第六章受彎構(gòu)件斜.

1、第六章第六章 受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算v由材力,梁中要產(chǎn)生剪應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力,進(jìn)而產(chǎn)生主應(yīng)力(主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力),由于混凝土的抗拉強(qiáng)度低,主拉區(qū)混凝土?xí)谥骼瓚?yīng)力作用下開裂.通常主拉應(yīng)力是斜的,垂直于主拉應(yīng)力方向的裂縫也是斜的,稱為斜斜裂縫裂縫,相關(guān)的承載力計(jì)算,稱為斜截面承載力計(jì)算.v受彎構(gòu)件的抗剪能力很大程度取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，因此，構(gòu)件破壞時(shí)延性小，通常是脆脆性性的，并且斜裂縫產(chǎn)生后構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)很復(fù)雜，傳統(tǒng)勻質(zhì)彈性體中的剪應(yīng)力的平截面假定不再適用。v因此，在受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)中，要防止斜截面破壞先于正截面受彎破壞，即符合“強(qiáng)剪弱彎”的原則。6.1斜裂

2、縫的形成斜裂縫的形成v如圖簡(jiǎn)支梁，作用有兩個(gè)對(duì)稱的集中荷載,集中荷載之間的BC 段只有彎矩(當(dāng)忽略自重時(shí))沒有剪力,稱為純彎段.AB 和CD 段既有彎矩又有剪力,稱為剪彎段. v由于正應(yīng)力和剪應(yīng)力的共同作用,產(chǎn)生主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力,分別為:v主應(yīng)力作用方向與梁縱軸線的夾角為:v各點(diǎn)主應(yīng)力方向連成的曲線稱為主應(yīng)力跡線。v按上述公式計(jì)算所得的主應(yīng)力跡線(實(shí)線表示主拉應(yīng)力跡線,虛線表示主壓應(yīng)力跡線)如圖。v 在純彎段(BC 段),因?yàn)榧袅榱?剪應(yīng)力為零,主應(yīng)力即彎曲正應(yīng)力,方向(與梁縱軸線夾角為零)為水平方向.最大主拉應(yīng)力出現(xiàn)在截面的下緣. v 在彎剪段(AB 和CD 段)主拉應(yīng)力方向有兩種:在受

3、拉區(qū)邊緣,由于剪應(yīng)力為零,主拉應(yīng)力即是彎曲拉應(yīng)力,方向?yàn)樗椒较?在受拉區(qū)的其他位置,既有彎曲正應(yīng)力,又有剪應(yīng)力,主拉應(yīng)力方向是傾斜的.v在彎剪段(AB和CD段), 如果受拉邊緣的主拉應(yīng)力最大,則裂縫將從這里開始,方向?yàn)樨Q直方向,并斜向向上發(fā)展,這樣的斜裂縫稱為彎剪斜裂縫;v對(duì)工字形截面梁,受拉翼緣與腹板(梁肋)交界處,既有較大的彎曲正應(yīng)力,又有較大的剪應(yīng)力,其主拉應(yīng)力有可能大于受拉邊緣的主拉應(yīng)力(彎曲拉應(yīng)力),在這種情況下,斜裂縫將在受拉翼緣與腹板交界處開始出現(xiàn),并斜向向上向下延伸(至受拉邊緣時(shí)變?yōu)樨Q直),這樣的斜裂縫稱為腹剪斜裂縫。v斜裂縫出現(xiàn)后,梁上的應(yīng)力狀態(tài)都發(fā)生了很大變化. v為了防

4、止受彎構(gòu)件沿斜裂縫發(fā)生破壞，除了要求構(gòu)件有合理的截面尺寸外，如圖所示，通常配置一定的箍筋箍筋與縱筋和架立鋼筋組成剛勁的骨架，箍筋的作用是承受主承受主拉應(yīng)力拉應(yīng)力，阻止斜裂縫開展。當(dāng)構(gòu)件承受的剪力較大時(shí)，通過計(jì)算，可以在彎矩較小的區(qū)段把縱筋彎起（稱為彎起鋼筋），或者采用單獨(dú)放置的斜鋼筋（稱為鴨筋）防止斜截面破壞，箍筋和彎起鋼筋統(tǒng)稱為腹筋腹筋。6.2無腹筋梁斜截面受剪性能無腹筋梁斜截面受剪性能v為了探討鋼筋混凝土梁斜截面受剪破壞特性,在試驗(yàn)研究和理論分析中,經(jīng)常把無腹筋梁(試驗(yàn)梁仍按構(gòu)造要求配置箍筋,因?yàn)樯?故不考慮其作用)作為出發(fā)點(diǎn).v6.2.1 無腹筋梁斜裂縫出現(xiàn)前后的受力特點(diǎn)無腹筋梁斜裂縫出

5、現(xiàn)前后的受力特點(diǎn)v在斜裂縫出現(xiàn)前，剪力基本由全截面混凝土承擔(dān)，鋼筋混凝土梁不是勻質(zhì)體,要用材料力學(xué)公式計(jì)算其應(yīng)力,就必須將鋼筋和混凝土這兩種材料換算成同一種材料 ,即用換算截面的方法來計(jì)算。v斜裂縫出現(xiàn)后，梁中應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生很大變化，具體表現(xiàn)在：v1、在斜裂縫出現(xiàn)前，剪力基本由全截面混凝土承擔(dān)，在斜裂縫出現(xiàn)后，剪力主要由斜裂縫頂部混凝土剪壓區(qū)承擔(dān)。 v2、斜裂縫出現(xiàn)后，引起縱筋應(yīng)力顯著增大。v3、梁中應(yīng)力狀態(tài)的變化，使梁的傳力機(jī)制變成了拉桿拱傳力機(jī)制。6.2.2剪力傳遞機(jī)構(gòu)（略）剪力傳遞機(jī)構(gòu)（略）v6.2.3 無腹筋梁斜截面破壞形態(tài)無腹筋梁斜截面破壞形態(tài)v影響無腹筋簡(jiǎn)支梁斜截面承載力的主要因素有

6、剪跨比、混凝土強(qiáng)度和縱筋配筋率。v剪跨比=M/(VH)=a/h0越大,彎矩的影響越大,越有可能因抗彎強(qiáng)度不足而破壞,試驗(yàn)表明,當(dāng)剪跨比大于6 時(shí),梁通常不會(huì)被剪壞而由正截面抗彎控制。v剪跨比越小,剪力的影響越大,越有可能因抗剪強(qiáng)度不足而破壞.試驗(yàn)表明,當(dāng)剪跨比小于6 時(shí),才有可能發(fā)生剪壞(斜截面破壞).v斜截面剪壞又分三種情況:斜拉破壞、斜壓破壞、剪壓破壞。v1、斜壓破壞、斜壓破壞(3)v斜裂縫方向(大致沿支座到集中荷載作用點(diǎn)的連線方向)與梁縱軸線之間的夾角很小,一出現(xiàn)裂縫，就很快形成臨界裂縫，屬受拉脆性破壞。v3剪壓破壞剪壓破壞(13)v斜裂縫出現(xiàn)后，部分荷載通過拱作用傳遞到支座，隨荷載增加

7、，剪彎段還會(huì)出現(xiàn)一些其它斜裂縫，最后其中一條形成臨界斜裂縫。斜裂縫頂端混入在剪應(yīng)力和壓應(yīng)力共通作用下破壞，破壞時(shí)同樣表現(xiàn)為脆性。v剪壓破壞的脆性介于斜拉破壞和斜壓破壞之間。v6.2.4 影響斜截面承載力的主要因素影響斜截面承載力的主要因素v1 剪跨比剪跨比 v剪跨比反映了截面上正應(yīng)力和剪應(yīng)力的相對(duì)大小關(guān)系,進(jìn)而影響主應(yīng)力的大小和方向,影響剪跨區(qū)混凝土的抗 v剪強(qiáng)度,并最終影響梁的受剪承載力和斜截面受剪破壞的形態(tài).v2.混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度v混凝土的強(qiáng)度對(duì)梁受剪承載力有很大影響.無腹筋梁的受剪承載力隨混凝土抗壓強(qiáng)度的增加而增大,但并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系.試驗(yàn)表明,無腹筋梁的受剪承載力與混凝土的抗拉

8、強(qiáng)度近似成正比。v上述三種受剪破壞形態(tài)中，斜拉破壞取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度，剪壓破壞也基本取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度。只有剪跨比很小時(shí)的斜壓破壞采取決于混凝土的抗壓強(qiáng)度，斜壓破壞是抗剪承載力的上限。v3縱筋配筋率縱筋配筋率v縱筋對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響主要是直接在橫截面承受一定剪力起“銷栓” 作用。受剪承載力隨縱筋配筋率的增加而增大。 v我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算公式?jīng)]有考慮縱筋配筋率對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響。 4、截面形狀、截面形狀vT形截面有受壓翼緣，可提高斜拉破壞和剪壓破壞的受剪承載力20%，對(duì)斜壓破壞的受剪承載力沒有提高作用。v5、截面尺寸截面尺寸v對(duì)無腹筋混凝土受彎構(gòu)v件，隨著高度增加，斜v截面上出現(xiàn)的

9、裂縫寬度v加大，裂縫內(nèi)表覆骨料v之間的機(jī)械咬合作用被v削弱，使得接近開裂端v部的開裂區(qū)拉應(yīng)力弱化，v傳遞剪應(yīng)力的能力降低，v構(gòu)件破壞時(shí)，斜截面受 v剪承載力隨著構(gòu)件高度的增加而降低。v6.2.5無腹筋梁的受剪承載力無腹筋梁的受剪承載力v對(duì)于無腹筋受彎構(gòu)件，其受剪承載力為：vVc=chftbh0vc反映剪跨比的影響；反映縱筋配筋率的影響；h截面尺寸的影響。v對(duì)無腹筋的一般板類構(gòu)件，考慮到截面高度對(duì)承載力的影響顯著，要按下列公式計(jì)算斜截面受剪承載力：v式中 h截面高度影響系數(shù),當(dāng)h0 2000mm時(shí),取 h0=2000mm. 6.3有腹筋梁的斜截面抗剪承載力有腹筋梁的斜截面抗剪承載力v6.3.1.

10、箍筋的作用箍筋的作用v主要有：v1）斜裂縫出現(xiàn)后，斜裂縫間的拉應(yīng)力由箍筋承擔(dān)，增強(qiáng)了梁的剪力傳遞能力；v2）箍筋控制了斜裂縫的發(fā)展，增加了剪壓區(qū)的面積；v3）吊住縱筋，延緩了撕裂裂縫的發(fā)展，增強(qiáng)了縱筋的銷栓作用；v4）對(duì)混凝土開裂荷載沒有影響，不能提高斜壓破壞的承載力，對(duì)大剪跨比情況，箍筋配置超過某一限值后，再增加不提高抗剪承載力。v箍筋配筋率和箍筋強(qiáng)度的乘積與梁斜截面抗剪承載箍筋配筋率和箍筋強(qiáng)度的乘積與梁斜截面抗剪承載力之間的關(guān)系力之間的關(guān)系,兩者大致成線性關(guān)系兩者大致成線性關(guān)系. v在實(shí)際設(shè)計(jì)中宜首先選用箍筋,當(dāng)需要的箍筋較多時(shí)，使用彎起鋼筋。v6.3.3斜截面受剪破壞的主要形態(tài)斜截面受剪

11、破壞的主要形態(tài) v有腹筋梁的破壞形態(tài)與剪跨比有關(guān),還與配箍率sv有關(guān)。v配箍率定義為：vA sv 配置在同一截面內(nèi)箍筋各v肢的全截面面積,v式中 sv 箍筋配筋率;vA sv1為單肢箍筋的截面面積; vb構(gòu)件截面肋寬; vs沿構(gòu)件長(zhǎng)度箍筋間距. vA sv = nA sv1 ,n 為在同一截面內(nèi)箍筋的肢數(shù),v1、配箍率、配箍率sv太少太少v斜裂縫一出現(xiàn)箍筋就屈服，受力性能與無腹筋梁類似。當(dāng)剪跨比較（ 3）大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生斜拉破壞。v2、配箍率、配箍率sv適量適量v斜裂縫出現(xiàn)后，由箍筋承擔(dān)斜截面上的拉應(yīng)力，隨荷載增加，最后達(dá)到屈服，最終產(chǎn)生剪壓破壞。 v3、配箍率、配箍率sv太多太多v箍筋屈服前，斜裂縫間混凝土斜壓桿因壓應(yīng)力過大而產(chǎn)升斜壓破壞。受剪承載力取決于混凝土抗壓強(qiáng)度和截面尺寸，再增加sv對(duì)提高抗剪承載力不起作用。 v 6.3.3有腹筋梁的受剪承載力有腹筋梁的受剪承載力v有腹筋梁的剪力傳遞與無腹筋梁不同，可以用桁架拱桁架拱模型描述其受力特征。如圖所示，箍筋和混凝土斜壓桿分別相當(dāng)于桁架模型中的腹拉桿和腹壓桿，縱向受拉鋼筋和在剪壓區(qū)的受壓混凝土分別充當(dāng)桁架的弦拉桿和弦壓桿。 v在斜裂縫尚未形成時(shí)，剪力主要由混凝土來傳遞，而這時(shí)箍筋中的力一般很小。一旦斜裂縫出現(xiàn)，混凝土傳遞剪力的能力會(huì)突然降低，這時(shí)與斜裂縫相交的箍筋中的應(yīng)