项目四钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算选编课件.ppt
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1、项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算本章重点本章重点 掌握受弯构件的斜截面受剪受剪破坏性;掌握斜截面受剪机理及影响受剪承载力的 主要因素;熟练掌握受剪承载力的计算公式与适用范围;熟练掌握斜截面受剪承载力的计算方法;了解保证斜截面受弯承载力的构造措施;了解梁内钢筋的构造要求。项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算u 工程中常见的钢筋混凝土受弯构件,其截面上除了作用有弯矩外,通常还作用有剪力。u 在受弯构件主要承受剪力作用或剪力和弯矩共同作用的区段,通常出现斜裂缝,有可能发生斜截面受剪破坏或斜截面受弯破坏。项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜
2、截面承载力计算u 为防止斜截面受剪破坏,应根据“斜截面受剪承载力”计算结果配置箍筋;当剪力较大时,还可配置弯起钢筋,弯起钢筋一般由梁内纵向钢筋弯起得到。箍筋和弯起钢筋统称为腹筋或横向钢筋,本章主要解决上图所示梁中横向钢筋的配置问题。4.2.1 无腹筋简支梁受剪性能无腹筋梁相对简单,对其研究,可较方便地揭示斜裂缝的形成机理、混凝土的抗剪能力,从而为有腹筋梁的研究奠定基础。项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算a)斜裂缝出现前无腹筋梁的应力状态;(b)截面;(c)换算截面;(d)弯矩图与剪力图;(e)CC截面的应力分布;(f)EE截面的应力分布项目四项目四受弯构件斜截面承载力
3、计算受弯构件斜截面承载力计算由材料力学可知,截面上任一点的正应力和剪应力为:由正应力和剪应力共同作用所形成的主拉应力tp和主压应力cp按下式计算00M yI(4.1)00V SIb(4.2)22tp2422cp24(4.3)12arctan2(4.5)项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算 梁腹部的主拉应力方向是倾斜的,当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时,将出现斜裂缝;但其截面下边缘的主拉应力仍是水平的,故一般首先在下边缘出现垂直裂缝,随后这些垂直裂缝斜向发展,形成弯剪斜裂缝如下图所示:aaPP两类斜剪裂缝弯剪斜裂缝腹剪斜裂缝项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截
4、面承载力计算出现斜裂缝后,梁的应力状态发生了很大变化,即发生了应力重分布。斜裂缝出现后,剪力V仅由斜裂缝上端混凝土残余面承受。同时V和Vc组成的力偶须由Ts和Cc组成的力偶来平衡;斜裂缝出现后,E位置处的纵向钢筋应力则由弯矩MC决定。由于MCME,所以斜裂缝的出现导致裂缝截面钢筋应力的突增。项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算3.无腹筋梁受剪破坏的主要形态1)剪跨比由材料力学可知,梁截面上的正应力和剪应力可分别表示为:12020Mb hVb h120MVh并定义 0MV h称为广义剪跨比,简称剪跨比项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算剪跨比是一个
5、影响斜截面承载力和破坏形态的重要参数;下图所示集中荷载作用下的简支梁,集中荷载F1和F2作用截面的剪跨比可分别表示为:1A11110A00MV aaV hV hh2B22220B00MV aaV hV hh一般地距离支座最近的集中荷载作用截面的剪跨比可表示为0ah(4.10)项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算aF1F3F21a2ABVAVBM1=VAa1M2=VBa2(a)简支梁(b)剪力图(c)弯矩图 0MV h普遍适用的剪跨比计算公式0ah计算距支座最近的集中荷载作用截面的剪跨比项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算2)受剪破坏的主要形态斜截
6、面受剪破坏形态主要与剪跨比有关破坏形态破坏形态 发生条件发生条件破坏特征破坏特征斜压破坏斜压破坏 133随着荷载的增加,一旦裂缝出现,就很快形成临界斜裂缝,承载随着荷载的增加,一旦裂缝出现,就很快形成临界斜裂缝,承载力急剧下降,构件破坏,如图力急剧下降,构件破坏,如图4.6(c)4.6(c)所示。所示。承载力主要取决于混凝土的抗拉强度。脆性显著。承载力主要取决于混凝土的抗拉强度。脆性显著。无腹筋梁斜截面受剪破坏形态项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算FaFaFaFaFaFaa()b()c()(a)斜压破坏(b)剪压破坏(c)斜拉破坏除上述三种主要的破坏形态外,在不同情况
7、下尚有发生其他破坏形态的可能。如集中荷载离支座很近时可能发生纯剪破坏,荷载作用点和支座处可能发生局部受压破坏,以及纵向钢筋的锚固破坏等。项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算4.2.2 有腹筋简支梁受剪性能1.箍筋的作用和箍筋的配筋率u 箍筋的作用 承担剪力,直接提高梁的受剪承载力;抑制斜裂缝的开展,间接提高梁的受剪承载力。具体有三个方 面:一可以增大剪压区面积,提高剪压区混凝土的抗剪能力;二可以提高斜裂缝交界面上骨料的咬合作用;三可以延缓沿纵 向钢筋劈裂裂缝的发展,提高纵向钢筋的销栓作用;参与斜截面受弯,使斜裂缝出现后纵向钢筋应力的增量减小;约束混凝土,提高混凝土的强度
8、和变形能力,改善梁破坏时的 脆性性能;固定纵筋位置,形成钢筋骨架。项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算u 箍筋的配筋率箍筋的配筋率(简称配箍率)sv应按下式计算:配箍率sv是表示沿梁轴线方向单位水平截面面积内所含有的箍筋截面面积,如下图所示:bhsssssvAb配筋截面钢筋骨架与箍筋间距sv1svsvnAAbsbs(4.11)项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算2.有腹筋简支梁的受剪破坏形态破坏形态发生条件破坏特征斜压破坏斜压破坏 133且腹筋配置不过少且腹筋配置不过少随着荷载的增加,首先在梁下边缘出现垂直裂缝,随着荷载的增加,首先在梁下边缘出现
9、垂直裂缝,随后垂直裂缝斜向发展,形成弯剪斜裂缝,其中一条随后垂直裂缝斜向发展,形成弯剪斜裂缝,其中一条发展成临界斜裂缝,接着与临界斜裂缝相交的腹筋屈发展成临界斜裂缝,接着与临界斜裂缝相交的腹筋屈服,最后临界斜裂缝上端剪压区混凝土压坏,梁破坏。服,最后临界斜裂缝上端剪压区混凝土压坏,梁破坏。承载力取决于剪压区混凝土的强度。脆性破坏。承载力取决于剪压区混凝土的强度。脆性破坏。斜拉破坏斜拉破坏 33且腹筋配置又过少且腹筋配置又过少随着荷载的增加,一旦裂缝出现,就很快形成临界随着荷载的增加,一旦裂缝出现,就很快形成临界斜裂缝,与临界斜裂缝相交的腹筋很快屈服甚至被拉斜裂缝,与临界斜裂缝相交的腹筋很快屈服
10、甚至被拉断,承载力急剧下降,构件破坏。断,承载力急剧下降,构件破坏。承载力主要取决于混凝土的抗拉强度。脆性显著。承载力主要取决于混凝土的抗拉强度。脆性显著。有腹筋梁斜截面受剪破坏形态项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算fF 斜压破坏斜压破坏剪压破坏剪压破坏斜拉破坏斜拉破坏斜截面破坏的荷载挠度曲线项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算无腹筋梁在临界斜裂缝形成后,可将基本拱体比拟为受压拱体,纵向钢筋比拟为拉杆。当拱顶混凝土强度不足时,将发生斜拉或剪压破坏;当拱身混凝土的抗压强度不足时,将发生斜压破坏。如下图所示:基 本 拱 体拱 压 力 线拱 拉 杆内
11、 拱无腹筋梁斜截面受剪机理项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算有腹筋梁在临界斜裂缝形成后,通过腹筋将内拱的力直接传递给基本拱体。基本拱体比拟为拱形桁架中的上弦压杆,斜裂缝间的混凝土比拟为拱形桁架中的受压腹杆,腹筋比拟为受拉腹杆,纵向钢筋比拟为受拉下弦杆。当受拉腹杆弱时多数发生斜拉破坏,当受拉腹杆合适时多数发生剪压破坏,当受拉腹杆过强时多数发生斜压破坏。基本拱体受压腹杆受拉下弦杆有腹筋梁斜截面受剪机理项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算4.3.2影响受弯构件受剪承载力的主要因素剪跨比剪跨比 混凝土强度混凝土强度箍筋的配筋率与箍筋强度箍筋的配筋率与箍
12、筋强度纵筋的配筋率纵筋的配筋率 项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算4.4.1基本假定u 假定剪压破坏时,梁的斜截面受剪承载力由剪压区混凝土、箍筋和弯起钢筋三部分承载力组成,忽略纵筋的销栓作用和斜裂缝交界面上骨料的咬合作用,如下图所示:VcsVsbVsvCcVuTs竖向力平衡Y0可得ucsvsbVVVVcscsvVVV项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算4.4.2仅配箍筋梁的斜截面受剪承载力计算公式仅配箍筋梁的斜截面受剪承载力计算公式1.矩形、T形和I形截面的一般受弯构件的计算公式规范规定:矩形、T形和I形截面的一般受弯构件,当仅配置箍筋时的斜截
13、面受剪承载力按下式计算:2.集中荷载作用下独立梁的计算公式svcst0yv01.751sAVf bhfh当3时,取=3svcst0yv00.7sAVf bhfh(4.15)项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算4.4.3既配箍筋又配弯起钢筋梁的斜截面 受剪承载力计算公式弯起钢筋的受剪承载力按下式计算:规范规定:矩形、T形和I形截面的受弯构件,当配置箍筋和弯起钢筋时的斜截面受剪承载力按下式计算:sbyvsbs0.8sinVf A(4.17)csyvsb0.8sinsVVfA(4.18)项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算u 公式的上限截面限制条件为防
14、止斜压破坏和限制梁在使用阶段的裂缝宽度,规范规定:矩形、T形和I形截面的受弯构件,其受剪截面应符合下列条件:当hw/b4时,(4.19a)cc00.25Vf bh当hw/b6时,(4.19b)cc00.2Vf bh当4hw/b0.7ft bh0时,应按计算配置腹筋,且所配箍筋除满足4.7.2节的构造规定外,还应满足箍筋的最小配筋率sv,min要求,见下式:当梁的剪力设计值较小,矩形、T形、I形截面的一般受弯构件满足式(4.21a)或集中荷载作用下的独立梁满足式(4.21b)时,则可不进行斜截面受剪承载力计算,而只需按4.7.2节的构造规定配筋svtsvsv,minyv0.24Afbsf(4.2
15、0)t00.7Vf bht01.751Vf bh(4.21a)(4.21b)项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算1.集中荷载作用下的连续梁与简支梁不同的是,连续梁的剪跨段内存在正弯矩和负弯矩,且有一个反弯点,如下图所示(a)裂缝图;(b)弯矩图;(c)粘结破坏前的受力状况;(d)粘结破坏后的受力状况项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算2.均布荷载作用下的连续梁规范对于均布荷载作用下的一般受弯构件(包括简支梁、连续梁)均采用式(4.15)计算其受剪承载力,配有弯起钢筋时使用式(4.18)计算。(4.16)csyvsb0.8sinsVVfAsvcst
16、0yv00.7sAVf bhfh(4.15)项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算4.4.6 板类受弯构件的斜截面受剪承载力规范规定:对于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应按下式计算式中:h截面高度影响系数;当h0 2000mm时,取h02000mm。uht00.7VVf bh(4.22a)14h08 0 0h(4.22b)项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算4.5.1计算截面的选取选择作用效应大而抗力小或抗力发生突变的截面作为斜截面受剪承载力的计算截面,具体有:支座边缘处的截面(见下图(a),(b)截面1-1);受拉区弯
17、起钢筋弯起点处的截面 (见下图(a)截面2-2、3-3);箍筋截面面积或间距改变处的截面(见下图(b)截面4.4);截面尺寸改变处的截面。项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算(a)支座边缘处和 钢筋弯起点处截面(b)支座边缘处和 钢筋弯起点处截面斜截面受剪承载力剪力设计值的计算截面项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算计算截面处的剪力设计值取法如下:计算支座边缘截面时,取支座边缘截面的剪力设计值。计算第一排(对支座而言)弯起钢筋弯起点处的截面时,取支座边缘截面的剪力设计值;计算以后每一排弯起钢筋弯起点处的截面时,取前一排(对支座而言)弯起钢筋弯起点
18、处截面的剪力设计值。计算箍筋截面面积或间距改变处的截面时,取箍筋截面面积或间距改变处截面的剪力设计值。计算截面尺寸改变处的截面时,取截面尺寸改变处截面的剪力设计值。项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算截面设计通常是指已知内力设计值V(或荷载、跨度等)、截面尺寸、混凝土和钢筋的强度等级,求腹筋,可按下列流程图进行项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算验验算算是是否否需需要要计计算算配配置置腹腹筋筋?受弯构件受剪承载力截面设计流程图仅配箍筋配箍筋及弯起钢筋配箍筋及弯起钢筋仅配箍筋已知:内力设计值V或荷载条件,截面尺寸bh,材料强度等增大截面寸提高混凝土
19、强度等级不满足根据荷载条件求剪力设计值V是按式(4.19)验算截面限制条件满足按式(4.16)计算箍筋Asv/s先选定满足最小配箍率和表4.7要求的箍筋,再按式(4.18)求弯起钢筋Asb先选定弯起钢筋Asb,再按式(4.18)求Vcs是选配弯起钢筋,满足构造要求 结束是是否为一般受弯构件?V集/V总75%验算是否需要计算配置腹筋?V0.7ftbh0否按式(4.15)计算箍筋Asv/s否选配箍筋,并满足表4.7的构造先选定弯起钢筋Asb,再按式(4.18)求Vcs否否sv 0.24ft/fyv是取sv=0.24ft/fyv否选配箍筋,并满足表4.7的构造sv 0.24ft/fyv是取sv=0.
20、24ft/fyv验算是否需要计算配置腹筋?t01.751Vfbh项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算例4.1 某钢筋混凝土矩形截面简支梁,净跨ln=4000mm,如图所示,环境类别一类,安全等级二级。承受均布荷载设计值q=120kN/m(包括自重),混凝土强度等级C25,箍筋为直径8mm的HPB300级钢筋,纵筋为HRB400级钢筋。试配抗剪腹筋(分仅配箍筋和既配箍筋又配弯起钢筋两种情况)。4000240240q2506004 20项目四项目四受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算解:1)确定基本参数。查附表3、4,C25混凝土,c=1.0,ft=1.27N/
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