第4章-受弯构件斜截面强度计算.优秀PPT.ppt
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1、教材作者:陈长冰教材作者:陈长冰课件制作:陈长冰课件制作:陈长冰课件审查:建工系课件审查:建工系 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第第4章受弯构件斜截面强度计算章受弯构件斜截面强度计算4.1 概述概述在受弯构件的剪弯区段,在在受弯构件的剪弯区段,在M、V作作用下,有可能发生斜截面破坏。用下,有可能发生斜截面破坏。斜截面破坏:斜截面破坏:斜截面受剪破坏斜截面受剪破坏通过抗剪计通过抗剪计算来满足受剪承载力要求;算来满足受剪承载力要求;斜截面受弯破坏斜截面受弯破坏通过满足构通过满足构造要求来保证受弯承载力要求。造要求来保证受弯承载力要求。4.1.1 斜截面开裂前的斜截面开裂前的应力分析力分析4.
2、1.2 斜裂斜裂缝的形成的形成v当主拉当主拉应力超力超过混混凝土复合受力下的凝土复合受力下的抗拉抗拉强度度时,就会,就会出出现与主拉与主拉应力迹力迹线大致垂直的裂大致垂直的裂缝。v反抗主拉反抗主拉应力力 v 的的钢筋:筋:v 弯起弯起钢筋筋 v 箍筋箍筋 腹筋腹筋4.2 无腹筋梁的斜截面受剪性能无腹筋梁的斜截面受剪性能v 4.2.1 斜裂斜裂缝的的类型型 v(1)弯剪斜裂)弯剪斜裂缝 特点:裂特点:裂缝下下宽上窄上窄 v(2)腹剪斜裂)腹剪斜裂缝 特点:裂特点:裂缝中中间宽两两头窄窄4.2.2 剪跨比剪跨比的定的定义v广广义剪跨比剪跨比:v集中荷集中荷载下的下的简支梁,支梁,计算剪跨比算剪跨比
3、为:4.2.3 斜裂斜裂缝形成后的形成后的应力状力状态及破坏分析及破坏分析剪力剪力V由几部分担当:由几部分担当:(1)剪)剪压区剪力区剪力VC(2)骨料咬合力分力)骨料咬合力分力Vay(3)纵筋筋销栓力栓力Vd 破坏破坏时的受力模型:的受力模型:拉杆拉杆拱拱结构构(1)剪)剪压区剪区剪应力和力和压应力明力明显增大增大(2)与斜裂)与斜裂缝相交的相交的纵筋筋应力突然增大力突然增大 应力状力状态发生生变更:更:4.2.4无腹筋梁斜截面受剪破坏的主要形无腹筋梁斜截面受剪破坏的主要形态v斜拉破坏、剪斜拉破坏、剪压破坏、斜破坏、斜压破坏破坏斜拉破坏斜拉破坏剪剪压破坏破坏斜斜压破坏破坏v(1)斜拉破坏)斜
4、拉破坏 发生条件生条件:剪跨比剪跨比较大,大,a/h03 或或l0/h08 破坏特点破坏特点:首先在梁的底部出:首先在梁的底部出现垂直的弯曲裂垂直的弯曲裂缝;随即,其中一条弯曲裂;随即,其中一条弯曲裂缝很快地斜向伸展很快地斜向伸展到梁到梁顶的集中荷的集中荷载作用点作用点处,形成所,形成所谓的的临界界斜裂斜裂缝,将梁劈裂,将梁劈裂为两部分而破坏,同两部分而破坏,同时,沿,沿纵筋往往伴随筋往往伴随产生水平撕裂裂生水平撕裂裂缝。抗剪承抗剪承载力取决于混凝土的抗拉力取决于混凝土的抗拉强度度v(2)剪剪压破坏破坏 v 发生条件:剪跨比适中生条件:剪跨比适中1a/h03 或或 v 3l0/h08 v 破坏
5、特点:首先在剪跨区出破坏特点:首先在剪跨区出现数条短的弯剪斜数条短的弯剪斜裂裂缝,其中一条延,其中一条延长最最长、开展、开展较宽的裂的裂缝成成为临界斜裂界斜裂缝;临界斜裂界斜裂缝向荷向荷载作用点延作用点延长,使,使混凝土受混凝土受压区高度不断减小,区高度不断减小,导致剪致剪压区混凝土区混凝土达到复合达到复合应力状力状态下的极限下的极限强度而破坏度而破坏。v抗剪承抗剪承载力主要取决于混凝土在复合力主要取决于混凝土在复合应力下的抗力下的抗压强度度 v(3)斜)斜压破坏破坏 v 发生条件生条件:剪跨比很小:剪跨比很小 a/h01 或或l0/h03 破坏特征破坏特征:在梁腹中垂直于主拉:在梁腹中垂直于
6、主拉应力方向,先后力方向,先后出出现若干条大致相互平行的腹剪斜裂若干条大致相互平行的腹剪斜裂缝,梁的腹部,梁的腹部被分割成若干斜向的受被分割成若干斜向的受压短柱。随着荷短柱。随着荷载的增大,的增大,混凝土短柱沿斜向最混凝土短柱沿斜向最终被被压酥破坏酥破坏。抗剪承抗剪承载力取决于混凝土的抗力取决于混凝土的抗压强度度 v受剪破坏均受剪破坏均属于脆性破属于脆性破坏,其中斜坏,其中斜拉破坏最明拉破坏最明显,斜,斜压破破坏次之,剪坏次之,剪压破坏稍好。破坏稍好。4.2.5 影响无腹筋梁斜截面受剪承影响无腹筋梁斜截面受剪承载力的力的主要因素主要因素(1)剪跨比)剪跨比(2)混凝土)混凝土强度度(3)加)加
7、载方式方式v(4)纵筋配筋率筋配筋率 v(5)截面形式)截面形式 v(6)尺寸效)尺寸效应 v(7)梁的)梁的连续性性4.2.6 无腹筋梁受剪承无腹筋梁受剪承载力力计算公式算公式 v(1)对矩形、矩形、T形和形和形截面的一般受弯形截面的一般受弯构件,受剪承构件,受剪承载力力设计值可按下列公式可按下列公式计算:算:b矩形截面的矩形截面的宽度或度或T形截面和形截面和形截面形截面的腹板的腹板宽度度。v(2)集中荷)集中荷载作用下的矩形、作用下的矩形、T形和形和形截面独立梁形截面独立梁(包括作用有多种荷(包括作用有多种荷载,且集中荷,且集中荷载在支座截面所在支座截面所产生生的剪力的剪力值占占总剪力剪力
8、值的的75以上的状况),受剪承以上的状况),受剪承载力力设计值应按下列公式按下列公式计算算:v v v ,当当l.5时,取,取=1.5,当,当3 时,取,取=3。为为集中荷集中荷载作用点到支座或作用点到支座或节点点边缘的距离。的距离。独立梁是指不与楼板整体独立梁是指不与楼板整体浇筑的梁。筑的梁。v(3)厚板)厚板类受弯构件斜截面受剪承受弯构件斜截面受剪承载力力应按下列公式按下列公式计算:算:v v v v v v一般板一般板类受弯构件主要指受均布荷受弯构件主要指受均布荷载作用下作用下的的单向板和双向板向板和双向板须要按要按单向板向板计算的构件。算的构件。第四章 受弯构件斜截面强度计算须要说明的
9、是:须要说明的是:以上无腹筋梁受剪承载力计算公式仅有理论以上无腹筋梁受剪承载力计算公式仅有理论上的意义。上的意义。实际无腹筋梁不允许接受实际无腹筋梁不允许接受规范中仅给出不配置箍筋和弯起钢筋的规范中仅给出不配置箍筋和弯起钢筋的一般单向板类构件的受剪承载力计算公式一般单向板类构件的受剪承载力计算公式Vc=0.7bh ftbh0当当h0小于小于800mm时取时取h0=800mm当当h02000mm时取时取h0=2000mm4.3 4.3 有腹筋梁的受剪性能有腹筋梁的受剪性能 梁中配置箍筋梁中配置箍筋(stirrup),出,出现斜裂缝后,梁的剪力传递现斜裂缝后,梁的剪力传递机构由原来无腹筋梁的机构由
10、原来无腹筋梁的拉杆拉杆拱传递机构拱传递机构转变为转变为桁架与拱桁架与拱的复合传递机构的复合传递机构第四章 受弯构件斜截面强度计算 斜裂缝间齿状体混凝土有如斜压腹杆斜裂缝间齿状体混凝土有如斜压腹杆(compression diagonals)箍筋的作用有如竖向拉杆箍筋的作用有如竖向拉杆 临界斜裂缝上部及受压区临界斜裂缝上部及受压区混凝土相当于受压弦杆混凝土相当于受压弦杆(compression chord)纵筋相当于下弦拉杆纵筋相当于下弦拉杆(tension chord)4.3 4.3 有腹筋梁的受剪性能有腹筋梁的受剪性能 箍筋将齿状体混凝土传来的荷载悬吊到受压弦杆,增加了混箍筋将齿状体混凝土传
11、来的荷载悬吊到受压弦杆,增加了混凝土传递受压的作用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(拱作用作用arch mechanism)第四章 受弯构件斜截面强度计算一、箍筋的作用一、箍筋的作用 斜裂缝出现后,拉应力由箍筋担当,增加了梁的剪力传递实力;斜裂缝出现后,拉应力由箍筋担当,增加了梁的剪力传递实力;斜裂缝出现后,拉应力由箍筋担当,增加了梁的剪力传递实力;斜裂缝出现后,拉应力由箍筋担当,增加了梁的剪力传递实力;箍筋限制了斜裂缝的开展,增加了剪压区的面积,使箍筋限制了斜裂缝的开展,增加了剪压区的面积,使箍筋限制了斜
12、裂缝的开展,增加了剪压区的面积,使箍筋限制了斜裂缝的开展,增加了剪压区的面积,使VcVc增加,骨料咬合力增加,骨料咬合力增加,骨料咬合力增加,骨料咬合力VaVa也增加;也增加;也增加;也增加;吊住纵筋,延缓了撕裂裂缝的开展,增加了纵筋销栓作用吊住纵筋,延缓了撕裂裂缝的开展,增加了纵筋销栓作用吊住纵筋,延缓了撕裂裂缝的开展,增加了纵筋销栓作用吊住纵筋,延缓了撕裂裂缝的开展,增加了纵筋销栓作用VdVd;箍筋参与斜截面的受弯,使斜裂缝出现后纵筋应力箍筋参与斜截面的受弯,使斜裂缝出现后纵筋应力箍筋参与斜截面的受弯,使斜裂缝出现后纵筋应力箍筋参与斜截面的受弯,使斜裂缝出现后纵筋应力ss ss 的增量减小
13、;的增量减小;的增量减小;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,即对小剪跨比状况,箍筋的上述作用很小;对大剪跨比状况,箍筋配置假如对小剪跨比状况,箍筋的上述作用很小;对大剪跨比状况,箍筋配置假如对小剪跨比状况,箍筋的上述作用很小;对大剪跨比状况,箍筋配置假如对小剪跨比状况,箍筋的上述作用很小;对大剪跨比状况,箍筋配置假如超过某一限值,则产生斜压杆压坏,接着增加箍筋没有作
14、用。超过某一限值,则产生斜压杆压坏,接着增加箍筋没有作用。超过某一限值,则产生斜压杆压坏,接着增加箍筋没有作用。超过某一限值,则产生斜压杆压坏,接着增加箍筋没有作用。第四章 受弯构件斜截面强度计算二、破坏形态二、破坏形态影响有腹筋梁破坏形态的主要因素有影响有腹筋梁破坏形态的主要因素有剪跨比剪跨比l l第四章 受弯构件斜截面强度计算和和配箍率配箍率r rsv第四章 受弯构件斜截面强度计算箍筋合适时受剪试验录象箍筋合适时受剪试验录象第四章 受弯构件斜截面强度计算箍筋较多时受剪试验录象箍筋较多时受剪试验录象第四章 受弯构件斜截面强度计算箍筋较少时受剪试验录象箍筋较少时受剪试验录象第四章 受弯构件斜截
15、面强度计算剪跨比对有腹筋梁的影响剪跨比对有腹筋梁的影响三、按桁架模型推导的受剪承载力公式三、按桁架模型推导的受剪承载力公式(truss analogy)第四章 受弯构件斜截面强度计算第四章 受弯构件斜截面强度计算三、按桁架模型推导的受剪承载力公式三、按桁架模型推导的受剪承载力公式(truss analogy)*上式表明,箍筋用量越少,上式表明,箍筋用量越少,cot f f 越大,也即斜压杆角度越小越大,也即斜压杆角度越小*当为最小配箍率时,得到当为最小配箍率时,得到cot f f 的上限的上限*该上限还与剪跨比有关,剪跨比越大,该上限还与剪跨比有关,剪跨比越大,cot f f 的上限也越大的上
16、限也越大*取斜拉破坏时的斜裂缝角度作为取斜拉破坏时的斜裂缝角度作为cot f f 的上限,的上限,试验结果试验结果cotf f =3 左右左右。因此,当因此,当cot f f 大于大于3时,应取等于时,应取等于3,即有,即有,第四章 受弯构件斜截面强度计算配箍率超过配箍率超过B点后,则在箍筋屈服点后,则在箍筋屈服前,斜压杆混凝土已压坏,因此前,斜压杆混凝土已压坏,因此B点为受剪承载力的上限。点为受剪承载力的上限。第四章 受弯构件斜截面强度计算4.4 4.4 受剪承载力的计算受剪承载力的计算一、计算公式一、计算公式Vc为无腹筋梁的承载力为无腹筋梁的承载力考虑到配置箍筋后尺寸效考虑到配置箍筋后尺寸
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