受弯构件斜截面承载力.ppt

第六章 受弯构件斜截面承载力,受弯构件在荷载作用下，同时产生弯矩和剪力。在弯矩区段，产生正截面受弯破坏，而在剪力较大的区段，则会产生斜截面受剪破坏。“强剪弱弯”,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.1 概述,6.1 概述,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.1 概述,6.1.1 斜截面承载力 包括斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力。,6.1.2 对斜截面承载力有影响的两个参数,剪跨比,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.1 概述,如：,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.1 概述,对集中荷载简支梁,剪跨比实质上反映了截面上正应力和剪应力的相对关系，因而也就决定了该截面上任一点主应力的大小和方向，影响着梁的破坏形态和受剪承载力。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.1 概述,对均布荷载简支梁,均布荷载作用下的简支梁，剪跨比与跨高比成正比，可用跨高比来反映梁斜截面的破坏形态和受剪承载力。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.1 概述,配箍率sv,6.1.3 斜裂缝的形成 Formation of Diagonal Cracks,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.1 概述,弯剪斜裂缝,第六章 受弯构件斜截面承载力,常出现于实腹矩形截面或剪跨比较大的梁特征：裂缝宽度下宽上细,6.1 概述,腹剪斜裂缝,第六章 受弯构件斜截面承载力,常出现于薄腹梁或剪跨比较小的梁特征：裂缝中部宽，两头细，呈枣核状,6.1 概述,弯剪斜裂缝,腹剪斜裂缝,箍筋,弯起钢筋,腹筋,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.1 概述,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 受弯构件斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,6.2.1 无腹筋梁的受剪性能,受剪承载力的组成,斜裂缝顶部截面处外剪力：V外弯矩：M=Va抗力：Vc、Cc、Ts、Vd、Va,斜裂缝出现后，受剪面积的减小使受压区混凝土剪力增大(剪压区),第六章 受弯构件斜截面承载力,受力特点,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,斜裂缝出现后，受剪面积的减小使受压区混凝土剪力增大(剪压区),斜裂缝出现前，支座附近截面a-a的钢筋应力ss与Ma成正比；,第六章 受弯构件斜截面承载力,受力特点,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,斜裂缝出现后，受剪面积的减小使受压区混凝土剪力增大(剪压区),斜裂缝出现前，支座附近截面a-a的钢筋应力ss与Ma成正比,斜裂缝出现后，截面a-a 的钢筋应力ss取决于临界斜裂缝顶点截面b-b处的Mb，即与Mb成正比。因此，斜裂缝出现使支座附近的ss与跨中截面的ss相近，这对纵筋的锚固提出更高的要求。同时，销栓作用Vd使纵筋周围的混凝土产生撕裂裂缝，削弱混凝土对纵筋的锚固作用。,第六章 受弯构件斜截面承载力,受力特点,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,受剪破坏形态,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,录像,录像,录像,斜压破坏,剪跨比很小，拱作用很大。荷载主要通过拱作用传递到支座。主压应力的方向沿支座与荷载作用点的连线。最后拱上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。,斜压破坏diagonal pression failure,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,录像,最后，拱顶处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。部分拱作用，部分斜拉传递，取决于混凝土的复合应力下（剪压）的强度。,剪压破坏,剪跨比较小，有一定拱作用 斜裂缝出现后，部分荷载通过拱作用传递到支座，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。,剪压破坏shear pression failure,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,录像,斜拉破坏,剪跨比l 较大，主压应力角度较小，拱作用较小。剪力主要依靠拉应力（梁作用）传递到支座，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。,斜拉破坏diagonal tension failure,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,录像,无腹筋梁的受剪破坏都是脆性的斜拉破坏为受拉脆性破坏，脆性性质最显著；斜压破坏为受压脆性破坏；剪压破坏界于受拉和受压脆性破坏之间。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态的不同而产生的。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,计算模式,拉杆拱传力机制,无腹筋梁的传力体系可比拟为一个拉杆拱，斜裂缝顶部的残余截面为拱顶，纵筋为拉杆，基本拱体为拱体，梁的其余部分不参与力的传递。参见教材159页图5-7。,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,6.2.2 有腹筋梁的受剪性能,第六章 受弯构件斜截面承载力,受剪承载力的组成,斜裂缝顶部截面处外剪力：V外弯矩：M=Va抗力：Vc、Cc、Ts、Vd、Va、Vsv、Vsb,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,受力特点,开裂前，与无腹筋梁的受力性能相近；开裂后，腹筋应力显著增大，直接承担部分剪力；腹筋限制裂缝的开展，增大剪压区面积，提高剪压区抗剪能力；腹筋能提高骨料咬合作用，提高纵筋销栓作用。,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,影响有腹筋梁破坏形态的主要因素有剪跨比l,和配箍率rsv,第六章 受弯构件斜截面承载力,受剪破坏形态,斜压破坏,破坏特征：剪压区混凝土被压碎，而箍筋尚未屈服。特 点：梁的受剪承载力取决于构件的截面尺寸和混凝土强 度，抗剪能力较大，但脆性较大，工程中不允许出 现。预防措施：控制最大配箍率或控制构件的最小截面尺寸。,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,受剪破坏形态,破坏特征：破坏时箍筋屈服，剪压区混凝土被压碎。特 点：梁的受剪承载力即取决于配箍量，又取决于构件的 截面尺寸和混凝土强 度，抗剪能力适中，脆性性质 有所缓和。预防措施：通过合理的设计。,剪压破坏,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,受剪破坏形态,破坏特征：斜裂缝一出现，箍筋即达到屈服，箍筋对斜裂缝开展 的约束作用不复存在，相当于无腹筋梁。特 点：梁的受剪承载力取决于混凝土的抗拉强 度，抗剪能 力小，属于脆性破坏。预防措施：控制最小配箍率，并满足最小直径、最大间距的构造 要求。,斜拉破坏,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,计算模式,拱形桁架模型,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,6.2.3 影响斜截面受剪承载力的因素,剪跨比l 剪跨比l 大，荷载主要依靠拉应力传递到支座 剪跨比l 小，荷载主要依靠压应力传递到支座 随着剪跨比的增加，梁的破坏形态按斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏的顺序变化，其受剪承载力则逐渐减弱。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,混凝土强度 当剪跨比一定时，梁的受剪承载力随混凝土强度的提高而增大；斜压破坏的受剪承载力取决于混凝土的抗压强度；剪压破坏的受剪承载力取决于混凝土的压剪复合受力强度；斜拉破坏的受剪承载力取决于混凝土的抗拉强度。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,纵筋配筋率纵筋配筋率的提高可提高梁的抗剪能力。箍筋配箍率及箍筋强度梁的斜截面受剪承载力随配箍率与箍筋强度的乘积的增大而提高，两者呈线性关系。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.2 斜截面受剪的破坏形态和破坏机理,截面形状T形截面有受压翼缘，增加了剪压区的面积，对斜拉破坏和剪压破坏的受剪承载力有提高（20%），但对斜压破坏的受剪承载力并没有提高。尺寸效应梁高度很大时，撕裂裂缝比较明显，销栓作用大大降低，斜裂缝宽度也较大，削弱了骨料咬合作用。试验表明，在保持参数fc、r、l 相同的情况下，截面尺寸增加4倍，受剪承载力降低25%30%。对于高度较大的梁，配置梁腹纵筋，可控制斜裂缝的开展。配置腹筋后，尺寸效应的影响减小。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,6.3.1 计算原理,混凝土结构设计规范的受剪承载力计算公式是依据 剪压破坏特征建立的。,基本假定：略去纵筋数量对受剪承载力的影响；略去钢筋销栓力Vd和骨料咬合力Va，则对于配有箍筋和弯起钢筋的简支梁，斜截面上的抗剪力V=Vc+Vsv+Vsb；剪压破坏时，与斜裂缝相交的箍筋和弯起钢筋均屈服；承受集中荷载为主的矩形截面独立梁应考虑剪跨比的影响。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3.2 计算公式,无腹筋梁斜截面受剪承载力,不配置箍筋和弯起钢筋的一般单向板类构件的受剪承载力计算公式,Vc=0.7bh ftbh0,当h0小于800mm时取h0=800mm当h02000mm时取h0=2000mm,注：斜截面破坏具有明显的脆性，规范规定，只有截面高度小于150mm的小梁，才允许使用无腹筋梁。,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,第六章 受弯构件斜截面承载力,仅配置箍筋梁的斜截面受剪承载力,矩形、T形和工形截面的一般受弯构件,只要确定了、，受剪承载力公式即可确定。,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,矩形、T形和工形截面的一般受弯构件,第六章 受弯构件斜截面承载力,根据试验曲线，得。,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,第六章 受弯构件斜截面承载力,集中荷载作用下的独立梁,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,矩形、T形和工形截面的一般受弯构件,集中荷载作用下的独立梁,第六章 受弯构件斜截面承载力,注：为计算截面的剪跨比 3时，取=3,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,矩形、T形和工形截面的一般受弯构件,集中荷载作用下的独立梁,第六章 受弯构件斜截面承载力,配有箍筋和弯起钢筋梁的斜截面受剪承载力,为弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。一般为45,当梁高大于800mm时，一般为60。,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,截面限制条件为防止斜压破坏，箍筋不能配得太多，或者说截面尺寸不能太小，规范规定：,bc为高强混凝土的强度折减系数，当fcu,k 50N/mm2时，bc=1.0，当fcu,k=80N/mm2时bc=0.8，其间线性插值。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3.3 抗剪承载力公式的适用条件,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,hw截面腹板高度,当配箍率小于一定值时或箍筋间距过大时，会发生斜拉破坏。当剪跨比较大时，可能产生斜拉破坏。为防止这种少筋破坏，规范规定当V0.7ftbh0时，配箍率应满足,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,最小配箍率和构造配箍,同时应满足箍筋的最小直径和最大间距等的构造要求。,对矩形、T形和工形截面的一般受弯构件，当符合下列条件：,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,集中荷载为主的矩形、T形和工形截面的独立梁，当符合下列条件：,均可不进行斜截面受剪承载力计算（即不按计算配箍），但应按构造配置箍筋。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,支座边缘截面（1-1）；腹板宽度改变处截面（2-2）；箍筋直径或间距改变处截面（3-3）；受拉区弯起钢筋弯起点处的截面（4-4）。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,6.3.4 斜截面受剪承载力的位置,钢筋混凝土梁一般先进行正截面承载力设计，初步确定截面尺寸和纵向钢筋后，再进行斜截面受剪承载力设计计算。具体计算步骤如下：验算截面限制条件，如不满足应？如VV0.7ftbh0，？,一般受弯构件,集中荷载作用下的独立梁,根据Asv/s计算值确定箍筋肢数、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直径的要求。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,6.3.5 计算方法,即配箍筋又配弯起钢筋,当剪力较大时，可利用纵筋弯起与斜裂缝相交来提高受剪承载力。,a 为弯起钢筋与构件轴线的夹角，一般取4560。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,为防止弯筋间距太大，出现不与弯筋相交的斜裂缝，使弯筋不能发挥作用，规范规定当按计算要求配置弯筋时，前一排弯起点至后一排弯终点的距离不应大于表中V0.7ftbh0栏的最大箍筋间距smax的规定。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.3 受弯构件斜截面受剪承载力计算,6.4.1 斜截面受弯承载力,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,斜截面承载力包括斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力。对剪压区合力点O取矩，斜截面受弯承载力应满足下式：,通常斜截面受弯承载力是不进行计算的，而是用梁内纵向钢筋的弯起、截断、锚固及箍筋的间距等构造措施来保证。,6.4.2 纵筋的弯起 为节约钢材，可根据设计弯矩图的变化将钢筋弯起作受剪钢筋或截断。但钢筋的弯起和截断均应满足受弯承载力的要求。1、抵抗弯矩图,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,沿梁长各正截面按实际配置的纵筋计算的抵抗弯矩的图形，称为材料抵抗弯矩图MR。,2、纵筋的弯起位置根据M图的变化将钢筋弯起时需绘制MR图，使得MR图包住M图，以满足受弯承载力的要求。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,考虑到斜裂缝出现的可能性，钢筋弯起时还应满足斜截面受弯承载力的要求。,zbz,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,当弯起钢筋作为抗剪腹筋时，其间距还应满足抗剪的构造要求，同时弯折终点应有一直线段锚固长度，当直线段位于受拉区时，直线段长度不小于20d；当直线段位于受压区时，直线段长度不小于10d。,当弯起钢筋不能同时满足正截面和斜截面的承载力要求时，可单独设置仅作为受剪的弯起钢筋，但必须在集中荷载或支座两侧均设置弯起钢筋，这种弯起钢筋称为“鸭筋”。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,弯起钢筋要求小结：1、满足正截面受弯承载力要求 MR图M图2、满足斜截面受弯承载力要求 弯起点至充分利用点距离0.5h03、满足斜截面受剪承载力要求和构造要求,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,6.4.3 钢筋的截断,受弯构件的纵向钢筋由控制截面处最大弯矩计算确定的。根据设计弯矩图的变化，可以在弯矩较小的区段将一部分纵筋截断。但在正弯矩区段，弯矩图变化比较平缓，同时钢筋应力随弯矩变化产生的粘结应力，加上锚固钢筋所需要的粘结应力，因此锚固长度很长，通常已基本接近支座，截断钢筋意义不大。因此，一般不在跨中受拉区将钢筋截断。对于连续梁、框架梁中间连续支座负弯矩区段的上部受拉钢筋，可根据弯矩图的变化分批将钢筋截断。截断钢筋必须有足够的锚固长度，但这里的锚固与钢筋在支座或节点内的锚固受力情况不同，因为要考虑斜裂缝对钢筋应力的影响、弯剪共同作用的影响、弯矩图变化情况的影响、以及无支座压力的影响。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,延伸长度ld(development length)钢筋截断点到计算最大负弯矩截面的距离。,V0.7ftbh0：当最大负弯矩较小时，钢筋可一次全部截断。,a点 为钢筋的充分利用点 b点 为全部钢筋的不需要点（理论断点）c点 为钢筋实际截断点由于ab间还有一段弯矩变化区，实际截断点c到钢筋充分利用点a 的锚固长度（即延伸长度ld）要求比基本锚固长度la大。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,延伸长度ld(development length)钢筋截断点到计算最大负弯矩截面的距离。,V0.7ftbh0：当最大负弯矩较小时，钢筋可一次全部截断。,a点 为钢筋的充分利用点 b点 为全部钢筋的不需要点（理论断点）c点 为钢筋实际截断点,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,当弯矩较大时，钢筋可分批截断,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,V0.7ftbh0,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,由于剪力较大可能产生斜裂缝，钢筋强度充分利用点由a点移至斜裂缝与纵筋相交处a 点，同时受弯矩分布影响，钢筋强度充分利用点可能还会向右偏移。,一次截断情况,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,钢筋分批截断情况第一批截断钢筋,其他截断钢筋,最后一批截断钢筋,各批截断钢筋的配筋百分率不宜超过1.2%。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,如分批截断第一批截断钢筋,其他截断钢筋,最后一批截断钢筋不少于两根，伸到悬臂端并向下弯折不小于12d,悬臂梁的负弯矩钢筋，一般将钢筋全部伸到悬臂端，并向下弯折不小于 12d,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,锚固区箍筋要求规范规定在受力钢筋锚固长度范围内箍筋的直径不小于0.25d（或0.25de），箍筋间距不大于10d，采用机械锚固措施时不应大于5d，在锚固长度范围内箍筋的数量不少于二个。,简支支座锚固要求支座处有横向压应力，使粘结作用得到改善。因此支座处的锚固长度las可比基本锚固长度la减小。,6.4.4 钢筋在支座的锚固,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,对于板，一般剪力较小，通常满足V0.7ftbh0的条件。且连续板的中间支座一般无正弯矩，因此板的简支支座和中间支座下部纵向受力钢筋的锚固长度均取las5d。,光面钢筋末端应设置标准弯钩。当伸入支座的锚固长度不符合要求时，可在钢筋端部加焊锚固钢板或将钢筋焊接在梁端预埋件上。,第六章 受弯构件斜截面承载力,6.4 保证斜截面受弯承载力的构造措施,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,例1 工作平台板，均布荷载设计值q=6kN/m2，C20混凝土，级钢筋,板厚h=90mm,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,Vmax0.7ft bh0,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,配筋计算,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,5/0.26=20根,5/0.26=19根,5/0.26=20根,f8-260,f8-260,f8-260,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,例2,bh=250650，C25，级纵筋，级箍筋,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,例2,bh=250650，C25，级纵筋，级箍筋,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,正截面配筋计算,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,斜截面配筋计算,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,斜截面配筋计算,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,斜截面配筋计算,第七章 粘结、锚固及钢筋布置,7.5 设计例题,2f20,