受弯构件的斜截面承载力解析课件.ppt
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- 构件 截面 承载力 解析 课件
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1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第四章第四章 受弯构件的斜截面承载力受弯构件的斜截面承载力宿迁学院建工系宿迁学院建工系 吕慧慧吕慧慧本章重点本章重点 了解斜截面破坏的主要形态及了解斜截面破坏的主要形态及影响因素;影响因素;掌握受弯构件钢筋的布置、纵筋的弯起、掌握受弯构件钢筋的布置、纵筋的弯起、掌握受弯构件斜截面承载力的计算方法掌握受弯构件斜截面承载力的计算方法 及防止斜压和斜拉破坏的措施及防止斜压和斜拉破坏的措施;截断及锚固等构造措施。截断及锚固等构造措施。4.1概概 述述M=VaM 图+PPaaV=+PV=-PV 图+-在主要承受弯在主要承受弯矩的区段,产生正矩的区段,产生正截面受弯破坏
2、。截面受弯破坏。在剪力和弯矩在剪力和弯矩共同作用的区段,共同作用的区段,则会产生则会产生斜截面受斜截面受剪破坏剪破坏或或斜截面受斜截面受弯破坏弯破坏。第4章 受弯构件的斜截面承载力箍筋箍筋弯起钢筋弯起钢筋腹筋腹筋箍筋布置与梁内主箍筋布置与梁内主拉应力方向一致,拉应力方向一致,可有效地限制斜裂可有效地限制斜裂缝的开展;但从施缝的开展;但从施工考虑,倾斜的箍工考虑,倾斜的箍筋不便绑扎,与纵筋不便绑扎,与纵向钢筋难以形成牢向钢筋难以形成牢固的钢筋骨架,故固的钢筋骨架,故一般都采用竖直箍一般都采用竖直箍筋。筋。第4章 受弯构件的斜截面承载力 弯起钢筋可利用正截面受弯的纵向钢筋直弯起钢筋可利用正截面受弯
3、的纵向钢筋直接弯起而成。接弯起而成。但因其传力较为集中,有可能引但因其传力较为集中,有可能引起弯起处混凝土的劈裂裂缝,起弯起处混凝土的劈裂裂缝,首选箍筋首选箍筋。弯筋。弯筋位置不宜在梁侧边缘,梁底的角筋不能弯起。位置不宜在梁侧边缘,梁底的角筋不能弯起。第4章 受弯构件的斜截面承载力4.2.1 斜裂缝斜裂缝 4.2 斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 第4章 受弯构件的斜截面承载力主应力轨迹线裂缝4.2.1 斜裂缝斜裂缝 4.2 斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 5-12tp2cp24 5-212arctan()2 第4章 受
4、弯构件的斜截面承载力两类主要斜裂缝腹剪斜裂缝弯剪斜裂缝4.2.2 两个基本概念两个基本概念0VhM对集中荷载简支梁对集中荷载简支梁最外侧最外侧的集的集中力到中力到临近临近支座支座的距离的距离a称为称为剪跨剪跨,剪跨剪跨a与梁的与梁的有效高度有效高度h0的比值则称的比值则称为剪跨比为剪跨比1.剪跨比剪跨比剪跨比剪跨比 计算截面的弯矩与该截面的剪力及计算截面的弯矩与该截面的剪力及h0乘积的比值乘积的比值 广义剪跨比广义剪跨比a0ha计算剪跨比计算剪跨比第4章 受弯构件的斜截面承载力 剪跨比是一个无量刚的量,反映了截面上的弯矩与剪跨比是一个无量刚的量,反映了截面上的弯矩与剪力的相对大小,也反映了截面
5、上的正应力与剪应力的剪力的相对大小,也反映了截面上的正应力与剪应力的相对大小相对大小2.配箍率配箍率bsAsvsv sv配箍率;配箍率;Asv同一截面箍筋的截面积,同一截面箍筋的截面积,Asv=n.Asv1b 梁的截面宽度,梁的截面宽度,s箍筋间距,箍筋间距,Asv1单肢箍筋截面积,单肢箍筋截面积,n箍筋肢数箍筋肢数第4章 受弯构件的斜截面承载力sbAsvsvsb第4章 受弯构件的斜截面承载力箍筋的配箍率箍筋的配箍率单肢箍单肢箍n=1双肢箍双肢箍n=2四肢箍四肢箍 n=4sbAnsbAsvsvsv.1第4章 受弯构件的斜截面承载力4.2.3 斜截面受剪破坏的三种主要形态斜截面受剪破坏的三种主要
6、形态1 1、无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态、无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态 与正截面的破坏类似,由于配箍率、剪跨比等因素与正截面的破坏类似,由于配箍率、剪跨比等因素的不同,的不同,梁的斜截面破坏也有多种形态,主要有三种破梁的斜截面破坏也有多种形态,主要有三种破坏形式。坏形式。斜截面破坏的三种主要形态斜截面破坏的三种主要形态1、斜拉破坏斜拉破坏2、剪压破坏、剪压破坏 3、斜压破坏、斜压破坏1)1)、斜拉破坏、斜拉破坏 发生条件发生条件:当剪跨比较大:当剪跨比较大(3)时,常发生这种破坏。时,常发生这种破坏。破坏特点:破坏特点:当垂直裂缝一出现,就迅速向受压区斜向伸当垂直裂缝一出现,就迅速向受压区斜向
7、伸展,斜截面承载力随之丧失。破坏荷载与出现斜裂缝时展,斜截面承载力随之丧失。破坏荷载与出现斜裂缝时的荷载很接近,破坏前变形小,呈明显脆性,其承载力的荷载很接近,破坏前变形小,呈明显脆性,其承载力取决于混凝土的抗拉强度。取决于混凝土的抗拉强度。第4章 受弯构件的斜截面承载力 2)、剪压破坏剪压破坏发生条件:发生条件:一般当剪跨比一般当剪跨比 13时,常发生此种破坏。此时,常发生此种破坏。此破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力共同作用所致。破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力共同作用所致。破坏特征:破坏特征:在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直裂缝在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直裂缝,它们沿竖向延伸一
8、小段长度后,就斜向延伸形成一些斜,它们沿竖向延伸一小段长度后,就斜向延伸形成一些斜裂缝,斜裂缝逐步形成一条贯穿的较宽的主要斜裂缝,称裂缝,斜裂缝逐步形成一条贯穿的较宽的主要斜裂缝,称为为临界斜裂缝临界斜裂缝,临界斜裂缝出现后迅速延伸,使斜截面剪,临界斜裂缝出现后迅速延伸,使斜截面剪压区的高度缩小,最后剪压区混凝土破坏,使斜截面丧失压区的高度缩小,最后剪压区混凝土破坏,使斜截面丧失承载力。承载力。第4章 受弯构件的斜截面承载力 3)、斜压破坏斜压破坏发生条件:发生条件:当剪跨比较小当剪跨比较小(3且且腹筋量少腹筋量少。破坏特点受拉边缘一旦出现斜裂缝便受拉边缘一旦出现斜裂缝便急速发展,构件很快破坏
9、。急速发展,构件很快破坏。第4章 受弯构件的斜截面承载力4.3.1 影响斜截面受剪承载力的主要因素影响斜截面受剪承载力的主要因素1.剪跨比剪跨比 4.3斜截面受剪承载力的计算公式斜截面受剪承载力的计算公式PPaa0.40.30.20.10123450bhfVc斜压剪压斜拉第4章 受弯构件的斜截面承载力2.2.混凝土的强度与纵筋的配筋率混凝土的强度与纵筋的配筋率混凝土的强度提高混凝土的强度提高纵筋配筋率增大纵筋配筋率增大抗剪抗剪承载力提高承载力提高第4章 受弯构件的斜截面承载力3.3.箍筋的配箍率箍筋的配箍率单肢箍单肢箍n=1双肢箍双肢箍n=2四肢箍四肢箍 n=4sbAnsbAsvsvsv.1.
10、1 受剪承载力随配箍率的增大而提高受剪承载力随配箍率的增大而提高第4章 受弯构件的斜截面承载力第4章 受弯构件的斜截面承载力5.5.斜截面上的骨料咬合力斜截面上的骨料咬合力 斜裂缝处的骨料咬合力对无腹筋梁的斜截面受剪承载力影响较大。6.6.截面尺寸和形状截面尺寸和形状第4章 受弯构件的斜截面承载力(1)截面尺寸的影响 有试验表明,在其他参数(混凝土强度、纵筋配筋率、剪跨比)保持不变时,梁高扩大4倍,破坏时的平均剪应力可下降25%30%。对于有腹筋梁,截面尺寸的影响将减小。(2)截面形状的影响 这主要是指T形梁,其翼缘大小对受剪承载力有影响。适当增加翼缘宽度,可提高受剪承载力25%,但翼缘过大,
11、增大作用就趋于平缓。另外,加大梁宽也可提高受剪承载力4.4.2 斜截面受剪承载力的计算公式我国规范目前采用的是半理论半经验的实用计算公式。对于斜压破坏斜压破坏,通常用控制截面的最小尺寸来防止;对于斜拉破坏斜拉破坏,则用满足箍筋的最小配筋率条件及构造要求来防止;对于剪压破坏剪压破坏,因其承载力变化幅度较大,必须通过计算,使构件满足一定的斜截面受剪承载力,从而防止剪压破坏。第4章 受弯构件的斜截面承载力(1)梁发生剪压破坏时,斜截面所承受的剪力设计值由三部分组成,sbscuVVVV(2)梁剪压破坏时,与斜裂缝相交的箍筋和弯起钢筋的拉应力都达到其屈服强度,但要考虑拉应力可能不均匀,特别是靠近剪压区的
12、箍筋有可能达不到屈服强度。为了计算简便,将不计入咬合力和销栓力对受剪承载力的贡献。第4章 受弯构件的斜截面承载力(3)截面尺寸的影响主要对无腹筋的受弯构件,故仅在不配箍筋和弯起钢筋的厚板计算时才予以考虑。(4)剪跨比是影响斜截面承载力的重要因素之一,但为了计算公式应用简便,仅在计算受集中荷载为主的独立梁时才考虑了的影响。第4章 受弯构件的斜截面承载力2 无腹筋梁混凝土剪压区的受剪承载力试验结果与取值 我国我国混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定的受弯构件斜截面受剪承载规定的受弯构件斜截面受剪承载力的计算公式主要是以无腹筋梁的试验结果为基础的。力的计算公式主要是以无腹筋梁的试验结果为基础的。
13、(a)均布荷载作用下;(b)集中荷载作用下00.7ctVf bh01.751ctVf bh第4章 受弯构件的斜截面承载力3 计算公式ucsVV00svcscvtyvAVf bhfhs(2)当配置箍筋和弯起钢筋时,矩形、T形和I形截面受弯构件的斜截面承载力设计值ucssbVVV000.8sin0.8sinsbysbssvucstyvysbsVf AAVf bhfhf As(1)仅配置箍筋的矩形、T形和I形截面受弯构件的斜截面受剪承载力设计值第4章 受弯构件的斜截面承载力01/400.7800uhthVf bhh(3)不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件,其斜截面受剪承载力设计值第4章 受弯构件
14、的斜截面承载力 (1)Vcs由二项组成,前一项csftbh是由混凝土剪压区承担的剪力,后一项fyvAsvsh中大部分是由箍筋承担的剪力,但有小部分属于混凝土的,因为配置箍筋后,箍筋将抑制斜裂缝的开展,从而提高了混凝土剪压区的受剪承载力,但是究竟提高了多少,很难把它从第二项中分离出来,并且也没有必要。因此,应该把Vcs理解为混凝土剪压区与箍筋共同承担的剪力。(2)与1.53.0相对应的cs=0.70.44,这说明当1.5时,均布荷载作用下的无腹筋独立梁,它的受剪承载力比其他梁的低,愈大,降低愈多。(3)现浇混凝土楼盖和装配整体式混凝土楼盖中的主梁虽然主要承受集中荷载,但不是独立梁,所以除吊车梁和
15、试验梁以外,建筑工程中的独立梁是很少见的。4 对计算公式的说明第4章 受弯构件的斜截面承载力(4)试验研究表明,箍筋对受弯构件抗剪性能的提高优于弯起钢筋,故混凝土结构设计规范规定,“混凝土梁宜采用箍筋作为承受剪力的钢筋”,同时考虑到设计与施工的方便,现今建筑工程中的一般梁(除悬臂梁外)、板都已经基本上不再采用弯起钢筋了,但在桥梁工程中,弯起钢筋还是常用的。(5)计算公式(4-11)和式(4-14)都适用于矩形、T形和I形截面,并不说明截面形状对受剪承载力没有影响,只是影响不大。第4章 受弯构件的斜截面承载力3.基本公式的适用范围基本公式的适用范围 v 为了防止斜压破坏,要求:为了防止斜压破坏,
16、要求:当当 时时 /4hb w0cc25.0bhfV/6hb w当当 时时 0cc2.0bhfV当当 时时 /4 6hb w按直线内插法取用c混凝土强度影响系数,当混凝土强度影响系数,当 fcu,k C50时,取时,取 =1.0;c当混凝土强度等级为当混凝土强度等级为C80时,取时,取 =0.8;其间按线;其间按线性内插法取用。性内插法取用。c第4章 受弯构件的斜截面承载力hw截面的腹板高度,按下图确定:截面的腹板高度,按下图确定:hwhwhw第4章 受弯构件的斜截面承载力v 为了防止斜拉破坏,要求:为了防止斜拉破坏,要求:5-12yvtminsv,sv24.0ffsbAsvsvsb第4章 受
17、弯构件的斜截面承载力5.斜截面承载力计算步骤斜截面承载力计算步骤 确定计算截面及其剪力设计值;确定计算截面及其剪力设计值;验算截面尺寸是否足够;验算截面尺寸是否足够;验算是否可以按构造配筋;验算是否可以按构造配筋;当不能按构造配箍筋时,计算腹筋用量;当不能按构造配箍筋时,计算腹筋用量;验算箍筋间距、直径和最小配箍率是否验算箍筋间距、直径和最小配箍率是否 满足要求。满足要求。第4章 受弯构件的斜截面承载力4.3.3 受剪计算斜截面位置受剪计算斜截面位置 支座边缘截面(支座边缘截面(1-11-1););(2)(2)受拉区弯起钢筋弯起点处的截面(受拉区弯起钢筋弯起点处的截面(4-44-4)。)。箍筋
18、直径或间距改变处截面(箍筋直径或间距改变处截面(3-33-3););(4)(4)腹板宽度改变处截面(腹板宽度改变处截面(2-22-2););第4章 受弯构件的斜截面承载力一、设计问题一、设计问题已知:截面尺寸、材料强度、设计剪力。求:腹筋已知:截面尺寸、材料强度、设计剪力。求:腹筋4.3.4 抗剪强度公式的应用抗剪强度公式的应用 具体计算步骤如下:具体计算步骤如下:验算截面限制条件,如不满足应验算截面限制条件,如不满足应?加大截面尺寸。?加大截面尺寸。验算是否需要按计算配筋验算是否需要按计算配筋 如:如:VVc?如满足,按最小配箍率配箍筋且满足构造要求。如满足,按最小配箍率配箍筋且满足构造要求
19、。07.0bhfVt00.175.1bhfVt第4章 受弯构件的斜截面承载力 计算腹筋计算腹筋一般受弯构件一般受弯构件集中荷载作用下的独立梁集中荷载作用下的独立梁007.0hfbhfVsAyvtsv000.175.1hfbhfVsAyvtsv仅配箍筋梁的设计计算仅配箍筋梁的设计计算00svcscvtyvAVf bhfhs第4章 受弯构件的斜截面承载力0.8sincsysbsVVf A s 为为弯起钢筋与构件轴线的夹弯起钢筋与构件轴线的夹角,一般取角,一般取45 60 根据根据Asv/s确定箍筋肢数、直径和间距,并应满足最小配箍确定箍筋肢数、直径和间距,并应满足最小配箍率、箍筋最大间距和箍筋最小
20、直径的要求。率、箍筋最大间距和箍筋最小直径的要求。既配箍筋又配弯起钢筋既配箍筋又配弯起钢筋第4章 受弯构件的斜截面承载力sin8.011ycssbfVVAsin8.022ycssbfVVA规范规范:前一排弯起点至后一排弯终点的距离不应前一排弯起点至后一排弯终点的距离不应大于表中大于表中V0.7ftbh0栏的最大箍筋间距栏的最大箍筋间距smax的规定。的规定。第4章 受弯构件的斜截面承载力 梁中箍筋的最大间距梁中箍筋的最大间距Smax 梁高梁高h/mmV0.7ftbh0V0.7ftbh0150h300150200300h500200300500800300600第4章 受弯构件的斜截面承载力二、
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