CN106503360A - 大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法 - Google Patents
大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106503360A CN106503360A CN201610948958.2A CN201610948958A CN106503360A CN 106503360 A CN106503360 A CN 106503360A CN 201610948958 A CN201610948958 A CN 201610948958A CN 106503360 A CN106503360 A CN 106503360A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shear
- reinforcement
- computational methods
- unit
- large volume
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Architecture (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Reinforcement Elements For Buildings (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
本发明公开一种大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法,尤其是一种应用于土木工程领域竖向荷载作用下的大体积混凝土结构配筋计算方法。本发明提供一种可以有效避免基岩上的高心墙堆石坝坝底廊道出现开裂,漏水现象的大体积混凝土结构配筋计算方法,包括以下几个步骤:a、做出各个载荷情况作用下的剪应力分布等值线图。b、在图上选取剪力最大的应力路径进行积分,得到该应力路径的剪力值V。c、利用沿应力路径的总剪力V,混凝土承担的剪力Vc与需要钢筋承担的剪力Vs之间的关系式和式Vs=fyAs计算出配筋面积;采用本申请的计算方法可以提高结构抗剪性能,可以有效避免基岩上的高心墙堆石坝坝底廊道出现开裂,漏水现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法,尤其是一种应用于土木工程领域竖向荷载作用下的大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法。
背景技术
现有技术中没有大体积混凝土抗剪设计的配筋计算方法,工程中对于大体积混凝土的开裂问题多归因于温度荷载的影响。实际上,对于顶部受较大竖向荷载作用的大体积混凝土结构(如基岩上高心墙堆石坝坝底的廊道结构),除温度荷载外,结构本身受到的剪应力特别大,根据材料力学第三强度理论:“引起材料屈服的主要因素是最大剪应力,而且不论材料处于何种应力状态,只要最大剪应力达到材料单向拉伸屈服时的最大剪应力,材料即发生屈服”,可见剪应力是大体积混凝土结构开裂的重要原因之一。
通过对长河坝、糯扎渡及瀑布沟等现有在建和已建工程实测资料的分析,发现高心墙堆石坝工程心墙的拱效应其实并不明显,心墙主应力的方向以竖直向为主,底部(即廊道顶部)的压应力约等于竖直方向的土柱重量,对于200m级、300m级的堆石坝而言,底部的压应力高达4MPa~6MPa,在廊道顶部及底部四个角区,形成较大的剪应力区,通过核算,这四个地方的剪应力通常都远超过混凝土的抗剪切强度,需要进行抗剪配筋设计,而目前工程实际中,并没有进行过抗剪配筋设计。因此可以断定,基岩上的高心墙堆石坝坝底廊道无一不出现开裂,漏水现象,高剪应力的影响是一重要原因。
对于高心墙堆石坝坝底廊道的配筋,现有技术中只按照正应力(更确切说是拉应力)进行配筋,而对于剪应力的影响尝尝会被忽略掉。其实剪应力的影响是造成高心墙堆石坝坝底廊道开裂、漏水的重要原因之一,然而现有技术中还没有一种可以有效避免基岩上的高心墙堆石坝坝底廊道出现开裂,漏水现象的大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以有效避免基岩上的高心墙堆石坝坝底廊道出现开裂,漏水现象的大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法。
本发明解决其技术问题所采用的大体积混凝土结构抗剪设计的配筋计算方法,包括以下几个步骤:
a、作出大体积混凝土结构分别在竖向均布荷载4单独作用下,集中荷载5单独作用下以及竖向均布荷载4和集中荷载5混合作用下的剪应力分布等值线图;
b、在图上选取剪力最大的应力路径3,沿该应力路径3按式进行积分,得到沿该应力路径3的剪力值V;
c、利用沿应力路径3的总剪力V,混凝土承担的剪力Vc与需要钢筋承担的剪力Vs之间的关系式:
和式Vs=fyAs计算出配筋面积;式中,γd为钢筋混凝土结构的结构系数,取1.2,fy为钢筋抗拉强度设计值,As为配筋面积;fy单位为N/mm2,As单位为mm2。
进一步的是,其中Vc的计算方法为:根据式计算出Vc,其中h为结构的截面高度,单位为mm,h0为结构的截面计算高度,单位为mm,ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m l0为结构的计算跨度,单位为mm。
进一步的是,其中Vc的计算方法为:根据式Vc=ft/2bh0计算出Vc,其中ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m,h0为结构的截面计算高度,单位为mm。
进一步的是,其中Vc的计算方法为:根据式Vc=ftbh0计算出Vc,其中ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m,h0结构的截面计算高度,单位为mm。
本发明的有益效果是:采用本申请的计算方法,充分考虑了剪应力对大体积混凝土结构的影响,计算结果科学合理,从提高结构抗剪性能方面显著改善大体积混凝土的抗剪承载能力,通过合理的配筋布置,使得结构更加牢靠,可以有效避免基岩上的高心墙堆石坝坝底廊道出现开裂,漏水的现象。
附图说明
图1是大体积混凝土结构承受竖向荷载作用及剪应力分布等值线示意图;
图2是沿压力路径的剪应力分布图;
图中零部件、部位及编号:大体积混凝土结构1、剪应力等值线2、应力路径3、均布荷载4、集中荷载5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明的大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法,包括以下几个步骤:
a、做出大体积混凝土结构1分别在竖向均布荷载4单独作用下,集中荷载5单独作用下以及竖向均布荷载4和集中荷载5混合作用下的剪应力分布等值线图。本步骤的剪应力分布等值线可通过有限元计算方法得到,可借助有限元分析软件方便快捷的得到剪应力分布等值线图;
b、在图上选取剪力最大的应力路径3,沿该应力路径3按式进行积分,得到该应力路径3的剪力值V。其中τ为剪应力,dl为沿应力路径的微分。在图中如果不能一眼就看出哪个应力路径3的剪力最大时,可以对几个有可能是最大应力的路径进行剪力计算,然后经过比较得出最大剪力值;
c、利用沿应力路径3的总剪力V,混凝土承担的剪力Vc与需要钢筋承担的剪力Vs之间的关系式:
和式Vs=fyAs计算出配筋面积;式中,γd为钢筋混凝土结构的结构系数,取1.2,fy为钢筋抗拉强度设计值,As为配筋面积;fy单位为:N/mm2;As单位为mm2。对剪应力的积分实际上就是求图2中剪应力图形与坐标轴所围成的面积,可据此简化计算。采用前述计算方法,充分考虑了剪切应力对大体积混凝土结构的影响,计算结果精确,从提高结构抗剪性能方面显著改善大体积混凝土的配筋布置,以使得结构更加牢固,可以有效避免基岩上的高心墙堆石坝坝底廊道出现开裂,漏水现象。
为了使计算结果更加精确,本申请还提供以下几种优选的Vc的计算方法:
其中第一种Vc的计算方法为:根据式计算出Vc,其中h为结构的截面高度,单位为mm,h0为结构的截面计算高度,单位为mm,ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m,10为结构的计算跨度,单位为mm。前述各个参数的物理意义可以参见《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057-2009)第13.7.5条。当大体积混凝土结构顶部竖向荷载只有均布荷载4作用或者均布荷载4作用占主要优势的情况下采用本方法可以提高计结果的准确性。
第二种Vc的计算方法为:根据式Vc=ft/2bh0计算出Vc,其中ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m,h0为结构的截面计算高度,单位为mm。本方法根据材料力学第三强度理论,强度条件为:σr3=σ1`-σ3≤[σ]取[σ]=ft/2,
得到混凝土的受剪承载能力为Vc=[σ]bh0=ft/2bh0。当大体积混凝土结构顶部竖向荷载只有集中荷载5作用或者集中荷载5作用占主要优势的情况下采用本方法可以提高计结果的准确性。
第三种Vc的计算方法为:根据式Vc=ftbh0计算出Vc,其中ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m,h0为结构的截面计算高度,单位为mm。将第二种方法中的强度调节适当放松,取[σ]=ft,得混凝土的受剪承载力:Vc=[σ]bh0=ftbh0。当大体积混凝土结构顶部竖向荷载的作用既有均布荷载4作用,又有集中荷载作用,且各种荷载对结果影响程度相近时采用本方法可以提高计结果的准确性。
实施例:
现以某高心墙堆石坝坝底灌浆廊道的抗剪设计配筋为例,说明大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法的应用:
某高心墙堆石坝,坝高303m,坝基为基岩,心墙高度295m,廊道顶部采用微拱形结构,顶部承受竖向均布荷载4约为6MPa,根据有限元计算成果,廊道顶部沿上下游靠近廊道边墙约三分之一的位置形成两个剪应力较大区域,剪应力最大值为5.8MPa,远大于混凝土的抗剪强度,需要进行抗剪设计。因此,在剪应力较大的每个区域沿剪力值可能较大的地方选取应力路径3。
以上游应力路径3为例进行配筋面积计算,首先沿应力路径3积分得到剪力值为9779KN,采用第一种方法计算得到混凝土受剪承载力Vc=9891KN,带入式中求得Vs=1844KN,再带入式Vs=fyAs得到配筋面积As=5122mm2;采用第二种方法计算得到混凝土受剪承载力Vc=3983KN,带入式中求得Vs=7752KN,再带入式Vs=fyAs中得到配筋面积As=21532mm2;采用第三中方法计算得到混凝土受剪承载力Vc=7966KN,带入式Vs=3769KN,再带入式Vs=fyAs中得到配筋面积As=10468mm2;由于廊道顶部承受竖向均布荷载4的作用,所以,廊道配筋方式选用以第一种为准进行,廊道的配筋面积As=5122mm2。
Claims (4)
1.大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法,其特征在于:包括以下几个步骤:
a、做出大体积混凝土结构(1)分别在竖向均布荷载(4)单独作用下,集中荷载(5)单独作用下以及竖向均布荷载(4)和集中荷载(5)混合作用下的剪应力分布等值线(2)图;
b、在图上选取剪力最大的应力路径(3),沿该应力路径(3)按式进行积分,得到沿该应力路径(3)的剪力值V;
c、利用沿应力路径(3)的总剪力V,混凝土承担的剪力Vc与需要钢筋承担的剪力Vs之间的关系式:
和式Vs=fyAs计算出配筋面积;式中,γd为钢筋混凝土结构的结构系数,取1.2,fy为钢筋抗拉强度设计值,As为配筋面积;fy单位为N/mm2,As单位为mm2。
2.如权利要求1所述的大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法,其特征在于:其中Vc的计算方法为:根据式计算出Vc,其中h为结构的截面高度,单位为mm,h0为结构的截面计算高度,单位为mm,ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m,l0为结构的计算跨度,单位为mm。
3.如权利要求1所述的大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法,其特征在于:其中Vc的计算方法为:根据式Vc=ft/2bh0计算出Vc,其中ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m,h0为结构的截面计算高度,单位为mm。
4.如权利要求1所述的大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法,其特征在于:其中Vc的计算方法为:根据式Vc=ftbh0计算出Vc,其中ft为混凝土抗拉强度,单位为N/mm2,b为单位宽度,取值为1m,h0结构的截面计算高度,单位为mm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610948958.2A CN106503360B (zh) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610948958.2A CN106503360B (zh) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106503360A true CN106503360A (zh) | 2017-03-15 |
CN106503360B CN106503360B (zh) | 2020-02-04 |
Family
ID=58322179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610948958.2A Active CN106503360B (zh) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | 大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106503360B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111444655A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-07-24 | 中国水利水电科学研究院 | 一种水工建筑结构静动力配筋方法 |
CN112966398A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-06-15 | 宁波大学 | 一种基于应力分布的Voronoi多孔梯度结构生成方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080263978A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-30 | Zaher Ali Abou-Saleh | Reinforcing Assemblies and Reinforced Concrete Structures |
CN201762885U (zh) * | 2010-06-10 | 2011-03-16 | 李有丰 | 一种具韧性钢筋混凝土剪力墙体使用的剪力筋结构 |
CN102590484A (zh) * | 2012-01-20 | 2012-07-18 | 中国寰球工程公司 | 一种混凝土构件在火灾作用下的性能分析方法 |
CN103971013A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-08-06 | 香港华艺设计顾问(深圳)有限公司 | 一种用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法 |
-
2016
- 2016-10-26 CN CN201610948958.2A patent/CN106503360B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080263978A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-30 | Zaher Ali Abou-Saleh | Reinforcing Assemblies and Reinforced Concrete Structures |
CN201762885U (zh) * | 2010-06-10 | 2011-03-16 | 李有丰 | 一种具韧性钢筋混凝土剪力墙体使用的剪力筋结构 |
CN102590484A (zh) * | 2012-01-20 | 2012-07-18 | 中国寰球工程公司 | 一种混凝土构件在火灾作用下的性能分析方法 |
CN103971013A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-08-06 | 香港华艺设计顾问(深圳)有限公司 | 一种用于验算弧墙斜墙墙体配筋的方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
刘超 等: "腹部纵向配筋混凝土梁斜截面抗剪承载力", 《同济大学学报》 * |
张维秀 等: "中美规范钢筋混凝土梁抗剪配筋分析", 《化工设计》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111444655A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-07-24 | 中国水利水电科学研究院 | 一种水工建筑结构静动力配筋方法 |
CN111444655B (zh) * | 2020-04-08 | 2021-03-16 | 中国水利水电科学研究院 | 一种水工建筑结构静动力配筋方法 |
CN112966398A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-06-15 | 宁波大学 | 一种基于应力分布的Voronoi多孔梯度结构生成方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106503360B (zh) | 2020-02-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104480962B (zh) | 一种有限填土挡墙的土压力分布计算方法 | |
CN106777520A (zh) | 一种埋入式抗滑桩的设计方法 | |
Akhtarpour et al. | Experimental study of asphaltic concrete dynamic properties as an impervious core in embankment dams | |
CN104179176A (zh) | 基于锚索预应力损失与岩土体蠕变耦合的边坡蠕变量计算方法 | |
CN106503360A (zh) | 大体积混凝土结构抗剪设计配筋计算方法 | |
CN111814234A (zh) | 一种破碎岩体泄洪隧洞施工处理的方法 | |
CN108571328A (zh) | 一种地层交界段盾构隧道管片衬砌结构及设计方法 | |
CN110485455A (zh) | 黄土暗穴区桥梁桩基竖向承载力及修正系数计算方法 | |
Huang et al. | Determination of minimum cover depth for shallow tunnel subjected to water pressure | |
CN104036094A (zh) | 一种活性粉末混凝土大偏心受压构件开裂荷载的计算方法 | |
CN208330399U (zh) | 一种地层交界段盾构隧道管片衬砌结构 | |
CN103924591B (zh) | 一种拉力型锚索的设计方法 | |
CN115983068A (zh) | 一种非饱和土边坡稳定性测量方法、装置及存储介质 | |
CN104196024A (zh) | 基于锚索预应力损失与岩土体蠕变耦合的预应力损失计算方法 | |
CN108118833A (zh) | 双钢筋混凝土构件及其裂缝计算方法 | |
Dai et al. | Ultimate support force of excavation face in curved shield tunnels in composite strata | |
Abbas et al. | Numerical analysis of soil nail walls in hybrid retaining wall systems | |
Balunaini et al. | Effect of compaction stresses on performance of back-to-back retaining walls | |
CN103215914A (zh) | 堤身沉降控制方法 | |
Khaniki et al. | Analytical and experimental approaches to obtain the ultimate strength of reinforced earth elements | |
Shahin et al. | 2D model tests and numerical simulation in shallow tunneling considering existing building load | |
CN107560944A (zh) | 一种围岩变形实验检测方法 | |
Ghosh et al. | Study on the behavior of Pile-Raft foundation in cohesive soil | |
Ma et al. | The influence evaluation of the waste slag above tunnel on the safety of the structure of the high-speed railway tunnel | |
Qu et al. | Influence of concrete strength on performance of stabilizing pile |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |