tm5 钢筋溷凝土受弯构件斜截面承载力计算[10]2知识讲解.ppt

主讲：明承林 副教授/一注结Tel: 84616812 88117238 13880302789 E-mail: 混凝土结结构基本原理 Basic Principles of Concrete Structure 5 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算Strength of Reinforced Concrete Members in Shear成都大学城乡建设学院第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章第 5 章 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章本章重点 了解斜截面破坏的主要形态及影响因素； 了解材料抵抗弯矩图的画法； 初步掌握弯构件构造要求 掌握建筑工程受弯构件斜截面承载力的计 算方法及防止斜压和斜拉破坏的措施；第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章5.1.2 抗剪钢筋 腹筋 1.箍筋 (1)位置:垂直于梁的纵向轴线每间隔一定距离而设置 (2)作用 a.提供一定的抗剪承载力 b.与梁的纵向钢筋和架立钢筋绑扎或焊接在一起形成梁的钢筋骨架第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章5.1.2 抗剪钢筋 腹筋 2.弯起钢筋: 斜筋 (1)位置:由梁的纵向受拉钢筋在梁的支座附近按照一定的角度弯折至梁的上部。

(2)作用 a.协助箍筋承受较大的剪力 b.借助其一定的延伸长度抵抗梁的负弯矩第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章5.1.3 分类 受弯构件根据是否配置腹筋分为: 1.有腹筋梁 (1)概念: 同时配有纵向钢筋和箍筋与弯起钢筋的梁 (2)应用 往往应用于跨度较大、承受荷载较大的梁 2.无腹筋梁 (1)概念: 仅配有纵向钢筋的梁 (2)应用 跨度较小、承受荷载较小的梁 工程中除高度很小的梁外，一般均应设计成有腹筋梁第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章5.1.4 设计应解决的问题 1.确定合理的截面尺寸 2.确定需配置腹筋的数量 3.满足有关构造措施要求第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章5.2试验研究5.2.1 斜截面破坏机理 纯弯段剪弯段剪弯段 在主要承受弯矩的区段内，产生正截面受弯破坏； 而在剪力和弯矩共同作用的支座附近区段内，则会产生斜截面受剪破坏或斜截面受弯破坏第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章由材料力由材料力学可知：学可知： 1.斜裂缝的形成 Formation of Diagonal Cracks 斜裂缝是因梁中弯矩和剪力产生的主拉应变超过混凝土的极限拉应变而出现的。

斜裂缝主要有两类：腹剪斜裂缝和弯剪斜裂缝 在中和轴附近，正应力小，剪应力大，主拉应力方向大致为45当荷载增大，拉应变达到混凝土的极限拉应变值时，混凝土开裂，沿主压应力迹线产生腹部的斜裂缝，称为腹剪斜裂缝 腹剪斜裂缝中间宽两头细，呈枣核形，常见于薄腹梁中，如图所示腹剪斜裂缝 在剪弯区段截面的下边缘，主拉应力还是水平向的所以，在这些区段仍可能首先出一些较短的垂直裂缝，然后延伸成斜裂缝，向集中荷载作用点发展，这种由垂直裂缝引伸而成的斜裂缝的总体，称为弯剪斜裂缝，这种裂缝上细下宽，是最常见的，如下图所示弯剪斜裂缝2. 无腹筋梁的受剪性能2. 无腹筋梁的受剪性能（1）斜裂缝出现后梁中受力状态的变化a.斜裂缝出现后，受剪面积的减小使受压区混凝土剪力增大(剪压区)第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算2. 无腹筋梁的受剪性能2. 无腹筋梁的受剪性能（1）斜裂缝出现后梁中受力状态的变化第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算b.斜裂缝出现前，支座附近截面a-a的钢筋应力ss与Ma成正比；MaMb6.2 无腹筋梁的受剪性能2.无腹筋梁的受剪性能（1）斜裂缝出现后梁中受力状态的变化第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算斜裂缝出现后，截面a-a 的钢筋应力ss取决于临界斜裂缝顶点截面b-b处的Mb，即与Mb成正比。

因此，斜裂缝出现使支座附近的ss与跨中截面的ss相近，这对纵筋的锚固提出更高的要求 同时，销栓作用Vd使纵筋周围的混凝土产生撕裂裂缝，削弱混凝土对纵筋的锚固作用梁由原来的梁传力机制变成拉杆拱传力机制(2)荷载传递机构 Load Transfer Mechanism 梁机构拱机构2 无腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算（3）无腹筋梁的剪切破坏形态 Shear Failure Mode对集中荷载简支梁剪跨比Shear span ratio2 无腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算h0aa.斜拉破坏 （l 3） 剪跨比l 较大，主压应力角度较小，拱作用较小 剪力主要依靠拉应力（梁作用）传递到支座， 一旦出现斜裂缝，就很快形成临界斜裂缝，荷载传递路线被切断，承载力急剧下降，脆性性质显著 破坏是由于混凝土（斜向）拉坏引起的，称为斜拉破坏 斜拉传力机构，取决于混凝土的抗拉强度2 无腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算P f斜拉破坏 diagonal tension failure无腹筋斜拉破坏试验录像 最后，拱顶处混凝土在剪应力和压应力的共同作用下，达到混凝土的复合受力下的强度而破坏。

部分拱作用，部分斜拉传递，取决于混凝土的复合应力下（剪压）的强度2 无腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算P f 剪跨比较小，有一定拱作用 斜裂缝出现后，部分荷载通过拱作用传递到支座，承载力没有很快丧失，荷载可以继续增加，并出现其它斜裂缝剪压破坏 shear compression failureb.剪压破坏（1l 3）无腹筋剪压破坏试验录像（l1）2 无腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算 剪跨比很小，拱作用很大荷载主要通过拱作用传递到支座 主压应力的方向沿支座与荷载作用点的连线 最后拱上混凝土在斜向压应力的作用下受压破坏 斜压传力机构，取决于混凝土的抗压强度P f斜压破坏 diagonal compression failurec.斜压破坏无腹筋斜压破坏试验录像无腹筋梁的受剪破坏都是脆性的 斜拉破坏为受拉脆性破坏，脆性性质最显著； 斜压破坏为受压脆性破坏； 剪压破坏界于受拉和受压脆性破坏之间 不同破坏形态的原因主要是由于传力路径的变化引起应力状态的不同而产生的2 无腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算3.有腹筋梁的受剪性能 梁中配置箍筋，出现斜裂缝后，梁的剪力传递机构由原来无腹筋梁的拉杆拱传递机构转变为桁架与拱的复合传递机构 斜裂缝间齿状体混凝土有如斜压腹杆 箍筋的作用有如竖向拉杆 临界斜裂缝上部及受压区混凝土相当于受压弦杆 纵筋相当于下弦拉杆 箍筋将齿状体混凝土传来的荷载悬吊到受压弦杆，增加了混凝土传递受压的作用 斜裂缝间的骨料咬合作用，还将一部分荷载传递到支座（拱作用）3 有腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算（1）箍筋的作用 斜裂缝出现后，拉应力由箍筋承担，增强了梁的剪力传递能力； 箍筋控制了斜裂缝的开展，增加了剪压区的面积，使Vc增加，骨料咬合力Va也增加； 吊住纵筋，延缓了撕裂裂缝的开展，增强了纵筋销栓作用Vd； 箍筋参与斜截面的受弯，使斜裂缝出现后纵筋应力ss 的增量减小； 配置箍筋对斜裂缝开裂荷载没有影响，也不能提高斜压破坏的承载力，即对小剪跨比情况，箍筋的上述作用很小；对大剪跨比情况，箍筋配置如果超过某一限值，则产生斜压杆压坏，继续增加箍筋没有作用。

3 有腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算（2）破坏形态影响有腹筋梁破坏形态的主要因素有剪跨比l3 有腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算和配箍率rsv箍筋适量梁受剪破坏试验录像箍筋较少梁受剪破坏试验录像箍筋较多梁受剪破坏试验录像（3）按桁架模型推导的受剪承载力公式3 有腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算（3）按桁架模型推导的受剪承载力公式3 有腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算（3）按桁架模型推导的受剪承载力公式3 有腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算*上式表明，箍筋用量越少，cot f 越大，也即斜压杆角度越小 *当为最小配箍率时，得到cot f 的上限 *该上限还与剪跨比有关，剪跨比越大，cot f 的上限也越大 *取斜拉破坏时的斜裂缝角度作为cot f 的上限，试验结果cotf =3 左右因此，当cot f 大于3时，应取等于3，即有，3 有腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算配箍率超过B点后，则在箍筋屈服前，斜压杆混凝土已压坏，因此B点为受剪承载力承载力的上限3 有腹筋梁的受剪性能第5章 受弯构件斜截面受剪承载力计算第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章小结: 斜截面的主要破坏型态 1. 斜压破坏 产生条件 3且腹筋量少。

破坏特点受拉边缘一旦出现斜裂缝便急速发展，构件很快破坏 设计中斜压破坏和斜拉破坏主要靠构造要求来避免，而剪压破坏则通过配箍计算来防止 如图为三种破坏形态的荷载-挠度（F-f）曲线图，从图中曲线可见，各种破坏形态的斜截面承载力各不相同，斜压破坏时最大，其次为剪压，斜拉最小它们在达到峰值荷载时，跨中挠度都不大，破坏后荷载都会迅速下降，表明它们都属脆性破坏类型，而其中尤以斜拉破坏为甚fF0剪压破坏斜拉破坏斜压破坏 第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章防止斜截面破坏的承载力条件 斜截面上有剪力，也有弯矩为了防止斜截面 破坏，要求： VVu MMu我国规范规定: 上式通过计算满足; 下式用构造措施保证 第 5 章混凝土结构基本原理主 页目 录上一章帮 助下一章5.3 影响斜截面承载力的主要因素 5.3.1. 剪跨比 定义： 当为右图所示的对称荷载时： 试验表明，剪跨比越大，有腹筋梁的抗剪承载力越低，如图所示对无腹筋梁来说，剪跨比越大，抗剪承载力也越低，但当3 ，剪跨比的影响不再明显不同的剪跨比l 的试验情况： 影响荷载传递机构，从而直接影响到梁中的应力状态 剪跨比l 大，荷载主要依靠拉应力传递到支座 剪跨比l 小，荷载主要依靠压应力传递到支座间接加载，由于荷载传递方式的改变，即荷载通过横梁上部拉应力向支座传递，这样即使在名义剪跨比较小时，也会产生斜拉破坏。

5.3.2混凝土强度 斜截面破坏是因混凝土到达极限强度而发生的，故斜截面受剪承载力随混凝土的强度等级的提高而提高梁斜压破坏时，受剪承载力取决于混凝土的抗压强度梁为斜拉破坏时，受剪承载力取决于混凝土的抗拉强度，而抗拉强度的增加较抗压强度来得缓慢，故混凝土强度的影响就略小剪压破坏时，混凝土强度的影响则居于上述两者之间5.3.3 配箍率和箍筋强度 有腹筋梁出现斜裂缝后，箍筋不仅直接承受相当部分的剪力，而且有效地抑制斜裂缝的开展和延伸，对提高剪压区混凝土的抗剪能力和纵向钢筋的销栓作用有着积极的影响试验表明，在配箍最适当的范围内，梁的受剪承载力随配箍量的增多、箍筋强度的提高而有较大幅度的增长 配箍量一般用配箍率（又称箍筋配筋率）sv表示，即 如图表示配箍率与箍筋强度fyv的乘积对梁受剪承载力的影响当其它条件相同时，两者大体成线性关系如前所述，剪切破坏属脆性破坏为了提高斜截面的延性，不宜采用高强度钢筋作箍筋5.3.4 纵向钢筋配筋率 试验表明，梁的受剪承载力随纵向钢筋配筋率的提高而增大 这主要是纵向受拉钢筋约束了斜裂缝长度的延伸，从而增大了剪压区面积的作用 5.截面尺寸和截面形状 （1）截面尺寸的影响 截面尺寸对无腹筋梁的受剪承载力有影响，尺寸大的构件，破坏时的平均剪应力（=V/bh0），比尺寸小的构件要降低。

有试验表明，在其他参数（混凝土强度、纵筋配筋率、剪跨比）保持不变时，梁高扩大4倍，受剪承载力可下降25%30% 对于有腹筋梁，截面尺寸的影响将减小 （2）截面形状的影响 这主要是指T形截面梁。