钢筋混凝土主次梁的传力机理及节点构造措施

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[提要]文章分析了钢筋混凝土梁在吊挂荷载作用下的主次梁传力机理，论述了吊挂筋和剪力筋的不同作用，侧重分析了次梁向主梁的压力传递模式并提出了相应的节点构造措施。

[关键词]钢筋混凝土梁吊挂荷载节点构造

1前言

钢筋混凝土梁上的吊挂荷载，通常表现为次梁、梁底面预埋螺栓（图1（a））、吊环（图1（b）），荷载较大的悬挂吊车轨（图1（c））等。现行规范[1]规定，吊挂荷载要由元宝筋或附加箍筋来承担。有的文献[2]则认为附加箍筋起抗剪作用，甚至称“当梁上对称地作用有两个点荷载时，点荷载之间的弯矩为常数，没有剪力，这时所需的吊箍应设在主梁剪跨的那边，因为在纯弯区吊箍不起作用”。有的则主张吊挂荷载要由剪力钢筋和吊挂钢筋来分担，混淆了剪、拉两种不同内力的界限。本文将阐述钢筋混凝土梁在吊挂荷载作用下的传力机制及其相应的节点构造措施。

图1 梁上作用吊挂荷载时的预埋件

2吊挂荷载作用下梁的传力机制

由于只计算弯矩和剪力，在梁的结构力学计算简图中不分“上承”荷载和“下承”荷载，但在具体的梁式结构中须将梁顶面的荷载与底面的荷载分别对待。设法将下承荷载转为上承荷载，从而产生了吊拉力。

2.1下承荷载的传递模式

无腹筋混凝土梁，在荷载作用下，随着弯、剪裂缝的发展，其工作状态逐渐趋向于带拉杆的拱，如图2(a)；有腹筋混凝土梁，随着裂缝的发展，其工作状态则趋近于拱桁架，如图2(b)所示。无论是水平向的主筋还是裂缝间的混凝土体，显然都不能胜任吊拉工作，而抗剪箍筋原本是为抵抗剪力而设，无力兼顾额外的吊挂作用。故需沿荷载作用线方向设置吊筋。

次梁向主梁的压力传递模式

内力由次梁向主梁传递的模式，可从两种理想计算简图来分析。一种是拱压力传递模式，如图3（a），次梁的支座压力由支座底面传给主梁；另一种模式是平行弦桁架模式，次梁压力的一部分经由弯起钢筋传给主梁顶部，如图3（b）所示。但拱桁架的整体刚度大于平行弦桁架，在同样荷载下后者的总位能大于前者的总位能，故图3（b）的模式难于实现。实际上，次梁端部弯筋和箍筋中的拉力，在经过受压区时，都以斜压力的形式卸给了混凝土，形成粗壮的斜压区，将压力仍像拱腿那样按照如图3（a）的模式从次梁底面传给主梁，然后由吊箍传到主梁的顶上去。

3典型节点吊挂钢筋配置构造措施

3.1次梁高度小于主梁高度时的吊筋配置

现行规范[1]规定：“位于梁下部或截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋（箍筋、吊筋，如图5）承担，附加钢筋宜采用箍筋。”此处的吊筋即鸭筋。两种附加钢筋中箍筋略优于鸭筋，因其上下两端锚固可靠，受力方向与荷载方向一致，且在底部与主筋构成一个吊托架，还增加了梁的钢筋骨架的整体性，但在次梁断面高度远小于主梁高度且次梁位于主梁顶部时，鸭筋具有工程量小且易于形成贴近次梁的承托架的优点。

通常的做法是把吊挂箍筋设置在次梁断面的两侧（图5（b）），由前面的传力机制分析可知，吊箍不但应设在次梁的两边，只要构造空间上许可，更应设在次梁的宽度范围内，如图6所示。

对于悬挑梁，当边梁高度等于或小于主梁高度时，边梁里侧的吊筋仍采用附加箍筋的形式，外侧吊筋应由顶部筋下弯或底部筋上弯来承担，如图7所示。

图5现行规范吊筋配置构造措施

图6 主次梁节点处附加吊箍设置

图7 悬挑主梁与边梁节点构造

至于附加横向钢筋所需的数量，规范[1]规定全部吊挂荷载都由附加横向钢筋承担，有的文献上主张由吊筋和剪力筋共同承担。根据Leonhardt的建议[2]，主梁内除抗剪箍筋外，所需吊筋应能承担如下的力：

(1)

式中V――次梁传给主梁的力。

ha、hb――分别为主次梁的断面高度(如图6所示)。

公式（1）表明，吊筋和剪力筋按一定比例分担了次梁的支座压力，这样做不合理。因为次梁的压力引起的剪力已经包含在主梁的总剪力以内，并据以设计了主梁的抗剪钢筋，而吊拉力则是在将下承荷载转换为上承荷载时形成的内力，剪力筋当然无力去分担，况且从逻辑上讲，超过总剪力图所需的箍筋，都属于附加的吊筋。上换力载

图8边梁高度大于主梁时常用的构造措施

当边梁的高度远大于主梁高度且荷载很大时，边梁的实际支点在主梁的底部，这时边梁的工作模式不再是拱而是下撑式桁架。这时边梁支点的情况犹如预制钢筋混凝土梁的支端有切口的情况，如不设置斜筋则会出现雁行斜裂缝，如图9所示。建议采取以下措施（图10）：

（1）增设纵向构造钢筋①（3φ12），从主梁底筋上面穿过，其长度按两头锚拉的要求确定，但由主梁每侧伸出不少于h2。

（2）在b+2h2范围内增设吊筋②（φ10@50）。

（3）当h2》h1时增设倒V形钢筋③（3φ12），以防产生斜列的雁行裂缝。

4结语

本文从荷载的传递入手，阐述了吊挂筋与剪力筋的不同。实际上，严格按照剪力图设置的箍筋无力兼任吊挂筋的作用，所以承受有吊挂荷载的梁一定要在恰当的位置设置足够量的吊挂钢筋，并在构造空间许可的情况下，优先选择钢箍作为吊挂筋。

图9 边梁受力分析及裂缝

图10 边梁高度大于主梁时节点构造

参 考 文 献

[1]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]N.Park and T.paulay.Reinforced Concrete Structures[M].Canada:John Wiley & Sons,Int,1975.

[3]P.E.Regan.Reserch on shear:A Bennifit To Humanity or A Waste of Time[J].The Structure Engineer,No 19,1993.

[4]L.A.Clark,Serviceability Behaviour of Reinforced Concrete Half Joints[J]. The Structure Engineer,No 18,1988.

Stress Mechanism and Joint Construction of Primary and Secondary Reinforced Concrete Beam

Liu Jianping

（Weifang, Shandong, 264210）

Abstract：This article analyzes stress mechanism of reinforced concrete beam with suspended load, discusses the different effect between reinforcement steel with suspended load and with shear load, emphasizes particularly on the analysis of the transmitting mode of stress from a sub beam to a main beam，and then introduces steps of corresponding joint construction.

Key words: Reinforced concrete beam, Suspended load, Joint,Construction

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