钢筋混凝土牛腿的设计

13.8

钢筋混凝土牛腿的设计

一、试验结果剪跨比a/h0对牛腿破坏影响最大。a

、h0见下图。随着剪跨比a/h0的不同，牛腿大致发生以下两种破坏情况：

钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第1页。1、剪跨比

a/h0＞0.2：（1）在竖向荷载作用下，裂缝①最先出现在牛腿顶面与上柱相交的部位。（2）随着荷载的增大，在加载板内侧出现裂缝②。（3）在裂缝②的外侧，形成明显的压力带。（4）当在压力带上产生许多相互贯通的斜裂缝，或突然出现一条与斜裂缝②大致平行的斜裂缝③时，就预示着牛腿即将破坏。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第2页。1、剪跨比

a/h0＞0.2：（6）牛腿可看作是一个以纵向钢筋为拉杆，混凝土斜向压力为压杆的三角桁架，破坏时，纵向钢筋受拉屈服，混凝土斜压破坏。（5）量测结果表明，在斜裂缝出现后，纵向钢筋应力沿长度方向的分布比较均匀，近似于轴心受拉构件。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第3页。2、剪跨比

a/h0＜0.2：（2）牛腿内纵向钢筋应力相对较低。（1）在牛腿与下柱交接面上出现一系列短斜裂缝，最后牛腿沿此截面剪切破坏。即，发生沿加载板内侧接近垂直截面的剪切破坏。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第4页。3、当牛腿同时作用有竖向力与水平力时：（1）牛腿截面出现斜裂缝时的荷载降低。

（2）牛腿的极限承载能力也降低。（3）有水平拉力作用的牛腿与仅有竖向力作用的牛腿的破坏规律相似，仍然是两种破坏。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第5页。4、在DL/T5057-2009的改进（1）在水电站或抽水站，独立牛腿及壁式牛腿多为小剪跨比，甚至小于零的情况。（2）DL/T5057-1996独立牛腿配筋的规定是借用《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）中的有关条文，规定当a/h0<0.3时取a/h0=0.3进行配筋计算，这往往造成牛腿顶部纵向受力钢筋用量过多的不合理现象。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第6页。（3）在DL/T5057-2009修编时，进行了专题研究，进行了

36个独立牛腿小剪跨比（0.3，0.2，0.1，0）的加载试验，探讨了不同混凝土强度等级、不同顶部纵向受拉钢筋用量及不同水平箍筋用量对小剪跨比牛腿破坏形式及承载能力的影响，给出了小剪跨比牛腿承载力计算公式，形成了完整的独立牛腿设计方法。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第7页。Fvk——按荷载标准值计算得出的作用于牛腿顶面的竖向力；Fhk——按荷载标准值计算得出的作用于牛腿顶面的水平力；β

——裂缝控制系数，水电站厂房立柱的牛腿，0.70

；

其他牛腿，0.80

。

二、牛腿截面尺寸的确定（13.8.1条）（1）牛腿的宽度与柱的宽度相同，牛腿的高度可根据裂缝控制要求确定。一般是先假定牛腿高度h，然后按下式进行验算：钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第8页。（2）牛腿外形尺寸还应满足以下要求：牛腿外边缘高度h1>h/3，且不应小于200mm。吊车梁外边缘至牛腿外缘的距离不应小于100mm。

钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第9页。（3）牛腿顶面在竖向力设计值Fv作用下，局部受压应力不应超过0.90fc，否则应采取加大受压面积，提高混凝土强度等级或配置钢筋网片等有效措施。

钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第10页。三、牛腿的配筋计算与构造

牛腿的破坏形态有两种，两种配筋方法也有两种。1、剪跨比

a/h0＞0.2（13.8.2

条）（1）这种破坏在斜裂缝出现后，牛腿可近似看作是以纵筋为水平拉杆，以混凝土为斜压杆的三角形桁架。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第11页。（2）纵向受力钢筋由两部分组成：承受竖向力Fv所需的受拉钢筋承受水平拉力Fh所需的锚筋

钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第12页。（3）纵向受力钢筋宜采用HRB335、HRB400和HRB500钢筋。（4）纵向受力钢筋不应下弯兼作弯起钢筋。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第13页。（5）承受竖向力所需的受拉钢筋的配筋率不应小于0.2％，也不宜大于0.6％，且根数不宜少于4根，直径不应小于12mm。（6）注意钢筋锚固、切断位置要求。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第14页。（7）水平箍筋的直径不应小于6mm，间距为100mm～150mm，且在上部范围内2h0/3的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第15页。（8）剪跨比

a/h0＞0.3

时，设置弯起钢筋

。截面面积不应少于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2，根数不应少于2根，直径不应小于12mm。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第16页。9.7

双向板肋形结构的设计

2、剪跨比

a/h0<0.2（13.8.3条）：（1）混凝土剪切破坏，顶部纵向受力钢筋达不到抗拉强度。

（2）以纵向受力钢筋为水平拉杆，混凝土为斜压杆的三角形桁架假定显然已不合理。

（3）牛腿承载力由顶部纵向受力钢筋、水平箍筋与混凝土三者共同提供。牛腿应在全高范围内设置水平钢筋。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第17页。（4）牛腿顶面承受竖向力所需的水平钢筋和承受水平拉力所需的锚筋组成的受力钢筋总截面面积：牛腿中承受竖向力所需的水平箍筋总截面面积：

βs——受力钢筋配筋量调整系数，取βs=0.6~0.4，剪跨比较大时取大值，剪跨比较小时取小值。钢筋混凝土牛腿的设计全文共20页，当前为第18页。（5）牛腿中承受竖向力所需的水平箍筋均匀配置在牛腿全高范围内。（6）承受竖向力所需的顶部受拉钢筋的配筋率，不应小于0.15%。（7）水平箍筋宜采用HRB335，直径不应小于8mm，间距在100～150m