3.受弯构件斜截面抗剪承载力计算(1).ppt
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1、第四章第四章 受弯构件的斜截面承载力受弯构件的斜截面承载力东南大学交通学院吴文清第4章 受弯构件的斜截面承载力 受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 影响受弯构件斜截面影响受弯构件斜截面抗剪抗剪能力的主要因素能力的主要因素 斜截面斜截面抗剪抗剪承载力的计算公式与适用范围承载力的计算公式与适用范围 斜截面抗剪承载力计算方法和步骤斜截面抗剪承载力计算方法和步骤 保证斜截面抗弯承载力的构造措施保证斜截面抗弯承载力的构造措施 斜截面斜截面抗剪抗剪承载力计算方法和步骤承载力计算方法和步骤 保证斜截面保证斜截面抗弯抗弯承载力的构造措施承载力的构造措施 全梁承载能力校核与构造
2、要求全梁承载能力校核与构造要求本章要求内容本章要求内容弯筋箍筋PPs纵筋弯剪段(本章研究的主要内容本章研究的主要内容)统称腹筋-帮助混凝土梁抵御剪力有腹筋梁-既有纵筋又有腹筋无腹筋梁-只有纵筋无腹筋hbasv4.1 受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态4.1.1 无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态4.1.1 4.1.1 无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态无腹筋梁无腹筋梁主应力主应力轨迹线轨迹线 斜裂缝出现后,梁内的应力状态重新分布,斜裂缝出现后,梁内的应力状态重新分布,有两个显著变化:有
3、两个显著变化:l全截面抵抗全截面抵抗 剪压面或剪压区截面抵抗,剪压面或剪压区截面抵抗,剪压区的正应力和剪应力显著增大;剪压区的正应力和剪应力显著增大;l截面截面BBBB处的纵筋拉应力则由截面处的纵筋拉应力则由截面AAAA处弯矩处弯矩M MA A决定,决定,钢筋应力也是显著增大。钢筋应力也是显著增大。无腹筋梁受力机理:拱机理无腹筋梁受力机理:拱机理n设拉杆的拱结构设拉杆的拱结构拱模型 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。拱破坏 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。这就是无腹筋梁沿斜截面破坏的拱机理。拱机理
4、示意图拱机理示意图 剪跨比剪跨比m:4.1.2 4.1.2 斜截面受剪破坏的三种主要形态斜截面受剪破坏的三种主要形态bhh0AsPPaa反映了集中力作用截面处弯矩M和剪力V的比例关系狭义(计算)剪跨比广义剪跨比无腹筋梁的斜截面三种受剪破坏形态无腹筋梁的斜截面三种受剪破坏形态 1)1)1)1)斜斜斜斜拉拉拉拉破破破破坏坏坏坏:当当当当加加加加载载载载截截截截面面面面剪剪剪剪跨跨跨跨比比比比较较较较大大大大(m m m m3)3)3)3)时,或箍筋配置不足时出现。时,或箍筋配置不足时出现。时,或箍筋配置不足时出现。时,或箍筋配置不足时出现。斜拉破坏、斜压破坏和剪压破坏斜拉破坏、斜压破坏和剪压破坏
5、以单个集中荷载加载为例以单个集中荷载加载为例以单个集中荷载加载为例以单个集中荷载加载为例 2)2)斜压破坏斜压破坏斜压破坏斜压破坏:当剪跨比较小:当剪跨比较小:当剪跨比较小:当剪跨比较小(mm1)1)时,或箍筋配置过多时时,或箍筋配置过多时时,或箍筋配置过多时时,或箍筋配置过多时易出现。此破坏系由梁中主压应力所致,类似于正截面承载易出现。此破坏系由梁中主压应力所致,类似于正截面承载易出现。此破坏系由梁中主压应力所致,类似于正截面承载易出现。此破坏系由梁中主压应力所致,类似于正截面承载力中的超筋破坏,表现为混凝土压碎。力中的超筋破坏,表现为混凝土压碎。力中的超筋破坏,表现为混凝土压碎。力中的超筋
6、破坏,表现为混凝土压碎。3)3)剪压破坏剪压破坏剪压破坏剪压破坏:当剪跨比一般:当剪跨比一般:当剪跨比一般:当剪跨比一般(1(1m3m3)时,箍筋配置适中时出时,箍筋配置适中时出时,箍筋配置适中时出时,箍筋配置适中时出现。此破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力联合作用所致。现。此破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力联合作用所致。现。此破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力联合作用所致。现。此破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力联合作用所致。临界斜裂缝临界斜裂缝(Critical oblique crack)注意:不同剪跨比无腹筋简支梁的破坏形态虽有不同,但荷载注意:不同剪跨比无腹筋简支梁的破坏形态虽有不同,但荷
7、载达到峰值时梁的跨中挠度都不大,而且破坏较突然,均达到峰值时梁的跨中挠度都不大,而且破坏较突然,均属于脆性属于脆性破坏破坏,而其中斜拉破坏最为明显。,而其中斜拉破坏最为明显。4.1.3 有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态n破坏机理破坏机理 拱形桁架模型拱形桁架模型 n在斜裂缝出现后受力特点,类似于桁架在斜裂缝出现后受力特点,类似于桁架在拱形桁架模型中,基本拱体在拱形桁架模型中,基本拱体I I视为拱形桁架的上视为拱形桁架的上弦压杆,拱体弦压杆,拱体IIII、IIIIII是受压腹杆,纵向钢筋是下是受压腹杆,纵向钢筋是下弦拉杆,箍筋等腹筋是受拉腹杆。弦拉杆,箍筋等腹
8、筋是受拉腹杆。箍筋的三个作用(P79)n在斜裂缝出现后,腹筋的作用表现在:n(1)提高纵筋的销栓作用 把小拱体II、III向上拉住(图4-5b),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,这样,小拱体II、III就能更多地传递主压应力;n(2)降低拱顶剪压区的应力状态腹筋 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;n(3)抑制斜裂缝的宽度腹筋能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。n由上述有腹筋梁的抗剪机理分析可见,配置箍筋是提高梁抗剪承载力
9、的有效措施。n弯起钢筋或斜筋只有与临界斜裂缝相交后才能发挥作用,可以提高梁的抗剪承载力。n弯筋不宜单独使用,而总是与箍筋联合使用。4.2 4.2 影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素 1)1)剪跨比剪跨比 剪跨比m是影响受弯构件斜截面破坏形态和抗剪能力的主要因素。剪跨比m实质上反映了梁内正应力与剪应力的相对比值。2)2)2)2)混凝土抗压强度混凝土抗压强度混凝土抗压强度混凝土抗压强度f fcucu 斜斜斜斜截截截截面面面面破破破破坏坏坏坏是是是是因因因因混混混混凝凝凝凝土土土土到到到到达达达达极极极极限限限限强强强强度度度度而而而而发发发发生生生生的的的的,
10、故故故故斜斜斜斜截截截截面面面面受剪承载力随混凝土的强度等级的提高而提高。受剪承载力随混凝土的强度等级的提高而提高。受剪承载力随混凝土的强度等级的提高而提高。受剪承载力随混凝土的强度等级的提高而提高。3 3 3 3)纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率 4 4 4 4)配箍率和箍筋强度配箍率和箍筋强度配箍率和箍筋强度配箍率和箍筋强度 有有有有腹腹腹腹筋筋筋筋梁梁梁梁出出出出现现现现斜斜斜斜裂裂裂裂缝缝缝缝后后后后,箍箍箍箍筋筋筋筋不不不不仅仅仅仅直直直直接接接接承承承承受受受受相相相相当当当当部部部部分分分分的的的的剪剪剪剪力力力力,而而而而且且且且有有有有效效效效地地地地
11、抑抑抑抑制制制制斜斜斜斜裂裂裂裂缝缝缝缝的的的的开开开开展展展展和和和和延延延延伸伸伸伸,对对对对提提提提高高高高剪剪剪剪压压压压区区区区混混混混凝凝凝凝土的抗剪能力和纵向钢筋的销栓作用都有着积极的影响。土的抗剪能力和纵向钢筋的销栓作用都有着积极的影响。土的抗剪能力和纵向钢筋的销栓作用都有着积极的影响。土的抗剪能力和纵向钢筋的销栓作用都有着积极的影响。配箍量一般用配箍率(又称箍筋配筋率)配箍量一般用配箍率(又称箍筋配筋率)配箍量一般用配箍率(又称箍筋配筋率)配箍量一般用配箍率(又称箍筋配筋率)svsv表示,即表示,即表示,即表示,即 下课下课下课下课4.3 受弯构件的斜截面抗剪承载力受弯构件的
12、斜截面抗剪承载力n钢筋混凝土梁沿斜截面的主要破坏形态有斜压破斜压破坏、斜拉破坏和剪压破坏坏、斜拉破坏和剪压破坏等。n在设计时,对于斜压和斜拉破坏,一般是采用截面限制条件和一定的构造措施予以避免。n对于常见的剪压破坏形态,梁的斜截面抗剪能力变化幅度较大,故必须进行斜截面抗剪承载能力的计算。公路桥规的基本公式就是针对这种破坏形态的受力特征而建立的。4.3 受弯构件的斜截面抗剪承载力受弯构件的斜截面抗剪承载力4.3.1 斜截面抗剪承载力计算的基本公式及适斜截面抗剪承载力计算的基本公式及适用条件用条件混凝土与箍筋共同的抗剪承载力混凝土与箍筋共同的抗剪承载力弯筋的抗剪承载力弯筋的抗剪承载力公路桥规公路桥
13、规斜截面抗剪承载力的计算式斜截面抗剪承载力的计算式 n公式中抗剪承载力有公式中抗剪承载力有2 2部分组成部分组成n半经验半理论公式,使用时必须按规定的单位半经验半理论公式,使用时必须按规定的单位代入数值代入数值 n公式适用条件公式适用条件公式适用条件公式适用条件n1 1)上限值)上限值截面最小尺寸,防止斜压破截面最小尺寸,防止斜压破坏坏n2)下限值下限值按构造要求配置箍筋,防止按构造要求配置箍筋,防止斜拉破坏斜拉破坏有关按构造要求配置箍筋的事项,参见本章第有关按构造要求配置箍筋的事项,参见本章第4.5.24.5.2节。节。4.3.2 等高度简支梁腹筋的初步设计等高度简支梁腹筋的初步设计根据梁斜
14、截面抗剪承载力要求配置箍筋、初根据梁斜截面抗剪承载力要求配置箍筋、初步确定弯起钢筋的数量及弯起位置步确定弯起钢筋的数量及弯起位置。等高度简支梁腹筋的初步设计等高度简支梁腹筋的初步设计已知:计算跨径已知:计算跨径l,截面尺寸,截面尺寸b、h、h0,材料强度,材料强度fcu,k、fsd 和和 fsv 。计计算算剪剪力力包包络络图图1 1)验算截面尺寸是否满足要求)验算截面尺寸是否满足要求2 2)验算是否需要按计算配筋)验算是否需要按计算配筋等高度简支梁腹筋的初步设计等高度简支梁腹筋的初步设计3 3)计算剪力分配)计算剪力分配最大剪力计算值,距支座中心最大剪力计算值,距支座中心h/2h/2处处满足条
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