混凝土结构设计原理ch受剪性能学习教案.pptx
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1、会计学1混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理(yunl)ch受剪性能受剪性能第一页,共79页。第1页/共79页第二页,共79页。主拉应力迹线主压应力迹线1.开裂前梁内的应力(yngl)分布cp45 otptpcp45 otpcp45 o5.2 斜裂缝(li fng)的形成 Formation of Diagonal Cracks第2页/共79页第三页,共79页。弯剪斜裂缝(li fng)2.裂缝(li fng)分类腹剪斜裂缝第3页/共79页第四页,共79页。1、斜裂缝出现前,梁中剪力由全截面(jimin)混凝土承担。2、斜裂缝出现后,剪力一部分由梁上部混凝土Vc承担,并由上部混凝土拱传递到支座
2、;另一部分通过斜裂缝间的骨料咬合力Va以及纵向钢筋的销拴作用Vd传到支座。因此(ync),剪力传递主要由三部分组成:V=Vc+Vay+Vd3、随荷载的增加,会有一条斜裂缝形成临界斜裂缝。最后顶部混凝土(剪压区)在压力和剪力的共同作用下发生(fshng)破坏。临界斜裂缝剪压区VcVaVd5.3 无腹筋梁的受剪性能斜裂缝出现后梁中受力状态的变化第4页/共79页第五页,共79页。斜裂缝出现后,剪压区面积(min j)的减小使受压区混凝土剪力增大。斜裂缝出现前,支座附近(fjn)截面a-a的钢筋应力ss与Ma成正比。斜裂缝(li fng)出现后,截面a-a 处ss取决于临界斜裂缝(li fng)顶点截
3、面b-b处的Mb,即与Mb成正比。因此,斜裂缝(li fng)出现使支座附近的ss与跨中截面的ss相近,这对纵筋的锚固提出更高要求。同时,销栓作用Vd使纵筋周围的混凝土产生撕裂裂缝(li fng),削弱混凝土对纵筋的锚固作用。梁由原来的梁传力机制变成拉杆拱传力机制第5页/共79页第六页,共79页。拉杆(lgn)拱第6页/共79页第七页,共79页。对集中(jzhng)荷载简支梁h0a在剪弯区段(q dun)为第一个集中荷载的作用点到支座的距离 a 与截面有效高度 h0 的比值。剪跨第7页/共79页第八页,共79页。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
4、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(jgu),取决于混凝土的抗压强度,脆性破坏。P f斜压破坏diagonal compression failure斜压破坏(phui)产生条件 3破坏特点第9页/共79页第十页,共79页。最后,拱顶处混凝土在剪应力和压应力最后,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共同作用下,达到混凝土的复合受力下的强度而破坏。的强度而破坏。部分部分(b fen)(b fen)拱作用,部分拱作用,部分(b fen)(b fen)斜斜拉传递,取决于混凝土的复合应力下(剪拉传递,取决于混凝土的复合应力下(剪压)的强度
5、。压)的强度。剪跨比较小,有一定拱作用剪跨比较小,有一定拱作用(zuyng)(zuyng)斜裂缝出现后,部分荷载通过拱斜裂缝出现后,部分荷载通过拱作用作用(zuyng)(zuyng)传递到支座,承载力传递到支座,承载力没有很快丧失,荷载可以继续增加,没有很快丧失,荷载可以继续增加,并出现其它斜裂缝。并出现其它斜裂缝。P f剪压破坏shear compression failure剪压破坏(phui)产生条件1.53破坏特点第10页/共79页第十一页,共79页。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,承载力最低;斜压破坏为受压脆性破坏,承载力最大;剪压破坏界于受拉
6、和受压脆性破坏之间。不同破坏形态的原因(yunyn)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。第11页/共79页第十二页,共79页。影响受剪承载力的因素很多,很难综合考虑(kol),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。矩形、T形和工形截面的一般(ybn)受弯构件 Vc=0.7bh ftbh0bh为截面尺寸效应影响系数,当h0 1500mm时,取bh=0.85。上式相当于受均布荷载作用的不同l0/h的简支梁、连续梁试验结果的偏下限,接近斜裂缝开裂荷载,因此当剪力设计值小于该值时,不会产生受剪破坏,同时在使用荷载下一
7、般不会出现斜裂缝。第12页/共79页第十三页,共79页。集中(jzhng)荷载作用下的独立梁 对于(duy)不与楼板整浇的独立梁,在集中荷载下,或同时作用多种荷载,其中集中荷载在支座截面产生的剪力占总剪力的75%以上时,当剪跨比l 3.0,取l=3.0,且支座(zh zu)到计算截面之间均应配置箍筋。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h150的小梁(如过梁、檩条)可采用无腹筋。第13页/共79页第十四页,共79页。第14页/共79页第十五页,共79页。需要说明的是:以上无腹筋梁受剪承载力计算公式仅有理论上的意义。实际(shj)无腹筋梁不允许采用规范不仅给出不配置箍筋
8、和弯起钢筋的一般板类构件的受剪承载力计算公式VVc=0.7bh ftbh0当h0小于800mm时取h0=800mm当h02000mm时取h0=2000mm第15页/共79页第十六页,共79页。裂缝出现前:荷载小,腹筋应力小,其受力性能(xngnng)与无腹筋梁相近。工程中,为了提高(t go)混凝土梁的抗剪能力,防止斜截面破坏,一般梁中都配置有腹筋,(箍筋和弯起钢筋)。与无腹筋梁相比,有腹筋梁斜截面的受力性能和破坏形态有相似之处,也有许多不同的特点。裂缝出现后:与斜裂缝相交的腹筋应力显著增大,直接承担部分剪力。同时限制斜裂缝开展和延伸,增大剪压区面积,提高剪压区抗剪能力和骨料咬合力,防止劈裂裂
9、缝发展,提高销拴作用。有腹筋梁的受剪性能第16页/共79页第十七页,共79页。斜裂缝出现后,梁的剪力传递机构由原来(yunli)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(lgn);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(lgn);箍筋将齿状体混凝土传来的荷载(hzi)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),因此,腹筋将使梁的受剪承载力有较大提高。第17页/共79页第十八页,共79页。如前所述,腹筋虽不能防止裂缝出现,但却能延缓和限制裂缝的
10、开展和延伸。因此(ync),腹筋的配置数量对梁的斜截面破坏形态和受剪承载力有很大的影响。将无腹筋梁和配有箍筋的梁试验比较,有如下结果:由于有很多的影响因素,目前,国内外尚无统一(tngy)的、被普遍认可的、能适用于各种情况的抗剪计算理论和破坏模式。剪跨比配箍率l11 l 3无腹筋斜压破坏剪压破坏斜拉破坏rsv很小斜压破坏剪压破坏斜拉破坏rsv适量斜压破坏剪压破坏剪压破坏rsv很大斜压破坏斜压破坏斜压破坏剪跨比配箍率l11 l 3无腹筋斜压破坏剪压破坏斜拉破坏rsv很小斜压破坏剪压破坏斜拉破坏rsv适量斜压破坏剪压破坏剪压破坏rsv很大斜压破坏斜压破坏斜压破坏第18页/共79页第十九页,共79页
11、。目前,所设定的斜截面破坏机理和提出的计算理论(lln),主要有:拉杆拱模型、平面比拟桁架模型、变角桁架模型、拱-梳状齿模型、极限平衡理论(lln)等。各种理论(lln)计算结果不尽相同,某些模型过于复杂,无法在实际设计中应用。由于剪切破坏问题的复杂性,规范采用的斜截面承载力计算公式是在大量试验的基础上,依据极限平衡理论(lln),采用理论(lln)与经验相结合的方法建立起来的。其基本上保证了构件必需的截面尺寸和必需的配筋用梁,公式形式简单,设计计算方便。公式假定,有腹筋构件的受剪承载力由以下几部分组成:混凝土承担的剪力;箍筋承担的剪力;弯起钢筋承担的剪力;预应力增加的承载力;轴向压力(或拉力
12、)增加(或减少)的承载力。第19页/共79页第二十页,共79页。剪跨比 l 试验表明:对集中(jzhng)荷载作用下的无腹筋梁,l 的影响非常大。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第20页/共79页第二十一页,共79页。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,随l 的不同而变化。l 小,梁受剪承载力取决于混凝土的抗压强度,而fc与fcu差不多成比例增长,梁的受剪承载力随混凝土的强度提高而提高;l 大,梁的受剪承载力不随混凝土的强度提高成比例
13、增大(zn d),因为,斜拉破坏承载力取决于ft,ft与fcu不成比例增长。另外,试验表明,随着混凝土强度的提高(t go),Vu与 ft 近似成正比。混凝土强度(qingd)50100150200250300020406080100120=1.0=1.5=2.0=2.5=3.0fcuV第21页/共79页第二十二页,共79页。纵筋配筋率 试验表明:梁的受剪承载力随纵筋的配筋率s提高而增大(zn d),l 小时,影响较大,l 大时,影响较小。纵筋配筋率s 越大,剪压区面积较大,提高混凝土承受的剪力;s 大,还使纵筋的销栓作用也增加(zngji);增大纵筋面积还可限制斜裂缝的开展,增加(zngji
14、)斜裂缝间的骨料咬合力作用。截面(jimin)形状 T形截面(jimin)有受压翼缘,增加了剪压区的面积,对斜拉破坏和剪压破坏的受剪承载力有提高(约20%),但对斜压破坏的受剪承载力并没有提高。第22页/共79页第二十三页,共79页。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(jio d),削弱了骨料咬合作用。试验表明,在保持参数fc、r、l 相同的情况下,截面尺寸增加4倍,受剪承载力降低5%30%。对于高度较大(jio d)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。加载方式(fngsh)的影响 间接加载,由于荷载传递方式的改变,即
15、荷载通过横梁上部拉应力向支座传递,这样即使在名义剪跨比较小时(xiosh),也会产生斜拉破坏。直接加载间接加载第23页/共79页第二十四页,共79页。箍筋的影响(yngxing)吊住纵筋,延缓了撕裂吊住纵筋,延缓了撕裂(s(s li)li)裂缝的开展,增强了纵筋裂缝的开展,增强了纵筋销栓作用销栓作用VdVd;箍筋控制了斜裂缝(li fng)的开展,增加了剪压区的面积,使Vc增加,骨料咬合力Va也增加;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,箍筋多,其承担的剪力也就越大;VcCcVuTVsvVsb箍筋参与斜截面的受弯,使斜裂缝出现后纵筋应力ss 的增量减小;配置箍筋对斜裂缝开裂荷
16、载没有影响,也不能提高斜压破坏承载力,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。第24页/共79页第二十五页,共79页。梁内配置箍筋的数量(shling),用配箍率sv来反映。sbAsv1Asv1hAsv配置(pizh)在同一截面内的全部箍筋,Asv=n Asv1Asv1 单肢箍筋的截面(jimin)面积n 同一截面箍筋的肢数s 沿构件长度方向箍筋的间距b 截面宽h 截面高第25页/共79页第二十六页,共79页。已知:钢筋混凝土梁沿斜截面(jimin)的主要破坏形态有:斜压破坏、斜拉破坏、剪压破坏。在设计时,对于:
17、斜压破坏采用限制截面(jimin)尺寸的构造措施加以避免;斜拉破坏采用最小配箍率的构造措施来防止;剪压破坏由于发生这种破坏形态时梁的受剪承载力变化幅度较大,必须进行受剪承载力计算。规范采用的基本计算公式就是根据这种破坏形态的受力特征建立的。受弯构件斜截面(jimin)受剪承载力的计算第26页/共79页第二十七页,共79页。假定:梁的斜截面受剪承载力Vu由Vc、Vsv、Vsb三部分(b fen)组成。无弯起钢筋(gngjn)时:Vu 斜截面(jimin)受剪承载力Vc 剪压区混凝土的抗剪能力Vsv与斜裂缝相交的箍筋的抗剪能力Vsb与斜裂缝相交的弯起钢筋的抗剪能力VcCcVuTVsvVsb第27页
18、/共79页第二十八页,共79页。仅配箍筋的矩形(jxng)、T形和工形截面的一般受弯构件仅配箍筋的集中荷载(hzi)作用下的独立梁受剪承载力计算(j sun)一般表达式:集中荷载作用下的独立梁的定义:在集中荷载作用下(包括作用有多种荷载,其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力占总剪力值的75%以上的情况)的独立梁。cssvyvtuVhsAfbhfV=+=007.0第28页/共79页第二十九页,共79页。同时配箍筋和弯起钢筋(gngjn)的矩形、T形和工形截面一般受弯构件同时配箍筋和弯起钢筋的集中(jzhng)荷载作用下的独立梁式中:计算截面的剪跨比,可取=a/h0,a为集中荷载作用点至支
19、座(zh zu)或节点边缘的距离;当3 时,取=3。ft-混凝土的抗拉强度设计值;fyv-箍筋的抗拉强度设计值;Asv-同一截面内箍筋的全部面积;s-沿长度方向的箍筋间距;Asb-同一截面内弯筋的截面积;-弯筋与构件轴线的夹角。钢筋受剪时的取值第29页/共79页第三十页,共79页。同受弯构件正截面计算一样,斜截面受剪计算公式也有一定的适用范围。当配箍率超过一定值后,则在箍筋屈服前,斜压杆混凝土已被压坏,故取斜压破坏(phui)作为受剪承载力的上限。当 时 当 时 当 时 混凝土强度影响系数,当 C50时,取 =1.0;当混凝土强度等级为C80时,取 =0.8;其间按线性内插法取用。为了防止斜压
20、破坏(phui),要求:第30页/共79页第三十一页,共79页。矩形(jxng)截面:hw=h0T型截面:hw=h0 hf 工字形截面:hw=h hf hf ;b矩形(jxng)截面宽、T形和工字形截面的腹板厚。截面的腹板高度,按下图确定:hwhwhw第31页/共79页第三十二页,共79页。当配箍率小于一定值时,斜裂缝出现后,箍筋因不能承担斜裂缝截面混凝土退出工作释放出的拉应力,很快达到屈服,其受剪承载力与无腹筋梁基本相同。当剪跨比较大时,可能产生斜拉破坏(phui)。为防止少筋破坏(phui),当V0.7ftbh0时,配箍率应满足:不进行抗剪计算而按构造(guzo)配置箍筋的情况:一般(yb
21、n)受弯构件:集中荷载作用:第32页/共79页第三十三页,共79页。配箍构造要求:为控制使用荷载下的斜裂缝(li fng)宽度,并保证箍筋穿越每条裂缝(li fng),规范规定了最大箍筋间距和箍筋最小直径。梁高h/mmV0.7ftbh0V0.7ftbh0150h300150200300h500200300500800300400梁高h(mm)箍筋直径(mm)h8006h8008最大箍筋间距(jin j)mm箍筋最小直径(zhjng)第33页/共79页第三十四页,共79页。支座边缘(binyun)截面(1-1);受拉区弯起钢筋弯起点处的截面(2-2);1-1箍筋直径(zhjng)或间距改变处截面
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