钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力计算论文资料.pptx

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1、4.1 概述第1页/共88页受弯构件在荷载作用下，受弯构件在荷载作用下，同时产生弯矩和剪力。同时产生弯矩和剪力。在弯矩区段，产生正截面在弯矩区段，产生正截面受弯破坏，受弯破坏，而在剪力较大的区段，则而在剪力较大的区段，则会产生斜截面受剪破坏。会产生斜截面受剪破坏。一一.梁的内力梁的内力MV第2页/共88页二二.斜裂缝的形成斜裂缝的形成当梁上所施加的荷载较小，斜裂缝出现前，此时钢筋混凝土梁可足够精确地视为线弹性体而按材料力学的公式分析其应力状态。第3页/共88页第4页/共88页 当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂，梁内即有沿主压应力方向（垂直于主拉应力方向）开展的斜裂缝产生，梁有可

2、能沿斜截面发生破坏。梁内可设置抗剪腹筋（箍筋斜筋）来防止斜截面破坏发生。第5页/共88页腹剪斜裂缝腹剪斜裂缝弯剪斜裂缝弯剪斜裂缝首先出一些较短的垂直裂缝，然后延伸成斜裂缝，向集中荷载作用点发展，这种由垂直裂缝引伸而成的斜裂缝的总体，沿主压应力迹线产生腹部的斜裂缝第6页/共88页第7页/共88页三三.两个名词两个名词 剪跨比MVaah0aa剪跨（剪力跨度）剪跨（剪力跨度）第8页/共88页第9页/共88页配箍率s s IIsbI-IAsv1n=2第10页/共88页4.2 受弯构件斜截面的受力性能第11页/共88页无腹筋梁的受力破坏特征无腹筋梁的受力破坏特征u随着剪跨比 的变化，无腹筋梁可能发生斜拉

3、、斜压和剪压三种沿斜截面的破坏形态。一.斜拉破坏当剪跨比 33 时可能发生。第12页/共88页破坏特征破坏特征 剪跨比 较大，主压应力角度较小。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。斜拉传力机构，取决于混凝土的抗拉强度，故承载能力很低。P f斜拉破坏斜拉破坏第13页/共88页无腹筋斜拉破坏试验录像无腹筋斜拉破坏试验录像第14页/共88页二.剪压破坏剪跨比剪跨比 时可能会发生。时可能会发生。P f剪压破坏剪压破坏第15页/共88页 破坏特征破坏特征 弯剪斜裂缝不只一条，当荷载增加到某一值时，几条

4、弯 剪裂缝形成一条主要的斜裂缝(临界斜裂缝)临界斜裂缝出现后，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。最后，上端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。承载能力取决于混凝土的复合应力下（剪压）的强度。第16页/共88页无腹筋剪压破坏试验录像无腹筋剪压破坏试验录像第17页/共88页 剪跨比剪跨比 时可能会发生。时可能会发生。三三.斜压破坏斜压破坏P f斜压破坏斜压破坏第18页/共88页 破坏特征 梁腹部出现若干大体平行的斜裂缝。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，故承载 能力很高。第19页/共88页无腹筋斜

5、压破坏试验录像无腹筋斜压破坏试验录像第20页/共88页无腹筋梁的受剪破坏都是脆性无腹筋梁的受剪破坏都是脆性破坏。破坏。斜拉破坏为受拉脆性破坏，斜拉破坏为受拉脆性破坏，脆性性质最显著；脆性性质最显著；斜压破坏为受压脆性破坏；斜压破坏为受压脆性破坏；剪压破坏界于受拉和受压脆剪压破坏界于受拉和受压脆性破坏之间。性破坏之间。不同破坏形态的原因主要是由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于传力路径的变化引起应力状态的不同而产生的。态的不同而产生的。第21页/共88页有腹筋梁的受力破坏特征一.梁内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

6、了剪压区的面积，骨料咬合力Va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Vd；箍筋参与斜截面的受弯，使斜裂缝出现后纵筋应力s ss的增量减小；u直接参与抗剪，使传力机制发生变化。但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；对较大剪跨比情况，箍筋配置如果超过某一限值，则产生斜压破坏，继续增加箍筋没有作用。第22页/共88页VcVaVdVP纵筋销栓作用纵筋销栓作用骨料咬合作用骨料咬合作用第23页/共88页二二.破坏形态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和和配箍率配箍率r

7、 rsv剪跨比 配箍率l3无腹筋斜压破坏剪压破坏斜拉破坏sv很小斜压破坏剪压破坏斜拉破坏sv适量斜压破坏剪压破坏剪压破坏sv很大斜压破坏斜压破坏斜压破坏 随剪跨比和配箍率的变化，有腹筋梁同样可能发生随剪跨比和配箍率的变化，有腹筋梁同样可能发生 斜拉、斜压斜拉、斜压和和剪压剪压三种沿斜截面的破坏形态。三种沿斜截面的破坏形态。斜拉破坏：斜拉破坏：剪跨比较大且配箍率较小时会发生。剪跨比较大且配箍率较小时会发生。通过构造要通过构造要 求来避免。求来避免。剪压破坏：剪压破坏：剪跨比和配箍率均较适中时会发生，破坏时与斜裂缝剪跨比和配箍率均较适中时会发生，破坏时与斜裂缝 相交的箍筋一般能达到屈服。相交的箍筋

8、一般能达到屈服。通过计算来避免。通过计算来避免。斜压破坏：斜压破坏：剪跨比较小或配箍率均过大时会发生，破坏时与斜裂缝剪跨比较小或配箍率均过大时会发生，破坏时与斜裂缝 相交的箍筋不能达到屈服。相交的箍筋不能达到屈服。通过构造要求来避免。通过构造要求来避免。第24页/共88页以上的三种剪切破坏形态，就它们的抗剪承载力而言，对同样的构件，斜拉破坏最低，剪压破坏较高，斜压破坏最高，但就破坏性质而言，均属脆性破坏，其中斜拉破坏脆性最突然，斜压破坏次之，剪压破坏稍好，因此对于受弯构件，应尽可能设计成强剪弱弯，即若梁破坏，应尽可能使构件发生正截面破坏。受弯构件沿斜截面除了可能发生上述三种剪切破坏外，还可能发

9、生沿斜截面的抗弯破坏，这种破坏亦通过构造要求来避免。第25页/共88页三三.无腹筋梁和有腹筋梁的传力机构无腹筋梁和有腹筋梁的传力机构无腹筋梁拉杆拱无腹筋梁拉杆拱第26页/共88页有腹筋梁桁架机构有腹筋梁桁架机构第27页/共88页有腹筋梁的传力机构桁架机构的组成有腹筋梁的传力机构桁架机构的组成 缝上部及受压区混凝土相当于受压弦杆；梁中配置箍筋，出现斜裂缝后，梁的剪力传递机构由原来无 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；临界斜裂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

10、缝间的骨料咬合作用，还将一部分荷载传递到支座（拱 作用）第28页/共88页影响受弯构件抗剪承载力的主要因素一.剪跨比l 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 l 大，荷载主要依靠拉应力传递到支座 剪跨比l l 小，荷载主要依靠压应力传递到支座第29页/共88页剪跨比0bhfVtc(a)集中荷载第30页/共88页第31页/共88页三.混凝土强度等级 剪切破坏是由于剪压区应力达到复合应力（剪压）状态下强度而发生的，故混凝土强度对受剪承载力有很大影响。试验表明，随着混凝土强度的提高，Vu与ft 近似成正比。事实上，斜拉破坏取决于ft，剪压破坏也基本取决于ft，只有在剪跨比很小

11、时的斜压破坏取决于fc。而斜压破坏可认为是受剪承载力的上限。第32页/共88页第33页/共88页三.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，并使纵筋的销栓作用也增加。同时，增大纵筋面积还可限制斜裂缝的开展，增加斜裂缝间的骨料咬合力作用。第34页/共88页四.箍筋的配筋强度0bhfVtu=3.0=1.5svfsv 在一定范围之内，随箍筋配筋强度的增大，梁的抗剪在一定范围之内，随箍筋配筋强度的增大，梁的抗剪 承载能力不断提高。承载能力不断提高。第35页/共88页五.预应力的影响对构件施加预应力，在一定范围内可以提高构件的抗剪承载能力。第36页/共88页4.3 受弯构件斜截面抗剪

12、 承载能力设计计算第37页/共88页一一.基本假定基本假定 前已述及，受弯构件沿斜截面可能发生斜拉、斜压及剪压三前已述及，受弯构件沿斜截面可能发生斜拉、斜压及剪压三 种剪截破坏形态，而斜拉、斜压破坏将通过构造要求来予以种剪截破坏形态，而斜拉、斜压破坏将通过构造要求来予以 避免，剪压破坏则通过计算来避免。因此，下面的计算公式避免，剪压破坏则通过计算来避免。因此，下面的计算公式 是用来计算剪压破坏时斜截面承载能力的。是用来计算剪压破坏时斜截面承载能力的。影响受剪承载力的因素很多，很难综合考虑，而且受剪破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。坏都是脆性的。规范规范是根据大

13、量的试验结果，取具有一是根据大量的试验结果，取具有一 定可靠度定可靠度（95%）的偏下限的偏下限经验公式经验公式来计算受弯构件抗剪承来计算受弯构件抗剪承 载力。载力。第38页/共88页基本假定根据梁的剪压破坏特征，建立以下的基本假定：1.忽略斜裂缝结合面上骨料咬合力以及纵筋销栓作用的抗剪能力，假定斜截面的抗剪承载力 Vu由剪压区混凝土、箍筋和弯起钢筋三者提供，即：Vu=Vc+Vsv+Vsb2.梁沿斜截面发生剪压破坏时，假定与斜裂缝相交的箍筋与斜筋均达到其屈服强度，但考虑其应力不均匀的影响。第39页/共88页VcVuDcrh0a斜裂缝水平投影长度斜裂缝水平投影长度ssc计算简图计算简图第40页/

14、共88页混凝土结构设计规范(GB50010-2002)二二.计算公式计算公式第41页/共88页规范公式：根据无腹筋梁抗剪的实验数据点，满足目标可靠度指标=3.7,取偏下线作为斜截面承载力的计算公式。1.无腹筋梁受剪承载力计算公式均布荷载作用下：Vc0.7ftbh0第42页/共88页集中荷载作用下：式中Vc无腹筋梁受剪承载力设计值计算剪跨比,1.53a集中荷载作用点至支座边缘的距离0tc1.75bhfV+1.0=第43页/共88页不配箍筋的板类构件（无腹筋）：不配箍筋的板类构件（无腹筋）：其中：截面高度影响系数：，取；，取第44页/共88页2.2.有腹筋梁受剪承载力计算公式有腹筋梁受剪承载力计算

15、公式只适用于剪压破坏的情况第45页/共88页2.1 2.1 仅配有箍筋的梁仅配有箍筋的梁规范公式是以剪压破坏的受力特征作为建立计算公式的基础：VcsVc+Vsv式中：Vsv 配有箍筋梁的抗剪承载力的提高部分。VCS/bh0 与t 及 之间存在着线性关系，即有：VCS/bh0ct s v s v y v 变成无量纲形式 相对名义剪应力配箍系数待定系数，与截面形式、荷载情况有关第46页/共88页矩形、矩形、T T形和形和I I形截面一般受弯构件形截面一般受弯构件写成极限状态设计表达式为：本公式适用于矩形、T形、工字形截面简支梁、连续梁、约束梁等一般受弯构件第47页/共88页受集中荷载为主的矩形、受

16、集中荷载为主的矩形、T形和形和I形独立梁形独立梁受集中荷载为主受集中荷载为主指受不同荷载形式时，集中荷载在支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况。独立梁独立梁不与楼板整体现浇的梁，包括简支梁、连续梁、约束梁注意：取计算剪跨比，a 为计算截面到支座截面或节点边缘的距离第48页/共88页a 取值示意截面宽度b取值bbb第49页/共88页2.2 2.2 配有箍筋和弯起钢筋的梁配有箍筋和弯起钢筋的梁弯筋的抗剪承载力：0.8应力不均匀系数弯筋与梁纵轴的夹角，一般取45，h800mm时取60Vsb=fyAsbsinAsb配置在同一弯起平面内的弯起钢筋的截面面积VuVcs+VsbVuV

17、cVsvVsb受剪承载力的组成0.8第50页/共88页弯终点弯起点弯起筋纵筋箍筋架立筋ash0ssb120220120220第51页/共88页1、矩形、矩形、T T形和形和I I形截面一般受弯构件形截面一般受弯构件（一般情况）（一般情况）2、受集中荷载为主的矩形、受集中荷载为主的矩形、T形和形和I形独立梁形独立梁(特殊情况)计算截面剪跨比，a/h0，1.53.0第52页/共88页2.3 2.3 公式的适用范围当配箍系数svyvt1.2或配箍率sv1.2 tyv时继续增加箍筋用量，梁的斜截面受剪承载力几乎不再提高破坏时，剪压区砼被压碎，箍筋应力达不到屈服强度，即发生斜压破坏，将配箍率sv1.2

18、tyv代入公式综合取0.25ccbh0为有腹筋梁斜截面受剪承载力的上限值相应的配箍率称为最大配箍率，即第53页/共88页限制sv,max 上限值：最大配箍率及最小截面尺寸防止斜压破坏限制最小截面尺寸。一般梁薄腹梁V 0.25cfcbh0V 0.2cfcbh0规范取值第54页/共88页hw的取值：h0h0h0hfhwhhfhfhw(a)hw=h0(b)hw=h0hf(c)hw=h0hfhfc砼强度影响系数，当砼强度等级C50，c1.0；CC80，c0.8，其间内插。第55页/共88页下限值：最小配箍率及构造配箍条件1、矩形、矩形、T T形和形和I I形截面一般受弯构件形截面一般受弯构件（一般情况

19、）（一般情况）2、受集中荷载为主的矩形、受集中荷载为主的矩形、T形和形和I形独立梁形独立梁(特殊情况)(1)当满足以下条件时：不计算配箍，但应按构造配箍第56页/共88页箍筋最大间距SmaxP107表4-3箍筋最小直径dminP107表4-2最小配箍率限值sv,min，Smax防止斜拉破坏(2)当V0.7ftbh0时第57页/共88页公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)第58页/共88页1.斜截面抗剪承载能力Vu混凝土的抗剪承载力混凝土的抗剪承载力Vc c第59页/共88页fcukbh0Vc剪跨比第60页/共88页箍筋的抗剪承载力箍筋的抗剪承载力Vsvsv第61

20、页/共88页混凝土和箍筋的共同抗剪承载力混凝土和箍筋的共同抗剪承载力Vcscs第62页/共88页Vc、Vsv、VcsVsvVcVcs=Vc+Vsvl ll lcr第63页/共88页第64页/共88页 斜筋的抗剪承载力斜筋的抗剪承载力Vsbsb 受弯构件斜截面的抗剪承载力受弯构件斜截面的抗剪承载力Vu u第65页/共88页2.2.规范规范设计公式设计公式2.12.1基本公式第66页/共88页2.2 2.2 适用条件（1 1）承载能力的上限值截面尺寸校核，防止斜压破坏u当不满足下式时，表示截面尺寸偏小，需加大截面尺寸。（2 2）承载能力的下限值按构造要求配箍的条件u当满足下式时，表示可按构造要求配

21、置箍筋。第67页/共88页第68页/共88页三三.斜截面承载力的计算位置及剪力取值斜截面承载力的计算位置及剪力取值剪力作用效应沿梁长是变化的，截面的抗剪能力沿梁长也是变化的。在剪力或抗剪能力变化处应该计算。1、确定计算位置原则：第69页/共88页 下列各个斜截面都应分别计算受剪承载力：（1）支座边缘的斜截面（见下图的截面1-1）第70页/共88页 （2）箍筋直径或间距改变处的斜截面（见下图的截面4-4）；第71页/共88页 （3）弯起钢筋弯起点处的斜截面第72页/共88页（4）腹板宽度或截面高度改变处的斜截面5-5v截面高度改变处；v集中荷载作用处。特殊情况的：第73页/共88页以上这些斜截面

22、都是受剪承载力较薄弱之处，计算时应取这些斜截面范围内的最大剪力，即取斜截面起始端处的剪力作为计算的外剪力。2.剪力设计值取值：第74页/共88页四四.受弯构件斜截面承载力的计算步骤受弯构件斜截面承载力的计算步骤一般由正截面承载力确定截面尺寸bh，纵筋数量As，然后由斜截面受剪承载力确定箍筋或弯筋的数量。截面设计步骤：2、验算截面尺寸：已知b、h0、t、yv、y；V；求nAsv1，S，Asb。V 0.25cfcbh0V 0.2cfcbh0如不满足要求时，则应加大截面尺寸或提高砼强度等级。1求内力，绘制剪力图；第75页/共88页3、验算可否构造配箍可构造配箍满足箍筋直径与间距要求当V 0.7ft

23、b h0时否则，按计算公式确定腹筋只配箍筋同时配箍筋和弯起钢筋一般情况特殊情况4、计算腹筋第76页/共88页（1）只配箍筋而不配弯起钢筋a)求出配箍率svb)选定箍筋肢数和直径c)确定间距sv,min=0.24ft/fyvd dmin注意：设计配筋结果应满足构造要求第77页/共88页（2）、同时配箍筋与弯起钢筋先选定箍筋用量（n、d、s）应满足构造要求 sbcsVVV+cssbVVV-先根据纵向钢筋造配弯起筋Asb sbcsVVV+sin.8.0ysbsbcsfAVVVV-=-再确定箍筋用量。方法1再确定弯起钢筋求出Asb方法2满足最小箍筋直径与间距及最小配箍率要求第78页/共88页注意：当有

24、弯起筋时，如何取剪力设计值计算第一排弯起筋：取支座边剪力验算如需要第二排，取前一排弯起筋弯起点处的剪力，且两排之间间距Smax第79页/共88页五五.构造要求构造要求伸入支座的纵向受力筋根数21、简支梁（1）.V0.7tbh0：las5d（2）.V0.7tbh0：1）光面钢筋las15d2）带肋钢筋las12d；否则应采取专门锚固措施2、简支板las5d（1）纵筋在支座处的锚固第80页/共88页3、连续梁及框架梁纵筋伸入长度应满足如图所示要求：上部纵筋穿过支座，下部纵筋伸过中心线及伸入长度不少于las（1）计算中不利用其强度las同简支梁要求（且按V0.7tbh0）（2）计算中利用其抗压las

25、0.7la，la见P277，附表11（3）计算中利用其抗拉强度直线锚固：lasla,90弯折锚固：水平段la；垂直段15d。（4）下部纵向钢筋也可伸过节点或支座范围，并在梁中弯矩较小处设置搭接接头。中间支座纵筋的锚固中间支座纵筋的锚固第81页/共88页（三）、弯起钢筋的锚固弯终点外应留有锚固长度：10d（受压区）；20d（受拉区）45（h700）或60（h700）可采用图所示的鸭筋，不能采用浮筋，因浮筋在受拉区只有一小段水平长度，锚固不如两端均锚在压区可靠。弯起钢筋的锚固弯起钢筋的锚固第82页/共88页1、级别、形式和肢数级别：HRB335、HRB400形式：封闭式；开口式。肢数：单肢（n=1

26、），双肢（n=2），四肢等。梁内一般采用双肢；当梁宽b350mm，n=2；当梁宽b350，或纵向受拉（压）钢筋在一排中多于5 （3）根时，应采用四肢或其它形式的复合箍筋；当梁宽b150mm，可采用单肢箍。封闭式封闭式开口式开口式图图4-27 4-27 箍筋的肢数箍筋的肢数 n1 n2 n4四、箍筋的构造要求第83页/共88页2、箍筋的直径骨架的刚性便于制成安装d min，见P96。3、间距 S maxSmax应符合表4-1要求当梁中有受压计算纵筋时，同时要求S max15d（绑扎）或20d（焊接）及400mm，并做成封闭式。当梁中一排内的纵向受压钢筋多于5根且d18mm时，S max10d。4

27、、布置由计算确定（或构造）；h300，沿梁全长设置；h=150300时，可仅在构件端部各l0/4范围内设置，但当在构件跨内有集中荷载作用时，则应全梁长布置；h150mm时，可不设。第84页/共88页本章小结本章小结钢筋混凝土受弯构件斜截面受力性能；钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力设计计算；构造要求；钢筋混凝土受弯构件抗剪设计理论评述l问题的复杂性；l设计理论的经验性；l不同规范设计公式的比较；l将来可能的发展方向。第85页/共88页建筑工程与桥涵工程受弯构件抗剪设计公式的比较建筑工程与桥涵工程受弯构件抗剪设计公式的比较建筑工程建筑工程桥涵工程桥涵工程计计 算算 公公 式式截面尺寸应截面尺寸应

28、满足的条件满足的条件 构造配箍条件构造配箍条件当hw/b4时，V0.25cfcbh0当hw/b6时，V0.20cfcbh0当hw/b在46之间时，按线性内插第86页/共88页建筑工程桥涵工程箍筋构造要求最小箍筋直径h800mm时，d6mmh800mm时，d8mmd8mm8mm，d主筋直径/4/4最小箍筋间距梁 高(mm)V0.7ftbh0V0.7ftbh0无受压筋时：Sh/2,S400mm有压筋时：S15d,S400mm150300150200300500200300500800250350800300500最小配箍率R235:0.18HRB335:0.120.24ft/fyv第87页/共88页感谢您的观看。第88页/共88页