混凝土结构原理斜截面.ppt

第,7,章 斜截面承载力计算,烟台大学,*,混凝土结构设计原理,烟台大学土木工程学院,1,1,、概述,2,、受弯构件斜截面受力原理,3,、受弯构件斜截面承载能力计算,4,、受弯构件斜截面承载能力的设计与校核,5,、偏心受力构件的斜截面受剪承载能力,7,钢筋混凝土构件,斜截面受剪承载力,7.1,概述,受弯构件在荷载作用下，同时产生,弯矩,和,剪力,。,在纯弯矩区段，产生,正截面受弯破坏,在受弯构件的剪弯区段，在,M,、,V,作用下，可能发生正截面破坏,有可能发生,斜截面破坏,。,斜截面破坏,：,可能受剪,也可能受弯,斜截面受剪破坏,通过抗剪计算来满足受剪承载力要求；,斜截面受弯破坏,通过满足构造要求来保证受弯承载力要求。,板,(,除厚板外,),一般不计算斜截面承载能力,;,抵抗斜截面受剪，通过设置箍筋完成,;,箍筋抵抗主拉应力,箍筋直径通常为,6,或,8mm,，且不小于,d/4,；弯筋常用的弯起角度为,45,或,60,度，且不宜设置在梁截面的两侧；,1,）斜裂缝发生前的梁内应力状态,7.2,受弯构件斜截面受力原理,7.2.1,无腹筋梁的斜截面受剪性能,（无腹筋梁就是不配置箍筋与弯起钢筋的梁）,1,）斜裂缝发生前的梁内应力状态,剪跨比,l,是一个无量纲的计算参数，反映了截面上正应力 和剪应力 的相对关系。梁的某一截面的剪跨比等于该截面的弯矩值与截面的剪力值和有效高度乘积之比，即,剪跨比,：,集中荷载下的简支梁，计算剪跨比为,：,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,。,当剪跨比较小时（,1,），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,2),斜裂缝的形成,当剪跨比约为,1,3,时，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,腹剪斜裂缝,：中和轴附近，中间宽两头细，呈枣核形，常见于薄腹梁中。,弯剪斜裂缝,：弯剪区段截面的下边缘，底面垂直然后延伸成斜裂缝，向集中荷载作用点发展，上细下宽，最常见。,（,a,）弯剪斜裂缝,（,b,）腹剪斜裂缝,3),斜裂缝出现后构件的受力状态,斜裂缝发生后的梁的受力平衡状态,斜裂缝出现后，将梁分成上、下两部分，梁内应力发生了重分布，其主要表现为斜裂缝起始端的纵筋拉应力突然增大，大部分荷载将由斜裂缝上方的混凝土传递，剪压区混凝土所受的剪应力和压应力显著增加。,斜截面上平衡,M,A,和,V,A,的力有：,(1),纵向钢筋拉力,T,；,(2),端部余留部分混凝土承担的剪力,V,c,及压力,C,c,；,(3),骨料咬合力,V,a,；,(4),纵筋销栓力,V,d,。,V,d,T,M,B,M,A,A,B,C,V,a,V,c,C,c,c,V,z,竖向剪力,为简化,力矩平衡,V,d,很小,V,d,T,M,B,M,A,A,B,C,V,a,V,c,C,c,c,V,z,V,a,V,d,很小,a,不同的应力迹线产生不同的破坏：斜压、剪压、斜拉,1,，剪力大弯矩小，斜向短柱破坏，破坏荷载大,1,3,，始于弯起裂缝，斜向发展破坏，常见破坏,3,，始于弯起裂缝，斜向发展破坏，破坏前梁变形小，破坏突然,无腹筋梁的受剪破坏都是,脆性,的,1.,斜拉破坏为受拉脆性破坏，脆性性质最为显著；,2.,斜压破坏为受压脆性破坏；,3.,剪压破坏界于受拉和受压脆性破坏之间。,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,1),梁的抗剪计算模型,7.2.2,有腹筋梁的斜截面受剪性能,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,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,;,吊住纵筋，延缓了撕裂裂缝的开展，,增强了纵筋销栓作用,;,箍筋有利于,提高纵向钢筋与混凝土之间的粘结性能,，延缓了沿着纵筋方向粘结裂缝的出现；,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,。,2),箍筋的作用,配箍率太大时,配箍率适中时,配箍率较小时,斜裂缝出现后，箍筋承担拉应力而很快被,拉断,。,随荷载增加箍筋拉应力不断发展，剪压区剪应力和压应力迅速增加，最终发生,剪压破坏,。,箍筋屈服前，混凝土斜压杆因压应力过大而产生,斜压破坏,。,配箍率,3,）有腹筋梁的斜截面破坏形态,有,剪跨比,l,和,配箍率,r,sv,7.2.3,影响斜截面受剪性能的因素,1,剪跨比,对直接承受集中荷载作用的无腹筋梁，剪跨比,是影响其斜截面受剪承载力的最主要因素。,当剪跨比,1.0,3.0,时，剪跨比越大，斜截面受剪承载力越低。当剪跨比,3,以后，剪跨比对斜截面受剪承载力无显著的影响。,7.2.3,影响斜截面受剪性能的因素,2,腹筋的数量,3,混凝土强度,4,纵筋配筋率,5.,其它因素,（,1,）截面形状,（,2,）预应力,（,3,）梁的连续性,7.3,受弯构件斜截面受剪承载力计算,基本假设,:,对三种破坏形态的处理办法：,a.,斜压破坏,用,限制截面尺寸,的条件来防止；,b.,斜拉破坏,用满足最小配箍率和限制箍筋最大间距来防止；,c.,剪压破坏通过计算,，使构件满足一定的斜截面受剪承载力来防止。,理论与经验,1),计算表达式,基本假设,1,梁发生剪压破坏时，斜截面受剪承载力由三部分组成：,梁斜截面破坏时所承受的总剪力；,混凝土剪压区所承受的剪力；,与斜裂缝相交的箍筋所承受的剪力；,斜裂缝相交的弯起钢筋所承受的剪力；,令,则,梁发生剪压破坏时，与斜裂缝相交的箍筋和弯起钢筋的拉应力都达到其屈服强度。,基本假设,3,有腹筋梁中不考虑骨料咬合力和纵筋销栓力。,基本假设,4,截面尺寸的影响主要对无腹筋的受弯构件。,基本假设,5,仅在计算受集中荷载为主的梁时才考虑剪跨比,l,的影响,。,基本假设,2,斜截面承载能力计算公式,（,1,）不配置箍筋和弯起钢筋的板类受弯构件,板类构件通常承受的荷载不大，剪力较小，而且板类构件的截面宽度较大，因此一般不必进行斜截面承载力的计算，也不配箍筋和弯起钢筋。但是，随着板厚的增加，其抗剪承载能力会随之降低，对无腹筋梁和不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件，其斜截面受剪承载力应按下列公式计算：,V,0.7,b,h,f,t,bh,0,当,h,0,小于,800mm,时取,h,0,=800mm,当,h,0,2000mm,时取,h,0,=2000mm,（,2,）仅配箍筋的梁，矩形、,T,形和,I,形截面的受弯构件,规范,规定，,I,形截面和,T,形截面梁的斜截面受剪承载力计算与矩形截面梁采用相同的计算公式，但梁截面宽度取腹板宽度。,规范,给出斜截面受剪承载力计算公式如下：,斜截面承载能力计算公式,试验表明，对于楼盖中有次梁搁置的主梁或有明确的集中荷载作用的梁，当剪跨比,较大时，需要考虑剪跨比,的影响。为此，,规范,对一般受弯构件和集中荷载作用下梁分别给出了截面混凝土受剪承载力系数。,对于一般受弯构件取,0.7,；对集中荷载作用下（包括作用有多种荷载，但集中荷载对支座边缘截面或节点边缘截面所产生的剪力值占总剪力的,75%,以上的情况）的独立梁，取：,箍筋配筋率,配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；,同一截面内箍筋的肢数；,单肢箍筋的截面面积；,沿构件长度方向箍筋的间距；,梁的宽度。,(a),单肢箍,(b),双肢箍,(c),四肢箍,（,3,）同时配箍筋和弯起钢筋的梁,斜截面承载能力计算公式,a,s,为弯起钢筋与梁纵轴线的夹角，一般为,45,，当梁截面超过,800mm,时为,60,。,与斜裂缝相交的配置在同一弯起平面内的弯起钢筋截面面积。,0.8-,应力折减系数。,2),适用条件,（,1,）上限截面限制条件,当配箍率超过一定值后，则在箍筋屈服前，斜压杆混凝土已压坏，故可取斜压破坏作为受剪承载力的上限。,斜压破坏取决于混凝土的抗压强度和截面尺寸,。,规范,是通过控制受剪截面剪力设计值不大于斜压破坏时的受剪承载力来防止由于配箍率而过高产生斜压破坏,受剪截面应符合下列截面限制条件：,h,w,截面腹板高度,矩形截面取,h,w,=,h,0,T,形截面取,h,w,=,h,0,-,h,f,工形截面取,h,w,=,h,-,h,f,-,h,f,b,为矩形截面的宽度,或,T,形截面和工形截面的腹板宽度,当,4,b,h,w,时，,0,25,.,0,bh,f,V,c,c,b,当,6,b,h,w,时，,0,20,.,0,bh,f,V,c,c,b,当,6,4,0.7,f,t,bh,0,时，配箍率应满足,2),适用条件,箍筋的构造要求,（,1,）箍筋的形式,一般均应采用封闭式，特别是当梁中配置有受压钢筋时。,(a),开口式,(b),封闭式,(2),箍筋的肢数,梁宽不大于,100mm,时，采用单肢箍,梁宽在,150mm350mm,时采用双肢箍,梁宽,400mm,且一层内的纵向受压钢筋多于,3,根时，或梁宽,400mm,但一层内的纵向受压钢筋多于,4,根时，应设置复合箍筋,(a),单肢,(b),双肢,(c),四肢,（,3,）箍筋的直径,箍筋的直径也不应太小，对截面高度,h 800mm,的梁，其箍筋直径不宜小于,6mm,；对截面高度,h,800mm,的梁，其箍筋直径不宜小于,8mm,。当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋直径尚不应小于纵向受压钢筋最大直径的,0.25,倍。,（,4,）箍筋的间距,符合下表的要求。,7-4,受弯构件斜截面承载能力的设计与校核,计算截面位置,支座边缘截面（,1-1,）；,腹板宽度改变处截面（,2-2,）；,箍筋直径或间距改变处截面（,3-3,）；,受拉区弯起钢筋弯起点处的截面（,4-4,）。,截面设计计算步骤,Step2,：验算截面尺寸是否满足要求；,Step3,：是否按构造配箍筋：若满足，则仅按构造要求设置腹筋；,Step4,：不满足以上两式，需按计算配箍筋或弯起钢筋；,Step5,：验算,r,sv,=,r,svmin,。,Step1,：计算剪力，必要时作剪力图；,7-4,受弯构件斜截面承载能力的设计与校核,截面复核计算步骤,Step2,：,Step3,：,Step1,：,7-4,受弯构件斜截面承载能力的设计与校核,例题,7.1,矩形截面简支梁，两端支撑在,240mm,厚的砖墙上，梁净跨,l,n,=5.16m,截面尺寸,h,b,=250600mm,，混凝土强度等级为,C25,，纵筋为,HRB400,级钢筋，箍筋为,HPB300,级钢筋。梁承受均布荷载设计值,80kN/m,（包括梁自重）。环境类别为一类，根据正截面受弯承载力计算所配置的纵筋为 ，试确定箍筋数量。,例题,7.2,例题,7.3,例题,7.4,1),轴力对斜截面受剪承载能力的影响,7.5,偏心受力构件的斜截面受剪承载能力,2),偏心受压构件斜截面承载能力计算,3),偏心受拉构件斜截面承载能力计算,作业,13,结束！,谢谢大家！,