当前课程知识点：混凝土建筑结构 > 2. 单层厂房 > 2.3单层厂房柱 > 2-10牛腿试验研究
同学你好
这一讲的内容是牛腿的实验研究
首先来看一下牛腿在单层厂房中
它常常用来在柱侧伸出
支承屋架屋面梁托架和吊车梁等构件
牛腿有哪些特点呢
单层厂房的牛腿大多数是负荷较大或者有动力作用
所以虽然牛腿它的尺寸比较小
却是一个非常重要的部件
牛腿按照它的尺寸可以分为短牛腿和长牛腿
这里面有一个量值a
这个a是牛腿上作用的集中力
Fv就竖向的集中力
到下柱内边缘之间有一个尺寸a
这个尺寸a和牛腿的方向的尺寸
竖向的有一个h如果扣除
纵向受拉钢筋的保护层厚度之后
从纵向受拉中心线向下计算到这个点上就是h0
a如果小于等于h0
就是短牛腿
也就是我们这讲里面所研究的内容
如果a大于h0就是长牛腿
长牛腿的受力性能和悬臂梁是类似的
我们可以按照悬臂梁的方法来设计
短牛腿它从受力上来说是一个变截面深梁
那么它的受力有哪些特征
我们现在来做一个实验看一下
对a等于0.5倍的h0
这样一个牛腿进行环氧树脂的实验
加载试验光弹实验可以得到
主拉应力迹线和主压应力迹线
其中在这个图中
红颜色的实线代表的是主拉应力迹线
蓝颜色的虚线代表的是主压应力迹线
在上部牛腿的上部这个区域里面
可以看出来
主拉应力基线基本上是和牛腿上边缘平行的
并且上表面的应力沿长度方向比较均匀
这是它的长度方向比较均匀
对于牛腿下部而言
主压应力迹线
这个是主压应力迹线
蓝颜色的主压应力迹线
它大体上和一个连线
这个连线是加载点和牛腿的斜面
与下柱相交的点把这个连起来
和这条连线相平行
它有这样一个规律
也就是说在这个范围里面形成的有一个压力带
这个是放大这个图看得就更清楚一些
然后上部分牛腿的上部分
主拉应力迹线和上表面基本是平行的
并且分布比较均匀
然后在下半部分这一部分可以看出来
它的主压应力迹线基本上是
从这个点和这个点相连线相平行
和这个连线相平行
这个裂缝在加载过程中它是怎么出现的呢
当荷载比较小的时候
比如说从加载开始
到破坏荷载的20%到40%的时候
首先出现一些比较短的竖向裂缝
这个对牛腿的受力性能影响不大
第二个
当加载加到破坏荷载的40%到60%的时候
在加载板的内侧
这个是加载板
然后在它的内侧
就是这个位置出现的是裂缝
这个位置出现裂缝
就是编号1的这个裂缝
当荷载继续加大
接近破坏的时候
大约到破坏荷载的80%
然后在出现第二条斜裂缝
第二条斜裂缝一出现
牛腿马上就破坏了
我们在设计的时候
不允许出现斜裂缝
指的是加载板内侧的第一条斜裂缝编号1的裂缝
它也是确定牛腿截面尺寸的主要依据
a/h0这个a就是刚才讲的
竖向力作用点给它拉下来
跟这个这一段的就是a
这个是a/h0它们之间的关系
是影响斜裂缝出现迟早得很重要的一个参数
如果a/h0增加
也就是说牛腿伸长
水平方向的应力
水平方向的应力就是沿着它这个方向的应力
就会增加 水平方向是拉应力
拉的时候这个裂缝肯定更容易出现更早地出现
竖向的应力σy减小
σy值是沿着竖向的它减小
它俩叠加的作用
就会使得主拉应力的值更大
所以斜裂缝就会更早地出现
牛腿的破坏形式分为三大类
第一类是弯曲破坏
第二类是剪切破坏
第三类是局部受压破坏
其中剪切破坏又分为三个
一个是纯剪破坏
第二个斜压破坏
第三个斜拉破坏
这几种破坏形态它是怎么出现的
我们来分别讨论一下
首先来看弯曲破坏
这个弯曲破坏发生在a/h0大于等于0.75
并且同时纵向受拉钢筋配筋率比较低的时候
纵向钢筋配在什么地方
纵向钢筋配的时候是配在这个位置
纵向受拉钢筋配置率比较低的时候
发生纵向受拉钢筋屈服
受压区混凝土压碎破坏
受压区是哪个部位
这个部位是受压区
所以配置在上部的受拉钢筋屈服
在这个部位的受压混凝土被压碎就发生弯曲破坏
剪切破坏来看一下第一类纯剪破坏
这个是当a/h0很小
也就是说力竖向力离下柱的内表面非常近
a/h0值很小
或者这个值虽然比较大
但是边缘高度比较小
这个是边缘高度
牛腿边缘的高度比较小
会发生沿加载板内侧接近垂直
就是竖直截面的纯剪破坏
就类似于把它劈下来了这种破坏
第二个剪切破坏的形式是斜压破坏
这个是当a/h0在0.1到0.75之间的时候
纵向受拉钢筋屈服
在加载点与牛腿和下柱交点之间
形成一条混凝土压力带而破坏
有一个斜向的压力带
最后一个剪切破坏是斜拉破坏
发生在a/h0在0.1到0.75之间
并且纵向受拉钢筋配筋率过少
这个类似于少筋破坏
也就是说斜裂缝一出现
牛腿马上就破坏了
最后一种破坏形式是局部受压破坏
局部受压破坏就是
竖向力加的位置发生局部受压破坏
它的原因是要么加载板的面积太小
要么混凝土的强度等级过低
好这一讲的内容就到这里
再见
-教材与课程内容
--教材
-1.1概述
-1.2现浇单向板肋梁楼盖
-1.3双向板肋梁楼盖
-1.4无梁楼盖+1.5装配式楼盖
--1-19无梁楼盖
-1.6楼梯与雨蓬
--1-20楼梯
--1-21雨蓬
-1. 楼盖--课后习题
-2.1单层厂房的结构形式、结构组成和结构布置
--2-3变形缝
-2.2排架计算
--2-8内力组合
-2.3单层厂房柱
--2-9单层厂房柱
--2-11牛腿设计
-2.4柱下独立基础
-2.5吊车梁
--2-13吊车梁
-2. 单层厂房--课后习题
-3.1多层框架结构的组成与布置
-3.2框架结构内力与水平位移的近似计算方法
-3.3多层框架内力组合
-3.4无抗震设防要求时框架结构构件设计
-3.5多层框架结构基础
-3. 多层框架结构--课后习题
-4.1概述
-4.2高层建筑结构体系与布置原则+4.3高层建筑结构上的作用
-4.4剪力墙构件
-4.5剪力墙结构
-4.6框架—剪力墙结构
-4.7筒体结构
--4-28筒体结构
-4. 高层建筑结构--课后习题
-单层厂房主要构件及计算方法演示视频——西安交通大学本科生王宇、龙杰烨、张松、刘昊洋作品
