意义在图2中给出。
• 2. 内力计算
(1)荷载标准值
本算例荷载标准值如下:
均布恒荷载标准值gk=30.7kN/m;
均布活荷载标准值qk=18.1kN/m; 集中活荷载标准值Pk=160kN。
(2)承载力计算时依据SL 191-2008第3.2.2条的荷载 效应组合公式计算荷载效应组合设计值。基本组合 下当永久荷载对结构起不利作用时按公式(3.2.2-1 )计算荷载效应组合设计值。
1
依据SL 191-2008第6.2.1及6.2.2条,由于受压区 高度满足如下条件:
0.155 0.85 b 0.440
故符合SL 191-2008关于受压区高度的要求。
结合式(6.2.2-3)可以求得纵向受拉钢筋截面 面积As为: ' '
As f c bh0 f c (bf b)hf fy 14.3 0.155 300 725 14.3 (650 300) 100 360 2729mm 2
其它相关控制截面剪力设计值可依据上述计算结 果及结构对称性得到,简支梁内力分布见图3。
图3 T形截面简支梁内力分布图
(3)正常使用极限状态验算时依据SL 191-2008第
3.2.5条采用荷载效应的标准组合。跨中截面标准
组合下的弯矩值为:
M k M Gk (M Qk M Q1k ) 475.6kN m
KV Vc Vm A Vm 1.25 f yv sv h0 s Vc 0.7 f t bh0
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