第六章受彎構(gòu)件斜

1、第六章第六章 受彎構(gòu)件斜截面承載力計算受彎構(gòu)件斜截面承載力計算v由材力,梁中要產(chǎn)生剪應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力,進而產(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)的承載力計算,稱為斜截面承載力計算.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度和抗壓強度，因此，構(gòu)件破壞時延性小，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)計中，要防止斜截面破壞先于正截面受彎破壞，即符合“強剪弱彎”的原則。6.1斜裂

2、縫的形成斜裂縫的形成v如圖簡支梁，作用有兩個對稱的集中荷載,集中荷載之間的BC 段只有彎矩(當忽略自重時)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按上述公式計算所得的主應(yīng)力跡線(實線表示主拉應(yīng)力跡線,虛線表示主壓應(yīng)力跡線)如圖。v 在純彎段(BC 段),因為剪力為零,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,方向為水平方向;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,方向為豎直方向,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。當構(gòu)件承受的剪力較大時，通過計算，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,在試驗研究和理論分析中,經(jīng)常把無腹筋梁(試驗梁仍按構(gòu)造要求配置箍筋,因為少,故不考慮其作用)作為出發(fā)點.v6.2.1 無腹筋梁斜裂縫出現(xiàn)前后的受力特點無腹筋梁斜裂縫出

5、現(xiàn)前后的受力特點v在斜裂縫出現(xiàn)前，剪力基本由全截面混凝土承擔，鋼筋混凝土梁不是勻質(zhì)體,要用材料力學(xué)公式計算其應(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，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。 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，使梁的傳力機制變成了拉桿拱傳力機制。6.2.2剪力傳遞機構(gòu)（略）剪力傳遞機構(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影響無腹筋簡支梁斜截面承載力的主要因素有

6、剪跨比、混凝土強度和縱筋配筋率。v剪跨比=M/(VH)=a/h0越大,彎矩的影響越大,越有可能因抗彎強度不足而破壞,試驗表明,當剪跨比大于6 時,梁通常不會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,越有可能因抗剪強度不足而破壞.試驗表明,當剪跨比小于6 時,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)力的相對大小關(guān)系,進而影響主應(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.混凝土強度混凝土強度v混凝土的強度對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度的增加而增大,但并不是嚴格的線性關(guān)系.試驗表明,無腹筋梁的受剪承載力與混凝土的抗拉

8、強度近似成正比。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度，剪壓破壞也基本取決于混凝土的抗拉強度。只有剪跨比很小時的斜壓破壞采取決于混凝土的抗壓強度，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縱筋對抗剪強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我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的計算公式?jīng)]有考慮縱筋配筋率對抗剪強度的影響。 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，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對無腹筋的一般板類構(gòu)件，考慮到截面高度對承載力的影響顯著，要按下列公式計算斜截面受剪承載力：v式中 h截面高度影響系數(shù),當h0 2000mm時,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，增強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，增強了縱筋的銷栓作用；v4）對混凝土開裂荷載沒有影響，不能提高斜壓破壞的承載力，對大剪跨比情況，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度的乘積與梁斜截面抗剪承載箍筋配筋率和箍筋強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在實際設(shè)計中宜首先選用箍筋,當需要的箍筋較多時，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。當剪跨比較（ 3）大時，會產(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，由箍筋承擔斜截面上的拉應(yīng)力，隨荷載增加，最后達到屈服，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度和截面尺寸，再增加sv對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桁架的弦拉桿和弦壓桿。 v在斜裂縫尚未形成時，剪力主要由混凝土來傳遞，而這時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突然降低，這時與斜裂縫相交的箍筋中的應(yīng)