钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力计算.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,桥梁工程系杨 剑,4,钢筋混凝土受弯构件,斜截面抗剪承载力计算,杨 剑 主讲,本章主要内容,4-1,概述,4-2,受弯构件斜截面的受力性能,4-3,受弯构件斜截面承载能力设计计算,本章重点：,受弯构件斜截面破坏的主要形态及主要因素；,受弯构件斜截面承载力的计算公式及适用条件，防止斜压和斜拉破坏的措施；,4.1,概述,受弯构件在荷载作用下，同时产生弯矩和剪力。,在弯矩区段，产生正截面受弯破坏，,而在剪力较大的区段，则会产生斜截面受剪破坏。,一,.,梁的内力,M,V,二,.,斜裂缝的形成,当梁上所施加的荷载较小，斜裂缝出现前，此时钢筋混凝土梁可足够精确地视为线弹性体而按材料力学的公式分析其应力状态。,当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂，梁内即有沿主压应力方向（垂直于主拉应力方向）开展的斜裂缝产生，梁有可能沿斜截面发生破坏。,梁内可设置抗剪,腹筋,（箍筋斜筋）,来防止斜截面破坏发生。,腹剪斜裂缝,弯剪斜裂缝,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，,沿主压应力迹线产生腹部的斜裂缝,三,.,两个名词,剪跨比,M,V,a,a,h,0,a,a,剪跨（剪力跨度）,配箍率,s s,I,I,s,b,I-I,A,sv1,n=2,4.2,受弯构件斜截面的受力性能,4.2.1,无腹筋梁的受力破坏特征,随着剪跨比 的变化，无腹筋梁可能发生斜拉、斜压和剪压三种沿斜截面的破坏形态。,一,.,斜拉破坏,当剪跨比,3,时可能发生。,破坏特征,剪跨比,l,较大，主压应力角度较小。,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，故承载能力很低。,P,f,斜拉破坏,无腹筋斜拉破坏试验录像,二,.,剪压破坏,剪跨比 时可能会发生。,P,f,剪压破坏,破坏特征,弯剪斜裂缝不只一条，当荷载增加到某一值时，几条弯,剪裂缝形成一条主要的斜裂缝,(,临界斜裂缝,),临界斜裂缝出现后，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。,最后，上端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。,承载能力取决于混凝土的复合应力下（剪压）的强度。,无腹筋剪压破坏试验录像,剪跨比 时可能会发生。,三,.,斜压破坏,P,f,斜压破坏,破坏特征,梁腹部出现若干大体平行的斜裂缝。,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，故承载,能力很高。,无腹筋斜压破坏试验录像,无腹筋梁的受剪破坏都是脆性破坏。,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。,4.2.2,有腹筋梁的受力破坏特征,一,.,梁内箍筋的作用,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，骨料咬合力,V,a,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,V,d,；,箍筋参与斜截面的受弯，使斜裂缝出现后纵筋应力,s,s,的增量减小；,直接参与抗剪，使传力机制发生变化。,但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；,对较大剪跨比情况，箍筋配置如果超过某一限值，则产生斜压破坏，继续增加箍筋没有作用。,V,c,V,a,V,d,V,P,纵筋销栓作用,骨料咬合作用,二,.,破坏形态,影响有腹筋梁破坏形态的主要因素有,剪跨比,l,和,配箍率,r,sv,剪跨比,配箍率,l,3,无腹筋,斜压破坏,剪压破坏,斜拉破坏,r,sv,很小,斜压破坏,剪压破坏,斜拉破坏,r,sv,适量,斜压破坏,剪压破坏,剪压破坏,r,sv,很大,斜压破坏,斜压破坏,斜压破坏,随剪跨比和配箍率的变化，有腹筋梁同样可能发生,斜拉、斜压,和,剪压,三种沿斜截面的破坏形态。,斜拉破坏：,剪跨比较大且配箍率较小时会发生。,通过构造要,求来避免。,剪压破坏：,剪跨比和配箍率均较适中时会发生，破坏时与斜裂缝,相交的箍筋一般能达到屈服。,通过计算来避免。,斜压破坏：,剪跨比较小或配箍率均过大时会发生，破坏时与斜裂缝,相交的箍筋不能达到屈服。,通过构造要求来避免。,以上的三种剪切破坏形态，就它们的抗剪承载力而言，对同样的构件，斜拉破坏最低，剪压破坏较高，斜压破坏最高，但就破坏性质而言，,均属脆性破坏,，其中斜拉破坏脆性最突然，斜压破坏次之，剪压破坏稍好，,因此对于受弯构件，应尽可能设计成强剪弱弯，即若梁破坏，应尽可能使构件发生正截面破坏。,受弯构件沿斜截面除了可能发生上述三种剪切破坏外，还可能发生沿,斜截面的抗弯破坏,，这种破坏亦通过构造要求来避免。,三,.,无腹筋梁和有腹筋梁的传力机构,无腹筋梁拉杆拱,有腹筋梁桁架机构,有腹筋梁的传力机构桁架机构的组成,缝上部及受压区混凝土相当于受压弦杆；,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）,4.2.3,影响受弯构件抗剪承载力的主要因素,一,.,剪跨比,l,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,剪跨比,l,0,bh,f,V,t,c,(a),集中荷载,三,.,混凝土强度等级,剪切破坏是由于剪压区应力达到复合应力（剪压）状态下强度而发生的，故混凝土强度对受剪承载力有很大影响。,试验表明，随着混凝土强度的提高，,V,u,与,f,t,近似成正比。,事实上，斜拉破坏取决于,f,t,，剪压破坏也基本取决于,f,t,，只有在剪跨比很小时的斜压破坏取决于,f,c,。,而斜压破坏可认为是受剪承载力的上限。,三,.,纵筋配筋率,纵筋配筋率越大，受压区面积越大，受剪面积也越大，并使纵筋的销栓作用也增加。同时，增大纵筋面积还可限制斜裂缝的开展，增加斜裂缝间的骨料咬合力作用。,四,.,箍筋的配筋强度,0,bh,f,V,t,u,l,=3.0,l,=1.5,r,sv,f,sv,在一定范围之内，随箍筋配筋强度的增大，梁的抗剪,承载能力不断提高。,五,.,预应力的影响,对构件施加预应力，在一定范围内可以提高构件的抗剪承载能力。,4.3,受弯构件斜截面抗剪 承载能力设计计算,一,.,基本假定,前已述及，受弯构件沿斜截面可能发生斜拉、斜压及剪压三,种剪截破坏形态，而斜拉、斜压破坏将通过构造要求来予以,避免，剪压破坏则通过计算来避免。因此，下面的计算公式,是用来计算剪压破坏时斜截面承载能力的。,影响受剪承载力的因素很多，很难综合考虑，而且受剪破,坏都是脆性的。,规范,是根据大量的试验结果，取具有一,定可靠度,（,95%,）,的偏下限,经验公式,来计算受弯构件抗剪承,载力。,基本假定,根据梁的剪压破坏特征，建立以下的基本假定：,1.,忽略斜裂缝结合面上骨料咬合力以及纵筋销栓作用的抗剪能力，假定斜截面的抗剪承载力,V,u,由,剪压区混凝土,、,箍筋,和,弯起钢筋,三者提供，即：,V,u,=,V,c,+,V,sv,+,V,sb,2.,梁沿斜截面发生剪压破坏时，假定与斜裂缝相交的箍筋与斜筋均达到其屈服强度，但考虑其应力不均匀的影响。,V,c,V,u,D,c,rh,0,a,斜裂缝水平投影长度,s,s,c,计算简图,混凝土结构设计规范,(GB50010-2002),二,.,计算公式,规范,公式：根据无腹筋梁抗剪的实验数据点，满足目标可靠度指标,=3.7,取偏下线作为斜截面承载力的计算公式。,1.,无腹筋梁受剪承载力计算公式,均布荷载作用下：,V,c,0.7,f,t,bh,0,集中荷载作用下：,式中,V,c,无腹筋梁受剪承载力设计值,计算剪跨比,1.53,a,集中荷载作用点至支座边缘的距离,0,t,c,1.75,bh,f,V,+,1.0,=,不配箍筋的板类构件（无腹筋）：,其中：截面高度影响系数：,，取,；,，,取,2.,有腹筋梁受剪承载力计算公式,只适用于剪压破坏的情况,2.1,仅配有箍筋的梁,规范,公式是以剪压破坏的受力特征作为建立计算公式的基础：,V,cs,V,c,+,V,sv,式中：,V,sv,配有箍筋梁的抗剪承载力的提高部分。,V,CS,/,bh,0,与,t,及,之间存在着线性关系，即有：,V,CS,/bh,0,c,t,s v,s v,y v,变成无量纲形式,相对名义剪应力,配箍系数,待定系数，与截面形式、荷载情况有关,2.1.1,矩形、,T,形和,I,形截面一般受弯构件,写成极限状态设计表达式为：,本公式适用于矩形、,T,形、工字形截面简支梁、连续梁、约束梁等一般受弯构件,2.1.2,受集中荷载为主的矩形、,T,形和,I,形独立梁,受集中荷载为主,指受不同荷载形式时，集中荷载在支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的,75%,以上的情况。,独立梁,不与楼板整体现浇的梁，包括,简支梁、连续梁、约束,梁,注意：,：取计算剪跨比，,，,a,为计算截面到支座截面或节点边缘的距离,a,取值示意,截面宽度,b,取值,b,b,b,2.2,配有箍筋和弯起钢筋的梁,弯筋的抗剪承载力：,0.8,应力不均匀系数,弯筋与梁纵轴的夹角，一般取,45,，,h,800mm,时取60,V,sb,=,f,y,A,sb,sin,A,s b,配置在同一弯起平面内的弯起钢筋的截面面积,V,u,V,cs,+,V,sb,V,u,V,c,V,sv,V,sb,受剪承载力的组成,0.8,弯终点,弯起点,弯起筋,纵筋,箍筋,架立筋,a,s,h,0,s,s,b,120,220,120,220,1,、,矩形、,T,形和,I,形截面一般受弯构件,（一般情况）,2,、,受集中荷载为主的矩形、,T,形和,I,形独立梁,(,特殊情况,),计算截面剪跨比，,a,/,h,0,，,1.5,3.0,2.3,公式的适用范围,当配箍系数,s v,y v,t,1.2,或配箍率,s v,1.2,t,yv,时,继续增加箍筋用量，梁的斜截面受剪承载力几乎不再提高,破坏时，剪压区砼被压碎，箍筋应力达不到屈服强度，即发生斜压破坏，,将配箍率,s v,1.2,t,y v,代入公式,综合取,0.25,c,c,bh,0,为有腹筋梁斜截面受剪承载力的上限值,相应的配箍率称为最大配箍率，即,限制,sv,max,上限值：最大配箍率及最小截面尺寸,防止斜压破坏,限制最小截面尺寸。,一般梁,薄腹梁,V,0.25,c,f,c,bh,0,V,0.2,c,f,c,bh,0,规范取值,h,w,的取值,：,h,0,h,0,h,0,h,f,h,w,h,h,f,h,f,h,w,(,a,),h,w,=,h,0,(,b,),h,w,=,h,0,h,f,(,c,),h,w,=,h,0,h,f,h,f,c,砼强度影响系数，,当砼强度等级,C50,，,c,1.0,；,C,C80,，,c,0.8,，其间内插。,下限值：最小配箍率及构造配箍条件,1,、,矩形、,T,形和,I,形截面一般受弯构件,（一般情况）,2,、,受集中荷载为主的矩形、,T,形和,I,形独立梁,(,特殊情况,),(1),当满足以下条件时：,不计算配箍，但应按构造配箍,箍筋最大间距,S,max,P107,表,4,-,3,箍筋最小直径,d,min,P107,表,4,-,2,最小配箍率,限值,sv,min,，,S,max,防止斜拉破坏,(2),当,V0.7f,t,bh,0,时,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,(JTG D62-2004),1.,斜截面抗剪承载能力,V,u,混凝土的抗剪承载力,V,c,f,cuk,bh,0,V,c,剪跨比,l,箍筋的抗剪承载力,V,sv,混凝土和箍筋的共同抗剪承载力,V,cs,V,c,、,V,sv,、,V,cs,V,sv,V,c,V,cs,=,V,c,+V,sv,l,l,cr,斜筋的抗剪承载力,V,sb,受弯构件斜截面的抗剪承载力,V,u,2.,规范,设计公式,2.1,基本公式,2.2,适用条件,（,1,）承载能力的上限值截面尺寸校核，防止斜压破坏,当不满足下式时，表示截面尺寸偏小，需加大截面尺寸。,（,2,）承载能力的下限值按构造要求配箍的条件,当满足下式时，表示可按构造要求配置箍筋。,三,.,斜截面承载力的计算位置及剪力取值,剪力作用效应沿梁长是变化的，截面的抗剪能力沿梁长也是变化的。,在剪力或抗剪能力变化处应该计算。,1,、确定计算位置原 则：,下列各个斜截面都应分别计算受剪承载力：,（,1,）,支座边缘的斜截面（见下图的截面,1-1,）,（,2,）,箍筋直径或间距改变处的斜截面（见下图的截面,4-4,）；,（,3,）,弯起钢筋弯起点处的斜截面,（,4,）,腹板宽度或截面高度改变处的斜截面,5-5,截面高度改变处；,集中荷载作用处。,特殊情况的：,以上这些斜截面都是受剪承载力较薄弱之处，计算时应取这些斜截面范围内的最大剪力，即取,斜截面起始端处的剪力,作为计算的外剪力。,2.,剪力设计值取值：,四,.,受弯构件斜截面承载力的计算步骤,一般由正截面承载力确定截面尺寸,b,h,，纵筋数量,A,s,，然后由斜截面受剪承载力确定箍筋或弯筋的数量。,截面设计步骤：,2,、,验,算截面尺寸：,已知,b,、,h,0,、,t,、,y v,、,y,；,V,；求,nA,sv1,，,S,，,A,sb,。,V,0.25,c,f,c,bh,0,V,0.2,c,f,c,bh,0,如不满足要求时，则应加大截面尺寸或提高砼强度等级。,1,求内力，绘制剪力图；,3,、,验算可否构造配箍,可构造配箍,满足箍筋直径与间距要求,当,V,0.7,f,t,b h,0,时,否则,，按计算公式确定腹筋,只配箍筋,同时配箍筋和弯起钢筋,一般情况,特殊情况,4,、,计算腹筋,（,1,）只配箍筋而不配弯起钢筋,求出配箍率,sv,选定箍筋肢数和直径,确定间距,sv,min,=0.24ft/fyv,d d,min,注意：设计配筋结果应满足构造要求,（,2,）、,同时配箍筋与弯起钢筋,先,选定箍筋用量（,n,、,d,、,s,）应满足构造要求,sb,cs,V,V,V,+,cs,sb,V,V,V,-,先根据纵向钢筋造配弯起筋,A,sb,sb,cs,V,V,V,+,a,sin,.,8,.,0,y,sb,sb,cs,f,A,V,V,V,V,-,=,-,再确定箍筋用量。,方法,1,再确定弯起钢筋,求出,A,sb,方法,2,满足最小箍筋直径与间距及最小配箍率要求,注意,：,当有弯起筋时，如何取剪力设计值,计算,第一排弯起筋：取支座边剪力,验算如需要第二排，取前一排弯起筋弯起点处的剪力，且两排之间间距,S,max,五,.,构造要求,伸入支座的纵向受力筋根数,2,1,、,简支梁,（,1,）,.V0.7,t,bh,0,：,l,a s,5d,（,2,）,.V,0.7,t,bh,0,：,1,）,光面钢筋,l,as,15d,2,）,带肋钢筋,l,a s,12d,；否则应采取专门锚固措施,2,、简支板,l,as,5d,（,1,）纵筋在支座处的锚固,3,、连续梁及框架梁,纵筋伸入长度应满足如图所示要求：,上部纵筋穿过支座，下部纵筋伸过中,心线及伸入长度不少于,l,as,（,1,）计算中不利用其强度,l,as,同简支梁要求（且按,V,0.7,t,bh,0,）,（,2,）计算中利用其抗压,l,as,0.7l,a,，,l,a,见,P,277,，附表,11,（,3,）计算中利用其抗拉强度,直线锚固：,l,as,l,a,90,弯折锚固：水平段,l,a,；垂直段,15d,。,（,4,）下部纵向钢筋也可伸过节点或支座范围，并在梁中弯矩较小处设置搭接接头。,中间支座纵筋的锚固,（三）、弯起钢筋的锚固,弯终点外应留有锚固长度：,10d,（受压区）；,20d,（受拉区）,45,（,h,700,）或,60,（,h,700,）,可采用图所示的鸭筋，不能采用浮筋，因浮筋在受拉区只有一小段水平长度，锚固不如两端均锚在压区可靠。,弯起钢筋的锚固,1,、级别、形式和肢数,级别,：,HRB335,、,HRB400,形式,：封闭式；开口式。,肢数,：单肢（,n=1,），双肢（,n=2,），四肢等。,梁内一般采用双肢；,当梁宽,b,350mm,，,n=2,；,当梁宽,b,350,，或纵向受拉（压）钢筋在一排中多于,5,（,3,）根时，应采用四肢或其它形式的复合箍筋；,当梁宽,b,150mm,，可采用单肢箍。,封闭式,开口式,图,4-27,箍筋的肢数,n,1,n,2,n,4,四、箍筋的构造要求,2,、箍筋的直径,骨架的刚性,便于制成安装,d,min,，见,P96,。,3,、间距,S,max,S,max,应符合表,4-1,要求,当梁中有受压计算纵筋时，同时要求,S,max,15d,（绑扎）或,20d,（焊接）及,400mm,，并做成封闭式。,当梁中一排内的纵向受压钢筋多于,5,根且,d,18mm,时，,S,max,10d,。,4,、布置,由计算确定（或构造）；,h,300,，沿梁全长设置；,h=150300,时，可仅在构件端部各,l,0,/4,范围内设置，但当在构件跨内有集中荷载作用时，则应全梁长布置；,h,150mm,时，可不设。,本章小结,钢筋混凝土受弯构件斜截面受力性能；,钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力设计计算；,构造要求；,钢筋混凝土受弯构件抗剪设计理论评述,问题的复杂性；,设计理论的经验性；,不同规范设计公式的比较；,将来可能的发展方向。,建筑工程与桥涵工程受弯构件抗剪设计公式的比较,建筑工程,桥涵工程,计 算 公 式,截面尺寸应,满足的条件,构造配箍条件,当,h,w,/,b,4,时，,V,0.25,c,f,c,bh,0,当,h,w,/,b,6,时，,V,0.20,c,f,c,bh,0,当,h,w,/,b,在,46,之间时，按线性内插,建筑工程,桥涵工程,箍筋,构造,要求,最小箍筋直径,h,800mm,时，,d,6mm,h,800mm,时，,d,8mm,d,8mm,，,d,主筋直径,/4,最小,箍筋,间距,梁,高,(mm),V,0.7,f,t,bh,0,V,0.7,f,t,bh,0,无受压筋时：,S,h,/2,S,400mm,有压筋时：,S,15,d,S,400mm,150300,150,200,300500,200,300,500800,250,350,800,300,500,最小配箍率,R235:0.18,HRB335:0.12,0.24,f,t,/,f,yv,