受弯构件斜截面.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,第五章 受弯构件的斜截面承载力,*,第五章 受弯构件的斜截面承载力,5,1,概述,5,2,斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态,5,3,简支梁斜截面受剪机理,5,4,斜截面受剪承载力计算公式,5,5,斜截面受剪承载力的设计计算,5,6,保证斜截面受弯承载力的构造措施,5,7,其它构造要求,5,1,概述,我们把受弯构件上既有弯矩又有剪力作用的区段称为,剪弯段,。,在弯矩和剪力的共同作用下，剪弯段内将产生主拉应力,tp,和主压应力,cp,。,当主拉应力,tp,达到混凝土的抗拉强度时，混凝土将开裂，,裂缝方向垂直于主拉应力方向，即与主压应力方向一致。,所以在剪弯段，裂缝沿主压应力迹线发展，形成斜裂缝。,5,2,斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态,1,斜裂缝的形成,Formation of Diagonal Cracks,主应力：,当主拉应力不超过砼的抗拉强度，,弯剪区段内通常不会出现任何裂缝,弯剪斜裂缝,因受弯正应力较大，先在梁底出现垂直裂缝，然后向上沿主压应力迹线发展形成斜裂缝。,腹剪斜裂缝,梁腹部剪应力较大时，会因梁腹部主拉应力达到抗拉强度而先开裂，然后分别向上、向下沿主压应力迹线发展形成斜裂缝。,弯剪斜裂缝,腹剪斜裂缝,箍筋,弯起钢筋,腹筋,二、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 ratio,h,0,a,剪跨比反映了截面上正应力和剪应力的相对比值,（,l,3,）,剪跨比,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,。,取决于,混凝土的抗拉强度。,P,f,斜拉破坏,diagonal tension failure,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。,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 failure,（,1,l,3,）,（,l,1,）,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 failure,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。,三、影响受剪承载力的因素,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,混凝土强度,剪切破坏是由于混凝土达到复合应力（剪压）状态下强度而发生的。所以混凝土强度对受剪承载力有很大的影响。,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。,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，使纵筋的销栓作用增加。同时，还可限制斜裂缝的开展，增加斜裂缝间的骨料咬合力作用。,截面形状,T,形截面有受压翼缘，增加了剪压区面积，对斜拉和剪压破坏的受剪承载力有提高（,20%,），但对斜压破坏的受剪承载力并没有提高。,无腹筋梁的受剪破坏都是脆性的，,其应用范围有严格的限制,规范,仅对,h,150,的小梁（如过梁、檩条）可采用无腹筋。,尺寸效应,梁高度很大时，撕裂裂缝比较明显，销栓作用大大降低，斜裂缝宽度也较大，削弱了骨料咬合作用。试验表明，在保持参,数,f,c,、,r,、,l,相同的情况下，截面尺寸增加,4,倍，受剪承载力降低,25%30%,。对于高度较大的,梁，配置梁腹纵筋，可控制斜裂缝的开展。,配置腹筋后，尺寸效应的影响减小。,无腹筋梁的,拉杆拱传递机构,(,即受剪机理的结构模型,),开裂初期呈,梳状结构,。齿上受力情况：纵筋拉力；纵筋销栓力；骨料咬合力。,加载后期，由于砼与纵筋产生粘结破坏，砼剥落而成为拱结构。,四、有腹筋梁的受剪性能,梁的剪力传递机构由原来无腹筋梁的,拉杆拱传递机构,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）,6.3,有腹筋梁的受剪性能,与无腹筋梁梳形拱模型的主要区别：,1,、考虑了箍筋的受拉作用；,2,、考虑了斜裂缝间混凝土的受压作用,（一）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,V,c,增加，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,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。,（二）破坏形态,箍筋的,配箍率,r,sv,影响有腹筋梁破坏形态的主要因素,剪跨比,l,、,混凝土强度,、箍筋,配箍率,r,sv,、,纵筋,配筋率、,截面形状,设计时以,剪压破坏,作为计算依据，,用构造处理避免斜压、斜拉破坏,一、计算公式,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,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,来计算受剪承载力,。,V,c,剪压区混凝土的抗剪承载力，与剪压区面积有关，而剪压区面积与斜裂缝开展宽度、长度有关，斜裂缝的开展与箍筋数量、强度有关,V,cs,混凝土、箍筋共同承担的剪力,5,4,斜截面受剪承载力计算公式,仅配有箍筋时梁的斜截面受剪承载力,均布荷载下矩形、,T,形和工形截面的一般受弯构件,集中荷载作用下的矩形、,T,形和工形截面独立梁,包括作用有多种荷载，其中集中荷载对支座边缘截面或节点边缘所产生的剪力值大于总剪力值的,75,的情况,矩形、,T,形和工形截面的一般受弯构件,集中荷载作用下的独立梁,二、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，,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,b,h,w,时，按直线内插法取用。,b,c,为高强混凝土的强度折减系数,当,f,cu,k,50N/mm,2,时,，,b,c,=1.0,，,当,f,cu,k,=80N/mm,2,时,b,c,=0.8,，,其间线性插值。,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,0,-,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,四、受剪计算斜截面,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,）。,既配箍筋又配弯起钢筋时,当剪力较大时，可利用纵筋弯起与斜裂缝相交来提高受剪承载力。,a,为弯起钢筋与构件轴线的夹角，一般取,4560,。,为防止弯筋间距太大，出现不与弯筋相交的斜裂缝，使弯筋不能发挥作用，,规范,规定当按计算要求配置弯筋时，,前一排弯起点至后一排弯终点的距离不应大于表中,V0.7,f,t,bh,0,栏的最大箍筋间距,s,max,的规定。,画剪力图，确定计算位置，,算出各计算截面的剪力,若为集中荷载下的独立梁，,应计算,V,集,/V,总,75,验算截面限制条件,是否按计算配腹筋,按构造要求确定,n,及,Asv1,，,然后求,s,，并使,ssmax,；,验算配箍率：,否,增大,bxh,提高,fc,否,按构造配箍,满足,配箍率要求,是,仅配箍筋梁的设计计算,按构造要求,选定箍筋用量,根据已配纵筋,选定,A,sb,兼配弯起筋梁的设计计算,按构造要求确定,n,及,Asv1,，,然后求,s,，并使,ssmax,；,验算配箍率：,截面复核,注意计算位置的确定,注意适用条件的验算,受弯构件斜截面承载力包括,斜截面受剪承载力,斜截面受弯承载力,斜截面受弯承载力可不进行计算，而用纵筋的弯起、截断、锚固及箍筋间距等构造措施来保证。,5-6,保证斜截面受弯承载力的构造措施,为节约钢材，可根据设计弯矩图的变化将钢筋弯起作受剪钢筋或截断。但钢筋的弯起和截断均应满足受弯承载力的要求。,一、抵抗弯矩图、设计弯矩图,根据,M,图的变化将钢筋弯起时需绘制,M,u,图，使得,M,u,图包住,M,图，以,满足受弯承载力的要求,。,按每根,(,或每组,),钢筋的的面积比例划分出各根,(,或各组,),钢筋的所提供的受弯承载力,M,ui,，,M,ui,可近似取,a,点,为钢筋的充分利用点,b,点,为钢筋的不需要点,二、钢筋的弯起,考虑到斜裂缝出现的可能性，钢筋弯起时还应,满足斜截面受弯承载力,的要求。,z,b,z,当弯起钢筋作为抗剪腹筋时,，其间距还应满足抗剪的构造要求，同时弯折终点应有一直线段锚固长度，当直线段位于受拉区时，直线段长度不小于,20d,；当直线段位于受压区时，直线段长度不小于,10d,。,当弯起钢筋不能同时满足正截面和斜截面的承载力要求时,，可单独设置仅作为受剪的弯起钢筋，但必须在集中荷载或支座两侧均设置弯起钢筋，这种弯起钢筋称为,“,鸭筋,”,。,纵筋弯起应满足的要求：,1,、满足正截面受弯承载力要求,M,u,图,M,图,2,、满足斜截面受弯承载力要求,弯起点至充分利用点距离,0.5,h,0,3,、满足斜截面受剪承载力要求和构造要求,受弯构件的纵向钢筋由控制截面处最大弯矩计算确定的。,根据设计弯矩图的变化，可以在弯矩较小的区段将一部分纵筋截断。,但在正弯矩区段，弯矩图变化比较平缓，同时钢筋应力随弯矩变化产生的粘结应力，加上锚固钢筋所需要的粘结应力，因此锚固长度很长，通常已基本接近支座，截断钢筋意义不大。因此，,一般不在跨中受拉区将钢筋截断。,对于连续梁、框架梁,中间连续支座负弯矩区段,的上部受拉钢筋，可根据弯矩图的变化分批将钢筋截断。,截断钢筋必须有足够的锚固长度，,但这里的锚固与钢筋在支座或节点内的锚固受力情况不同，,因为要考虑斜裂缝对钢筋应力的影响、弯剪共同作用的影响、弯矩图变化情况的影响、以及无支座压力的影响。,三、钢筋的截断,延伸长度,l,d,(development length),钢筋截断点到计算最大负弯矩截面的距离。,V0.7,f,t,bh,0,时，,l,as,0.35,l,a,锚固区箍筋要求,规范,规定在受力钢筋锚固长度范围内,箍筋的直径,不小于,0.25,d,（或,0.25,d,e,），,箍筋间距,不大于,10,d,，采用机械锚固措施时不应大于,5d,，在锚固长度范围内箍筋的数量不少于三个。当锚固钢筋的混凝土保护层厚度大于,5,d,（或,5,d,e,）时，箍筋配置要求可放松。,2,、简支支座锚固要求,支座处有横向压应力，使粘结作用得到改善。因此支座处的锚固长度,l,as,可比基本锚固长度,l,a,减小。,当,V,0.7,f,t,bh,0,时，,l,as,5,d,当,V,0.7,f,t,bh,0,时，,l,as,0.35,l,a,对于板,，一般剪力较小，通常满足,V,0.7,f,t,bh,0,的条件。且连续板的中间支座一般无正弯矩，因此板的简支支座和中间支座下部纵向受力钢筋的锚固长度均取,l,as,5,d,。,3,、边支座,当柱截面高度足够时，框架梁上部纵筋可用直线方式伸入支座锚固，锚固长度不小于,l,a,，,且应伸过注中心线不小于,5d,。,当柱截面高度不足以布置直线钢筋时，应将梁上部纵筋伸至节点外边并向下弯折，,但弯折前的水平投影长度,l,ah,a,ah,l,a,，混凝土强度等级为,C20,时，取,a,ah,=0.45,；混凝土强度等级等于或大于,C25,时，取,a,ah,=0.4,；,弯折后的垂直长度不应小于,15d,。,3,、边支座,下部纵筋伸入支座的锚固要求：,当计算中不利用其强度时，锚固长度可按,V0.7f,t,bh,0,时的简支支座情况考虑；,当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，钢筋伸入支座的锚固长度不应小于,l,a,。若柱截面高度不够时，可将钢筋向上弯折，弯折的构造要求与上部钢筋向下弯折情况相同；,3,、边支座,当计算中充分利用钢筋的受压强度时，钢筋伸入支座的锚固长度不应小于,0.7,l,a,。,4,、中间支座,5,、钢筋的搭接,试验表明，影响搭接区段的粘结强度,t,u,的因素与拔出试验的粘结强度基本相同，,但由于钢筋净间距的减小使劈裂裂缝更早出现，粘结强度降低,。因此,规范,规定。,当同一搭接范围受拉钢筋搭接接头的百分率不超过,25%,时，搭接长度为相应基本锚固长度的,1.2,倍。,当同一搭接范围受拉钢筋搭接接头的百分率超过,25%,时，搭接长度按下式计算，但不小于,300mm,。,l,l,=,z,y,l,a,锥螺纹钢筋连接,挤压钢筋连接,6,、箍筋的锚固,