受弯构件斜截面承载力计算.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,青海大学,结构设计原理,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,青海大学,结构设计原理,单击此处编辑母版标题样式,结构设计原理,张 萌 洁,青海大学,土木工程学院,教授班级：交通,2011(1,、,2),4,受弯构件斜截面承载力计算,重点：,4.1,受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态；,4.2,影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素；,4.3,受弯构件的斜截面抗剪承载力；,4.4,受弯构件的斜截面抗弯承载力；,4.5,全梁承载力校核与构造要求；,4.6,连续梁的斜截面抗弯承载力,4.1,受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态,基本概念：,钢筋混凝土受弯构件在荷载作用下，同时产生弯矩和剪力。,在主要承受弯矩的区段，产生正截面受弯破坏。,而在剪力和弯矩共同作用的区段，则会产生斜截面受剪破坏或斜截面受弯破坏。,纯弯段,弯剪段,实际工程中斜截面破坏状态,在钢筋混凝土梁中，仅配有纵向受力钢筋的梁称为,无腹筋梁,；把同时还设置有箍筋和弯起钢筋的梁称为,有腹筋梁,。箍筋和弯起钢筋称为,腹筋,。,4.1,受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态,4.1,受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态,章节重点：,4.1.1,无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,4.1.3,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态,裂缝出现前,当梁上荷载较小时，裂缝尚未出现。,梁,均质弹性体,分析方法,材料力学方法,4.1.1,无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态,4.1.1,无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态,取微元体研究：,位于中和轴处的微元体,1,；,位于受压区的微元体,2,；,位于受拉区的微元体,3,。,结论：,截面上一点都有剪应力和正应力，二者的共同作用下将产生主拉应力和主压应力。,无腹筋梁的主应力轨迹线,结论：剪弯段主拉应力方向是倾斜的，与梁轴线约为,45,度，而梁的下边缘主拉应力方向接近水平。,混凝土的抗压强度低，当主拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，即会出现裂缝。,4.1.1,无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态,裂缝出现后,随着荷载增加，梁在剪跨内,出现斜裂缝,，不再是完整的匀质弹性梁。,现以斜裂缝,AB,为界，取出如图,4-3,所示的隔离体，在隔离体上，外荷载在斜截面,AA B,上引起的弯矩为,M,A,、剪力为,V,A,；,裂缝出现后,而斜截面上的抵抗力则有：,1,、斜截面上端混凝土剪压面（,AA,）上压力,D,C,和剪力,V,C,；,3,、在梁的变形过程中，斜裂缝的两边将发生相对剪切位移，使斜裂缝面上产生摩擦力以及骨料凹凸不平相互间的骨料咬合力，它们的合力为,S,a,；,4,、由于斜裂缝两边有相对的上下错动，从而使纵向受拉钢筋受剪，通常称其为纵筋的销栓力,V,d,。,补充概念：,销栓力：,钢筋混凝土梁在产生裂缝后，裂缝两边的砼会相对滑动，梁纵向钢筋对两侧的梁体的滑动趋势有阻止作用，也就防止了裂缝的进一步发展，这个作用就成为销栓力。,裂缝出现后,忽略,S,a,和,V,d,因集料咬合力和销栓力难以定量估计，故不考虑骨料的咬合力,S,a,和穿过斜裂缝的纵向钢筋在斜裂缝相交处的销栓力,V,d,。,裂缝出现后,建立平衡方程：,斜裂缝的出现，梁在剪弯段内的应力状态变化，主要表现在：,1,、开裂前的剪力是全截面承担的，开裂后则主要由剪压区承担，混凝土剪应力大大增加。,裂缝出现后,建立平衡方程：,斜裂缝的出现，梁在剪弯段内的应力状态变化，主要表现在：,2,、与斜裂缝相交处的纵向钢筋应力，因斜裂缝出现而突然增大。因为在斜裂缝出现后，根据力矩平衡的概念，纵向钢筋的拉力,T,S,则是由斜裂缝端点处截面,AA,的弯矩,M,A,所决定，,M,A,比,M,B,要大很多。,拱机理,无腹筋梁相继出现斜裂缝后，主压应力还能继续沿着斜裂缝之间的混凝土块传递。但斜裂缝下部的拱形混凝土块体,II,所传递的主压应力，需通过纵向钢筋的销栓作用才能传递到支座上。,但，纵筋所受剪力稍大就会使混凝土沿纵筋撕裂破坏，故纵筋销栓作用并不能充分发挥，因此块体,II,所传的力很小，主要依靠块体,I,来传递主压应力。,梁的受力状态可看作是一个设拉杆的拱结构，斜裂缝顶部的残余截面为拱顶，纵筋为拉杆拱顶至支座间的斜面向受压混凝土为拱体。当拱顶的强度或拱体的抗压强度不足时，就会发生梁的截面破坏，即为无腹筋梁沿斜截面破坏的拱机理。,随着斜裂缝的逐渐加宽，咬合力下降，纵筋混凝土可能劈裂，销栓力会逐渐减弱，梁上荷载绝大部分由上部拱体承担，即下图中的阴影部分。,4.1.1,无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态,4.1,受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态,章节重点：,4.1.1,无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,4.1.3,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态,概念,剪跨比,是一个无量纲常数，包括广义剪跨比和狭义剪跨比。,广义剪跨比：,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,狭义剪跨比：,适用情况：,集中荷载作用下,三类破坏形态,试验研究表明，随着剪跨比,m,的变化，无腹筋简支梁斜截面破坏形态分为三类：,1,、斜拉破坏；,2,、剪压破坏；,3,、斜压破坏；,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,三类破坏形态,试验研究表明，随着剪跨比,m,的变化，无腹筋简支梁斜截面破坏形态分为三类：,1,、斜拉破坏；,2,、剪压破坏；,3,、斜压破坏；,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,1,、斜拉破坏（,m,3,）,剪跨段产生斜裂缝，出现裂缝，就很快形成临界斜裂缝（主要斜裂缝），承载力急剧下降，脆性性质显著。,破坏时由于混凝土（斜向）拉坏引起的，称为斜拉破坏。,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,2,、剪压破坏（,1,m,3,）,剪弯段陆续出现斜裂缝，其中一条发展成为临界斜裂缝，此时部分荷载可通过拱作用传递到支座，承载力没有很快丧失，荷载可继续增加，并出现其他斜裂缝。,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,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。,3,、斜压破坏（,m,3,）,裂缝发展：首先是荷载作用点和支座之间出现一条斜裂缝，后出现若干平行斜裂缝，最终裂缝发展多而密，但没有主裂缝。,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,最后拱上混凝土在斜向压应力的作用下受压破坏。斜压破坏承载力，取决于混凝土的抗压强度。,无腹筋梁的破坏都是脆性破坏,1,、斜拉破坏是受拉脆性破坏，脆性破坏性质最明显；,2,、斜压破坏是受压脆性破坏；,3,、剪压破坏界于受拉破坏和受压破坏之间。,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,4.1,受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态,章节重点：,4.1.1,无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态,4.1.2,无腹筋简支梁斜截面破坏状态,4.1.3,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态,当梁中配置箍筋或弯起钢筋后，有腹筋梁中力的传递和抗剪机理将产生较大的变化。,4.1.3,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态,裂缝出现前,，箍筋的作用不大；,裂缝出现后,，与斜裂缝相交的箍筋中应力增大，起到抵抗剪切破坏的作用。,腹筋的作用,：,1,、,把小拱体,II,、,III,向上拉住，使沿纵向钢筋的撕裂裂缝不发生，从而使纵筋的销栓作用得以发挥；,4.1.3,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态,腹筋的作用,：,2,、,将拱体,II,、,III,传递过来的主压应力，传到基本拱体,I,上断面尺寸较大的还有潜力的部位上去，这就减轻了基本拱体,I,拱顶处所承压的应力，从而提高了梁的抗剪承载力；,4.1.3,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态,腹筋的作用,：,3,、,有效地减小斜裂缝开展宽度，从而提高了斜截面上混凝土骨料咬合力。,4.1.3,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态,结论：,1,、配置腹筋可有效提高梁的抗剪承载力；,2,、其中箍筋出现斜裂缝后产生作用；,3,、弯起钢筋在与临界斜裂缝相交后才能发挥作用。,4.1.3,有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态,4,受弯构件斜截面承载力计算,重点：,4.1,受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态；,4.2,影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素；,4.3,受弯构件的斜截面抗剪承载力；,4.4,受弯构件的斜截面抗弯承载力；,4.5,全梁承载力校核与构造要求；,4.6,连续梁的斜截面抗弯承载力,4.2,影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素,通过对无腹筋梁和有腹筋梁的受力状态对比，有腹筋梁具有明显优势，更适用于结构应用。,对有腹筋梁的斜截面抗剪承载力进行研究，影响因素主要有：,1,、剪跨比；,2,、混凝土抗压强度；,3,、纵向钢筋配筋率；,4,、箍筋数量及强度。,试验表明，随着剪跨比的增大，梁的破坏形态按斜压（,m1,）、剪压（,1m3,）的顺序演变，且抗剪承载力逐步下降。,在,m3,后，斜截面承载力趋于稳定，剪跨比的影响不明显。,1,、剪跨比,m,2,、混凝土抗压强度,梁的抗剪能力随着混凝土抗压强度的提高而提高，其,影响大致按线性规律变化。,2,、混凝土抗压强度,对,不同剪跨比下梁的影响程度不相同。,斜压破坏,(,m,3),取决于混凝土的抗拉强度；,剪压破坏,(,1m,3),混凝土强度的影响则居于上述两者之间,梁的抗剪能力随纵向钢筋配筋率的提高而增大。纵筋受剪，产生了销栓力，抑制斜裂缝的开展和延伸，加大了剪压区混凝土的面积，提高了其抗剪承载力。,3,、纵向钢筋配筋率,随剪跨比,m,的不同，纵筋配筋率,的影响程度不同。剪跨比小时，纵筋的销栓作用较强，配筋率对抗剪能力影响较大；剪跨比大时，则影响相对较小。,3,、纵向钢筋配筋率,有腹筋梁出现斜裂缝后，箍筋直接承受部分的剪力，且有效抑制斜裂缝的开展和延伸，大大提高梁的抗剪能力。,试验表明，箍筋用量多少可以改变梁斜截面的破坏形态，当配置箍筋适当时，梁的抗剪能力随配箍量的增多和箍筋强度的提高有较大幅度的增长，,故配箍率和箍筋强度是梁抗剪强度的主要影响因素。,4,、配箍率和箍筋强度,对箍筋的数量,般用配箍率,sv,表示，即,由于梁斜截面破坏属于脆性破坏，为了提高斜截面延性，不宜采用高强钢筋作箍筋。,4,、配箍率和箍筋强度,对箍筋的数量,般用配箍率,sv,表示，即,配置箍筋对斜裂缝开裂荷载没有影响，,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。,4,、配箍率和箍筋强度,小结,了解受弯构件斜截面的受力特点；,掌握三种破坏形态及分类标准；,掌握斜截面抗剪承载力的影响因素。,作业：,4-1,、,4-2,