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在水电站或抽水站等水工厂房结构中,钢筋混凝土牛腿是支承屋架、屋面梁和吊车梁等的重要结构构件,多为小剪跨比,甚至还有剪跨比小于零的情况,现有计算公式中规定当剪跨比小于0.3时取0.3进行配筋计算,这往往造成牛腿配筋过多、施工困难的不合理现象,因此,有必要对小剪跨比牛腿的受力性能和配筋方法进行深入的研究。
本文作为《水工混凝土结构设计规范》修订专题的一个子题,针对36个小剪跨比(a/h<,0>=0.3,0.2,0.1,0)钢筋混凝土独立牛腿的承载力状况以及现有的配筋计算方法进行了试验研究,较系统地研究了小剪跨比钢筋混凝土牛腿的受力性能,提出了适用于小剪跨比牛腿受力特点的计算方法和相应的公式。论文主要成果如下:
(1)目前,国内外关于小剪跨比钢筋混凝土牛腿理论的研究集中于桁架模型理论和剪摩理论,但建立合理的受力模型仍缺乏足够的试验基础和理论依据。本文在综述各国有关小剪跨比牛腿的设计理论与计算方法的前提下,对小剪跨比牛腿的受力性能及配筋设计方法进行了试验研究。
(2)通过对不同剪跨比条件下的小剪跨比牛腿的钢筋的荷载-应变曲线、各级荷载下的最大裂缝宽度、裂缝的发展、开裂荷载以及极限荷载等的试验分析,重点研究了剪跨比、混凝土强度、纵筋和箍筋配筋率等因素对小剪跨比钢筋混凝土牛腿受力性能的影响。结果表明,剪跨比是影响牛腿极限承载力和破坏形态的主要因素,同时提高混凝土强度和采用合理的配筋方法可以有效提高小剪跨比牛腿的承载力。
(3)试验表明,在小剪跨比条件下,钢筋的作用随着剪跨比的变化而不同,随着剪跨比的减小,纵筋作用不断减弱。当剪跨比接近于0时,纵筋和箍筋应力很小,配筋时只需满足构造要求即可。
(4)建立了小剪跨比牛腿受剪承载力的计算模型,给出了与现有钢筋混凝土牛腿计算公式相衔接的小剪跨比牛腿承载力的计算公式,建议小剪跨比钢筋混凝土牛腿的配筋方法,为规范的修订提供依据。