受弯构件斜截面承载力的计算.ppt

第5章 受弯构件斜截面承载力的计算,返回总目录,教学提示：受弯构件在弯矩和剪力共同作用的区段常常产生斜裂缝，并可能沿斜截面发生破坏。斜截面破坏带有脆性破坏性质，应当避免，在工程设计时必须进行受弯构件斜截面承载力的计算。现有的斜截面承载力计算式是综合大量试验结果得出的。本章的难点是材料抵抗弯矩图的绘制以及纵向受力钢筋的弯起、截断和锚固等构造规定。教学要求：本章要求学生熟悉无腹筋梁斜裂缝出现前后的应力状态。掌握剪跨比的概念、无腹筋梁斜截面受剪的3种破坏形态以及腹筋对斜截面受剪破坏形态的影响。熟练掌握矩形截面受弯构件斜截面受剪承载力的计算模型、计算方法及限制条件。掌握受弯构件钢筋的布置、梁内纵筋的弯起、截断及锚固等构造要求。,本章内容,5.1 斜截面开裂前的受力分析 5.2 无腹筋梁受剪性能 5.3 有腹筋梁的受剪性能 5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤 5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施 5.6 梁内钢筋的构造要求 5.7 连续梁受剪性能及其承载力计算 5.8 思 考 题 5.9 习 题,5.1 斜截面开裂前的受力分析,受弯构件一般情况下总是由弯矩和剪力共同作用。通过试验可知，在主要承受弯矩的区段，将产生垂直裂缝，但在剪力为主的区段，受弯构件却产生斜裂缝。为了说明这种情况，下面用一实例，采用力学方法来分析其原因。,5.1 斜截面开裂前的受力分析,图5.1 对称集中加载的钢筋混凝土简支梁,5.1 斜截面开裂前的受力分析,图5.2 梁内应力状态,由于混凝土的抗拉强度非常低，当主拉应力 超过混凝土的抗拉强度时，就会在垂直主拉应力 方向产生裂缝，看图可知，该裂缝应为斜裂缝。梁的斜裂缝有弯剪型斜裂缝和腹剪型斜裂缝两种。弯剪型斜裂缝由梁底的垂直弯曲裂缝向集中荷载作用点，斜向延伸发展而成，其特点是下宽上细(如图5.3(b)所示)，多见于一般的钢筋混凝土梁。腹剪型斜裂缝则出现在梁腹较薄的构件中，例如T形和工字形薄腹梁。由于梁腹部的主拉应力过大致使中性轴附近出现约 的斜裂缝，随荷载的增加，裂缝向上下延伸。腹剪型斜裂缝的特点是中部宽，两头细，呈梭形(如图5.3(a)所示)。,5.1 斜截面开裂前的受力分析,5.1 斜截面开裂前的受力分析,图5.3 梁的斜裂缝,(a)腹剪型(b)弯剪型,在受弯构件中，一般由纵向钢筋和腹筋构成如图5.4所示的钢筋骨架。腹筋指的是箍筋和弯起钢筋的总称。所谓无腹筋梁指的是不配箍筋和弯起钢筋的梁。但在实际工程中的梁都要配置箍筋，有时甚至还要配有弯起钢筋。下面先研究无腹筋梁的受剪性能，因为无腹筋梁较简单，影响斜截面破坏的因素较少，从而为有腹筋梁的受力及破坏分析奠定基础。,5.2 无腹筋梁受剪性能,图5.4 钢筋骨架图,5.2 无腹筋梁受剪性能,5.2.1 斜截面开裂后梁中的应力状态无腹筋梁出现斜裂缝后，梁的应力状态发生了很大变化，亦即发生了应力重分布。梁的抗剪能力由混凝土残余面上的压力、纵向钢筋的拉力、纵向钢筋的销栓力、骨料咬合力组成并转换。,5.2 无腹筋梁受剪性能,图5.5 斜裂缝形成后的受力状态,5.2 无腹筋梁受剪性能,5.2.2 无腹筋梁剪切破坏形态 剪跨比 在讨论梁沿斜截面破坏的各种形态之前，首先必须了解与它密切相关的一个参数剪跨比()。剪跨比的定义有广义和狭义之分。广义的剪跨比是指：该截面所承受的弯矩 和剪力 的相对比值(5-7)式中，、分别为计算截面的弯矩和剪力；截面的有效高度。,5.2 无腹筋梁受剪性能,5.2.2 无腹筋梁剪切破坏形态 剪跨比 狭义的剪跨比：集中荷载作用点处至邻近支座的距离与截面有效高度 的 比值。(5-8)式中，集中荷载作用点至邻近支座的距离,称为剪跨，如图5.5(a)所示。剪跨比 是一个无量纲的参数，试验表明，它是一个影响斜截面承载力和破坏形态的重要参数。,5.2 无腹筋梁受剪性能,2.受剪破坏形态根据实验研究，无腹筋梁在集中荷载作用下，沿斜截面受剪破坏的形态主要与剪跨比 有关。而在均布荷载作用下的梁，则可由广义剪跨比化简推出主要与梁的跨高比 有关。无腹筋梁的剪切破坏主要有斜拉破坏，剪压破坏和斜压破坏等3种形式。,5.2 无腹筋梁受剪性能,2.受剪破坏形态 斜拉破坏。当剪跨比或跨高比较大时(3或 9)，会发生斜拉破坏，如图5.6(a)所示。当斜裂缝一旦出现，便很快形成一条主要斜裂缝，并迅速向集中荷载作用点延伸，梁即被分成两部分而破坏，破坏面平整，无压碎痕迹。破坏荷载等于或略高于临界斜裂缝出现时的荷载。斜拉破坏主要是由于主拉应力产生的拉应变达到混凝土的极限拉应变而形成的，它的承载力较低，且属于非常突然的脆性破坏。,5.2 无腹筋梁受剪性能,2.受剪破坏形态 斜压破坏。当剪跨比或跨高比较小时(1或 3)，就发生斜压破坏。如图5.6(b)所示，首先在荷载作用点与支座间梁的腹部出现若干条平行的斜裂缝，也就是腹剪型斜裂缝，随着荷载的增加，梁腹被这些斜裂缝分割为若干斜向“短柱”，最后因为柱体混凝土被压碎而破坏。这种破坏也属于脆性破坏，但承载力较高。,图5.6 梁的剪切破坏的3种主要形态 剪压破坏。当剪跨比或跨高比位于中间值时(1 3或3 9)，将会发生剪压破坏，如图5.6(c)所示，其破坏特征是：弯剪斜裂缝出现后，荷载仍可有较大增长。当荷载增大时，弯剪型斜裂缝中将出现一条又长又宽的主要斜裂缝，称为临界斜裂缝。当荷载继续增大，临界斜裂缝上端剩余截面逐渐缩小，剪压区混凝土被压碎而破坏。这种破坏仍为脆性破坏。但其承载力较斜拉破坏高，比斜压破坏低。,5.2 无腹筋梁受剪性能,5.2.3 影响无腹筋梁受剪承载力的因素,试验研究结果显示，影响受弯构件斜截面受剪承载力的因素很多，对无腹筋梁来说，主要因素有：1.剪跨比()的影响剪跨比 是影响集中荷载下无腹筋梁的破坏形态和受剪承载力的最主要因素。剪跨比越大，受剪承载力就越小，但是当剪跨比大于等于3（6）时，其影响已不再明显。,2.混凝土强度的影响,剪压区混凝土处于复合应力状态，不论发生哪种破坏，都与混凝土的强度有关，随混凝土强度的提高而提高，且两者大致呈线性关系。剪跨比较大时，梁的抗剪强度随混凝土强度提高而增加的速率低于小剪跨比的情况。这是因为剪跨比大时，抗剪强度取决于混凝土的抗拉强度。,5.2 无腹筋梁受剪性能,3.纵向钢筋的影响纵筋对抗剪能力也有一定的影响，纵筋的配筋率 高，则纵筋的销栓作用强，延缓弯曲裂缝和斜裂缝向受压区发展，从而可以提高骨料的咬合作用，并且增大了剪压区高度，使混凝土的抗剪能力提高。因此，配筋率大时，梁的斜截面受剪承载力有所提高。在相同配筋率情况下，纵向钢筋的强度越高，对抗剪越有利，但不如配筋率影响显著。,5.2 无腹筋梁受剪性能,5.2.4 无腹筋梁受剪承载力的计算公式,1、一般受弯构件：(5-9)(5-10)式中，V 构件斜截面上的最大剪力设计值；截面高度影响系数，当 800mm时，取=1.0；当 2000mm时，取=0.8；混凝土轴心抗拉强度设计值。,5.2 无腹筋梁受剪性能,2、对于集中荷载作用下的无腹筋梁，若采用式(5-9)计算在剪跨比较大时得到的值将偏高，因此必须考虑剪跨比的影响，对于集中荷载在支座截面上所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况，应按下式计算。(5-11)式中，计算截面的剪跨比：当 3时，取=3。由于无腹筋梁的斜截面破坏属于脆性破坏，斜裂缝一出现，梁即告破坏，单靠混凝土承受剪力是不安全的。需严格控制其使用范围。规范规定，一般无腹筋梁只适用于h150mm的梁。,5.2 无腹筋梁受剪性能,【例5.1】已知一简支板，位于一类环境，采用混凝土等级为C20，纵向受拉钢筋采用HRB335级钢筋，板的计算长度为3m，宽度为1m，均布荷载在板内产生的最大剪力设计值为210kN。试确定板厚。解(1)确定计算参数：查附表1，=1.1N/mm2 查附表10，C=20mm as=c+d/2=25mm(2)求板的有效高度：先假定 800mm，由公式(5-10)可得：,5.2 无腹筋梁受剪性能,再由式(5-9)可得：,(3)确定板的厚度：h=272.73+25=297.73mm取=300(mm)=3000/35=85.71mm一般的板类构件由于截面尺寸大，承受的荷载较小，剪力较小，因此一般情况下不必进行斜截面承载力的计算。也不用配箍筋和弯起钢筋。但当板上承受的荷载较大时，就需要对其斜截面承载力进行计算。,5.2 无腹筋梁受剪性能,5.3 有腹筋梁的受剪性能,5.3.1 箍筋的作用 在荷载较小、斜裂缝出现之前，腹筋的作用不明显，受力性能和无腹筋梁相似；在斜裂缝出现以后，混凝土逐步退出工作，而与斜裂缝相交的箍筋、弯起钢筋的应力显著增大，箍筋直接承担大部分剪力，并且在其他方面也起重要作用。其作用主要如下：(1)箍筋(或弯起钢筋)可以直接承担部分剪力。(2)箍筋(或弯起钢筋)能限制斜裂缝的延伸和开展，增大剪压区的面积，提高剪压区的抗剪能力。(3)箍筋(或弯起钢筋)可以提高斜裂缝交界面上的骨料咬合作用和摩阻作用，从而有效地减少斜裂缝的开展宽度。(4)箍筋(或弯起钢筋)还可以延缓沿纵筋劈裂裂缝的展开，防止混凝土保护层的突然撕裂，提高纵筋的销栓作用。,5.3.2 有腹筋梁的受剪破坏形态 1.有腹筋梁沿斜截面破坏的形态 有腹筋梁的斜截面破坏与无腹筋梁相似，也可分为斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏3种形态，但在具体分析时，不能忽略腹筋的影响，因为腹筋虽然不能防止斜裂缝的出现，但却能限制斜裂缝的展开和延伸。所以，腹筋的数量对梁斜截面的破坏形态和受剪承载力有很大影响。(1)斜拉破坏：如果箍筋配置数量过少，且剪跨比 3时，则斜裂缝一出现，原来由混凝土承受的拉力转由箍筋承受，箍筋很快会达到屈服强度，变形迅速增加，不能抑制斜裂缝的发展。从而产生斜拉破坏，属于脆性破坏。(2)斜压破坏：如果箍筋配置数量过多，则在箍筋尚未屈服时，斜裂缝间的混凝土就因主压应力过大而发生斜压破坏，箍筋应力达不到屈服，强度得不到充分利用。此时梁的受剪承载力取决于构件的截面尺寸和混凝土强度。也属于脆性破坏。（3)剪压破坏：如果箍筋配置的数量适当，且 时，则在斜裂缝出现以后，应力大部分由箍筋(或弯起钢筋)承担。在箍筋尚未屈服时,5.3 有腹筋梁的受剪性能,由于箍筋限制了斜裂缝的展开和延伸，荷载还可有较大增长。当箍筋屈服后，由于箍筋应力基本不变而应变迅速增加，箍筋不能再有效地抑制斜裂缝的展开和延伸。最后斜裂缝上端剪压区的混凝土在剪压复合应力的作用下达到极限强度，发生剪压破坏。2.影响有腹筋梁斜截面受剪承载力因素 包括剪跨比的影响、混凝土强度的影响、纵向钢筋的影响。但最重要的影响因素是箍筋或弯起钢筋的配置数量。试验表明，当箍筋配置适当时，有腹筋梁的斜截面受剪承载力随配置的增大和箍筋强度的提高而有较大幅度的提高。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,配箍量用配箍率 表示，它反映的是梁沿轴线方向单位长度水平截面拥有的箍筋截面面积，用下式表示：(5-12)式中，配箍率；n 同一截面内箍筋的肢数；Asv1单肢箍筋的截面面积；B截面的宽度；s沿梁轴线方向箍筋的间距。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,5.3.3 仅配箍筋梁的斜截面承载力计算公式 1.基本假定 斜拉、斜压破坏具有明显脆性，一般在工程设计中是采取有关构造措施来处理。而对于剪压破坏，由于梁的受剪承载力变化幅度较大，设计时则必须进行计算来防止破坏。对仅配箍筋的梁受剪承载力计算作如下基本假定：(1)假定斜截面的受剪承载力只由两部分组成，即(5-13)式中，Vcs构件斜截面上混凝土和箍筋受剪承载力设计值；Vc 混凝土的受剪承载力；Vsv箍筋的受剪承载力。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,图5.7 仅配箍筋梁的斜截面承载力计算图(2)忽略纵向钢筋对受剪承载力的影响。(3)以集中荷载力为主的梁，应考虑剪跨比对受剪承载力的影响。其他 梁则忽略剪跨比的影响。(4)假设发生剪压破坏时，与斜裂缝相交的腹筋达到屈服。同时混凝土在剪压复合力作用下达到极限强度。(5)在Vc中不考虑箍筋的影响，而将由箍筋的影响使混凝土的承载力提高的部分包含在Vsv中。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,VC,2.斜截面受剪承载力计算公式对矩形、T形和工字形截面的一般受弯构件：(5-14)式中，f t 混凝土轴心抗拉强度设计值；fyv 箍筋的抗拉强度设计值；b 梁的截面宽度(T形，工字形梁为腹板宽度)；h0 梁的截面有效高度；Asv同一截面内箍筋的截面面积，Asv=nAsv1。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,对集中荷载作用下的独立梁(包括作用有多种荷载，且其中集中荷载在支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75以上的情况)：(5-15)式中，计算截面的剪跨比，=a/h0，a为集中荷载作用点至支座截面的距离。当 3.0时，取=3.0。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,3.斜截面受剪承截力计算公式的适用条件(1)防止斜压破坏 由公式可以看出，当梁的截面尺寸确定以后，提高配箍率可以有效地提高斜截面受剪承载力，但是这种提高是有限的。为了防止配箍率过高而发生梁腹的斜压破坏，并控制使用荷载下的斜裂缝宽度，规范规定梁的截面尺寸有如下限制条件：对于一般梁，即当hw/b4 时，应满足下式：(5-16)对于薄腹梁，即当hw/b6 时，应满足下式：(5-17)当4hw/b6 时，按线形内插法确定。或满足下式：(5-18),5.3 有腹筋梁的受剪性能,式中，fc混凝土轴心抗压强度设计值；c 混凝土强度影响系数：当混凝土强度等级不超过C50时，取c=1.0，当混凝土强度等级为C80时，取c=0.8；其间按线性内插法取用；V截面上的最大剪力设计值；b矩形截面宽度，T形或工字形截面的腹板宽度；hw截面的腹板高度，矩形截面hw=h0，T形截 面，工字形截面。,图5.8 梁的腹板高度,5.3 有腹筋梁的受剪性能,(2)防止斜拉破坏 对于具有突然性的斜拉破坏，在工程设计中是不允许出现的脆性破坏，规范规定了箍筋的最小配箍率和最大箍筋间距来防止产生该破坏。箍筋的最大间距可参见第5.6节的内容。箍筋最小配筋率按下列公式取用：(5-19)式中，箍筋的最小配筋率。箍筋的实际配筋率 应大于，否则按构造配筋。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,【例5.2】一钢筋混凝土矩形截面简支梁，处于一类环境，安全等级二级，采用混凝土等级为C30，纵向钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋，梁的截面尺寸为bh=200mm500mm，均布荷载在梁支座边缘产生的最大剪力设计值为200kN。正截面强度计算已配置522的纵筋，求所需的箍筋。解 确定计算参数：查表得，=1.43 N/mm2=14.3 N/mm2=210 N/mm2=300 N/mm2 假设纵筋排一排，c=25mm，则2c+5d+4e=225+522+425=260mmb=200mm，不满足要求，所以纵筋要排两排。as=c+d/2+e/2=25+22+25/2=59.5mm取as=60mm，则h0=h-as=500-60=440mm，hw=h0=440mm，c=1.0。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,求箍筋数量：kN200kN要计算配箍量，由式(5-14)可得选用双肢箍(Asv1=50.3mm，n=2)代入上式可得 mm取s=100 mm=0.503%满足要求。,截面尺寸验算：440/200=2.2200kN截面尺寸满足要求。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,图5.9 同时配置箍筋和弯起钢筋的梁斜截面受剪承载力计算图(5-20),5.3.4 弯起钢筋当梁所承受的剪力较大时，可配置箍筋和弯起钢筋来共同承受剪力。如图所示，弯起钢筋所承受的剪力值等于弯起钢筋的承载力在垂直于梁的纵轴方向的分力值。按下式来确定弯起钢筋的抗剪承载力：,5.3 有腹筋梁的受剪性能,式中，Vsb斜截面上与斜裂缝相交的弯起钢筋的受剪承载力设计值；fy 弯起钢筋的抗拉强度设计值，考虑到弯起钢筋在靠近斜裂缝顶部的剪压区时，可能达不到屈服强度，所以乘以0.8的折减系数；Asb同一弯起平面内弯起钢筋的截面面积；斜截面上弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。,5.3 有腹筋梁的受剪性能,(1)对矩形，T形和工字形截面的一般受弯构件同时配置箍筋和弯起钢筋的计算公式应按下式计算。(5-21)2)对集中荷载作用下的独立梁(包括作用有多种荷载，且其中集中荷载在支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75以上的情况)同时配置箍筋和弯起钢筋的计算公式应按下式计算。(5-22),5.3 有腹筋梁的受剪性能,【例5.3】已知条件同例题5.2，但已在梁内配置双肢箍筋 200，试计算需要多少根弯起钢筋(从已配的纵向受力钢筋中选择，弯起角度=45)解 确定计算参数：计算参数的确定同例5.2一样，522分两排，下面322，上面222。截面尺寸验算：同例5.2，满足要求。求弯起钢筋截面面积Asb：由公式(5-14)可得：=88088+58096.5=146.185kN200kN 要配弯起钢筋。由公式(5-21)可得：,5.3 有腹筋梁的受剪性能,选择下排纵筋的中间一根22纵筋弯起，Asb=380.1mm，满足要求。,mm,5.3 有腹筋梁的受剪性能,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤5.4.1 计算截面的位置有腹筋梁斜截面受剪破坏一般是发生在剪力设计值比较大或受剪承载力比较薄弱的地方，因此，在进行斜截面承载力设计时，计算截面的选择是有规律可循的，一般情况下应满足下列规定：支座边缘处截面(如图5.10中的11截面)。受拉区弯起钢筋起点处截面(如图5.10中的22截面和33截面)。箍筋截面面积或间距改变处截面(如图5.10中的44截面)。腹板宽度改变处截面。,图5.10 受剪承载力计算截面计算截面处的剪力设计值的选择应按下面方法取用：计算支座边缘处的截面时，取支座边缘处最大的剪力值。计算箍筋数量改变处的截面时，取箍筋数量开始处的剪力值。计算从支座算起第一排弯起钢筋时，取支座边缘处的剪力值。计算以后各排弯起钢筋时，取前排弯起钢筋弯起点处的剪力值。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,5.4.2 截面设计当已知剪力设计值V，材料强度和截面尺寸，要求确定箍筋和弯起钢筋的数量的一类 问题时，是属于受弯构件斜截面承截力计算的设计题，一般情况下其计算步骤如下：1.验算梁的截面尺寸是否满足要求利用式(5-16)、式(5-17)、式(5-18)复核梁的截面尺寸，如果不满足要求，应加大梁的截面尺寸或提高混凝土强度等级，而后重新验算，直到满足要求。2.判别是否需要按计算配置腹筋利用式(5-9)或公式(5-11)来判别，如果满足公式要求，则不需要进行斜截面受承载力计算。仅需按构造要求配置腹筋，如果不满足，则需计算配置腹筋，这时有两种方案：一是只配箍筋，二是既配箍筋又配弯起钢筋。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,3.计算仅配的箍筋剪力设计值只由混凝土和箍筋来承受，要先确定箍筋的直径d和肢数n，再根据不同的荷载采用不同的计算公式。(1)对矩形、T形和工字形截面的一般受弯构件，可由公式(5-14)得：(5-23)(2)对于集中荷载作用下的独立梁(包括作用有多种荷载、且其中集中荷载在支座截面所产生的剪力值占总剪力值的75以上的情况)可由式(5-15)得：(5-24),5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,4.计算既配箍筋又配弯起钢筋时的弯起钢筋当剪力设计值较大，需要配置弯起钢筋与混凝土和箍筋共同承受剪力时，一般可按构造要求和最小配箍率要求来选定箍筋的直径和间距。然后由式(5-14)或式(5-15)确定Vcs，再由下列公式计算弯起钢筋的截面面积：(5-25)也可以先根据正截面承载力计算确定的纵向钢筋情况，确定可弯起钢筋数量(Asb)。由公式(5-21)或式(5-22)求出Vcs，再按只配箍筋的方法计算箍筋。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,5.验算最小配箍率 利用式(5-12)求解出箍筋的配箍率以后，再利用式(5-19)校核是否满足，如果不满足，则应取等号按构造配箍，同时，箍筋的直径、最大间距、最小间距都应满足以下第节中所述的构造要求。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,【例5.4】已知一简支梁，一类环境，安全等级二级，梁的截面尺寸bh=250mm600mm，计算简图如图5.11所示，梁上受到均布荷载设计值 q=10.0 kN/m(包括梁自重)，集中荷载设计值Q=150 kN，梁中配有纵向受拉钢筋HRB335级422(As=1520 mm2)，混凝土强度等级为C25，箍筋为HPB235级钢筋，试计算抗剪腹筋。,图5.11 计算简图,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,解 确定计算参数：fc=11.9 N/mm2,ft=1.27 N/mm2,fyv=210 N/mm2,fy=300 N/mm2,c=25mm，as=c+d/2=25+22/2=36mm则 as=564(mm)，(mm)计算最大剪力设计值V，最大剪力设计值将在支座边缘截面处：验算截面尺寸：hw/b=564/250=2.26V=190kN满足要求。判别是否需要计算腹筋：集中荷载在支座截面产生的剪力与总剪力之比为%75%，要考虑的影响。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,=3由公式(5-11)可得：需按计算配置腹筋。计算腹筋：方案一、仅配箍筋，选择双肢箍筋8(Asv=250.3)。由公式(5-24)可得：mm 实取s=100mm。验算配箍率：,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,满足要求，且所选箍筋直径和间距均符合构造规定。方案二、既配箍筋又配弯起钢筋。根据设计经验和构造规定，本例选用8150的箍筋，弯起钢筋利用梁底HRB335级纵筋弯起，弯起角，则由公式(5-22)可得：Asb=170.65mm2实际弯起122，Asb=380mm2 170.65mm2满足要求。还要验算弯起钢筋弯起点处斜截面的抗剪承载力，取弯起钢筋(122)的弯终点到支座边缘的距离s1=50mm，由，可求出弯起钢筋的弯起点到支座边缘的距离为50+564-36=578mm，故弯起点的剪力设计值为:V=190-(190-174)/1.60.578=184.22kNVcs=161.0KN 不满足要求，需要再弯起一排钢筋，依照上述方法再计算并校核弯起钢筋，发现在集中荷载至支座边缘范围内都布置弯起钢筋才能满足承载力要求，比较两个方案可知，方案一是施工方便、经济效果最佳的方案。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,5.4.3 截面复核 当已知材料强度、构件的截面尺寸，配箍数量以及弯起钢筋的截面面积，要求校核斜截面所能承受的剪力设计值一类问题时，就属于构件斜截面承载力的复核问题。这类问题的计算步骤如下：(1)根据已知条件检验已配腹箍是否满足构造要求，如果不满足，则应该调整或只考虑混凝土的抗剪承载力(Vc)。(2)利用公式(5-12)或式(5-19)验算已配箍筋是否满足最小配箍率的要求，如果不满足，则只考虑混凝土的抗剪承载力(Vc)。(3)当前面2个条件都满足时，则可把已知条件直接代入公式(5-14)或式(5-15)以及式(5-21)或式(5-22)复核斜截面承载力。(4)利用公式(5-15)、公式(5-17)或者公式(5-18)验算截面尺寸是否满足要求，如果不满足要求则应重新设计。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,5.4.3 截面复核【例5.5】已知有一钢筋混凝土矩形截面简支梁，安全等级二级，处于一类环境，两端搁在240mm厚的砖墙上，梁的净跨为3.5m，矩形截面尺寸为bh=200mm450mm，混凝土强度等级为C25，箍筋采用HPB235级钢筋，弯起钢筋用HRB335级钢筋，在支座边缘截 面配有双肢箍筋 150，并有弯起钢筋212，弯起角 为，荷载P为均布荷载设计值(包括自重)。求该梁可承受的均布荷载设计值P?,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,解 确定计算参数：fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2，fyv=210N/mm2，fy=300N/mm2，Asv1=50.3mm2，Asb=226mm2，查附表10，c=25mm as=c+d/2=35mm则 h0=h-as=415mm 验算配箍率：由公式(5-19)和公式(5-12)可知：%满足要求。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,计算斜截面承载力设计值Vu：由于构造要求都满足，故可直接用公式(5-21)，可得：=185.20kN 计算均布荷载设计值P，因为是简支梁，故根据力学公式可得：P=kN/m 验算截面限制条件：，属一般梁。利用公式(5-16)可得：Vu=185.20kN满足要求，故该梁可以承受的均布荷载设计值为105.83kN/m。,5.4 斜截面承载力计算的方法和步骤,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施 5.5.1 抵抗弯矩图及绘制方法 1.抵抗弯矩图 抵抗弯矩图又称之为材料抵抗弯矩图，它是按梁实际配置的纵向受力钢筋所确定的各正截面所能抵抗的弯矩图形。它反映了沿梁长正截面上材料的抗力。在该图上竖向坐标表示的是正截面受弯承载力设计值Mu，也称为抵抗弯矩。以一单筋矩形截面构件为例来说明抵抗弯矩图的形成。若已知单筋矩形截面构件的纵向受力钢筋面积为，则可通过下式计算正截面弯矩承载力。(5-26)然后把构件的截面位置作为横坐标，而将其相应的抵抗弯矩Mu值连接起来，就形成了抵抗弯矩图。,2.抵抗弯矩图的绘制方法 根据纵向受弯钢筋的形式，可以把抵抗弯矩图的绘制分成三类:1)纵向受力钢筋沿梁长不变时Mu的作法 图5.12所表示，一根均布荷载作用下的钢筋混凝土简支梁，已按跨中最大弯距计算所需纵筋为225+122。由于3根纵筋全部锚入支座，所以该梁任一截面的Mu值是相等的。图中的abba就是抵抗弯矩图，它所包围的曲线就是梁所受荷载引起的弯矩图，这也直观地告诉我们，该梁的任一正截面都是安全的。但是，对该简支梁来说，越靠近支座荷载弯矩越小，而支座附近的正截面和跨中的正截面配置同样的纵向钢筋，显然是不经济的，为了节约钢材，可以根据荷载弯矩图的变化而将一部分纵向受拉钢筋在正截面受弯不需要的地方截断或弯起作为受剪钢筋。,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,图5.12 纵筋沿梁长不变化时的抵抗弯矩图,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,2)纵筋弯起时的抵抗弯矩图作法,图5.13 纵筋弯起时的抵抗弯矩图简支梁一般不宜在跨中截面将纵筋截断，而是在支座附近将纵筋弯起抵抗剪力。如：将4号钢筋在CE截面处弯起，由于弯起钢筋对受压区合力点的力臂是逐渐减小的，因而其抗弯承载力也是逐渐减小，直到截面DF处弯起钢筋穿过梁的中性轴进入受压区后，正截面抗弯作用完全消失。作图时应从C、E两点作垂直投影线与Mu图的轮廓线相交于c、e，再从D、F点作垂直投影线与Mu图的基线ab相交于d、f，则连线adcefb就为4号钢筋弯起后的抵抗弯矩图。,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,3)纵筋被截断时的抵抗弯矩图作法 如图5.14所示一连续梁中间支座的荷载弯矩图、抵抗弯矩图。从图中可知，1号纵筋在A-A截面(4号点)被充分利用，而到了B-B，C-C截面，按正截面受弯承载力已不需要1号钢筋了。则在理论上1号纵筋可以在b、c点截断，当1号纵筋截断时，在抵抗弯矩图上形成矩形台阶ab和cd。,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,图5.14 纵筋截断时的抵抗弯矩图,3.抵抗弯矩图的作用 1)反映材料利用的程度 材料抵抗弯矩图越接近荷载弯矩图，表示材料利用程度越高。2)确定纵向钢筋的弯起数量和位置 纵向钢筋弯起的目的，一是用于斜截面抗剪，二是抵抗支座负弯矩。只有当材料抵抗弯矩图包住荷载弯矩图才能确定弯起钢筋的数量和位置。3)确定纵向钢筋的截断位置 根据抵抗弯矩图上的理论断点，再保证锚固长度，就可以知道纵筋的截断位置。,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,5.5.2 保证斜截面受弯承载力的构造措施 1.纵向受拉钢筋弯起时保证斜截面受弯承载力的构造措施 纵筋弯起时，虽然保证了构件正截面受弯承载力的要求，但是构件斜截面受弯承载力却可能不满足。由于它的复杂性，就必须采取必要的构造措施来保证构件斜截面受弯承载力。如图5.15(a)所示为一连续梁支座截面处的斜裂缝以及穿过此斜裂缝的弯起钢筋，其上方为该支座附近的荷载弯矩图和相应的抵抗弯矩图。如图5.15(b)所示为该梁斜裂缝右侧的隔离体，在不计入箍筋的作用时，斜截面受弯承载力可用下式计算。(5-27),5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,式中，Mxu斜截面受弯承载力；Z 正截面纵筋的内力臂；Zw 弯起钢筋的内力臂。当纵筋没有向下弯起时，在支座边缘处正截面的受弯承载力为：(5-28)要保证斜截面的受弯承载力不低于正截面的承载力就要求，即(5-29)由几何关系：(5-30)式中，b钢筋下弯点至支座边缘处(也是充分利用点处)的水平距离 弯起钢筋的弯起角度。一般情况下 为4560，取Z=(0.910.77)h0，则有：=45时，b(0.3720.319)h0；=60时，b(0.5250.445)h0。,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,为了方便，统一取值：(5-31)即在确定弯起钢筋的弯起点时，必须选在离开它的充分利用点至少h0/2距离以外，这样就保证不需要计算斜截面受弯承载力。2.纵向钢筋截断时保证斜截面受弯承载力的构造措施 纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断。因为在截断处钢筋由于面积突然减小，造成混凝土中拉应力骤增，容易出现弯剪斜裂缝，降低构件的承载能力。因此，对于在梁底部承受正弯矩的纵向受拉钢筋一般不采用截断的方式。但对于悬臂梁或连续梁等，在其支座处承受负弯矩的纵向受拉钢筋，为了节约钢筋和施工方便，可以在不需要处将部分钢筋截断，但应该满足下面的构造要求：,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,图5.15 纵向受拉钢筋弯起点 1)保证斜截面受弯承载力 如图5.16所示为一悬臂梁支座处承受负弯矩的纵向钢筋截断示意。假设正截面A是号钢筋的理论断点，那么在正截面A上有正截面受弯承载力(Mua)与荷载弯矩设计值(Ma)相等，即Mua=Ma，满足正截面受弯承载力的要求。但是在经过A点的斜裂缝截面，其荷载弯矩设计值MbMa，因此不满足斜截面受弯承载力的要求，只能把纵筋伸过理论截断点A一段长度ld2后才能截断。假设E点为该钢筋的实际截断点，考虑斜裂缝CD，D与A同在一个正截面上，因此斜截面CD的荷载弯矩,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,设计值Mc=Ma，比较斜截面CD与正截面A的受弯承载力，由于2号钢筋在斜截面上的抵抗弯矩Muc=0，所以2号钢筋在正截面A上的抵抗弯矩应由穿越截面E的斜裂缝CD的箍筋所提供的受弯承载力来补偿。显然，ld2的长度与所截断的钢筋直径有关，直径越大，所需要补偿的箍筋就越多，ld2值也应越大，另外ld2还与h0有关，h0越大，斜裂缝的水平投影也越大，需要补偿的弯矩差也越大，则ld2也越大。,图5.16 纵筋截断位置图,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,2)保证在充分利用点处钢筋强度的充分利用 为了保证钢筋在其充分利用点处真正能利用其强度，就必须从其充分利用点向外延伸长度ld1后才可以截断钢筋。因为在纵向受拉钢筋截断时，如果延伸长度不足，则在纵向钢筋水平处，混凝土由于粘结强度不够会出现许多针脚状的短小斜裂缝，并进一步发展贯通，最后，保护层脱落发生粘结破坏。为了避免发生这种破坏，ld1就要有足够长度。规范规定：钢筋混凝土连续梁、框架梁支座截面的负弯矩钢筋不宜在受拉区截断。当必须截断时，其延伸长度应按表5-1中ld1和ld2取较大者确定。表5-1 负弯矩钢筋的延伸长度,5.5 保证斜截面受弯承载力的构造措施,5.6.1 纵向钢筋的弯起、截断、锚固的构造要求 1.纵筋的弯起(1)梁中弯起钢筋的弯起角度一般宜取45，但当梁截面高度大于700mm，则宜采用60。梁底纵筋中的角筋以及梁顶纵筋的角部钢筋不应弯起或弯下。(2)在弯起钢筋的弯终点处，应留有平行于梁轴线方向的锚固长度，其锚固长度在受拉区不应小于20d，在受压区不应小于10d，d为弯起钢筋的直径，如果为光圆钢筋，则应在末端设弯钩，如图5.17所示。,图5.17 弯起钢筋的锚固示意图,5.6 梁内钢筋的构造要求,(3)弯起钢筋的形式。弯起钢筋一般利用纵向钢筋在按正截面受弯承载力计算已不需要时才弯起，但也可以单独设置，此时应将其布置成鸭筋形式，而不能采用浮筋，否则由于浮筋滑动而使斜裂缝开展过大，如图5.18所示。,图5.18 鸭筋和浮筋(4)弯起钢筋的间距。要求从支座处算起的第一排弯起钢筋的上弯点与支座边缘间的水平距离不应大于箍筋的最大间距Smax。且相邻弯起钢筋弯起点与弯终点间的距离不得大于规定的箍筋最大间距。否则，弯起钢筋间距过大，将出现不与弯起钢筋相交的斜裂缝，使弯起钢筋发挥不了应有的功能。,5.6 梁内钢筋的构造要求,图5.19 弯起钢筋的最大间距图 2.纵筋的截断 简支梁的下部纵向受拉钢筋通常不宜在跨中截断，上部的受压钢筋可以在跨中截断。悬臂梁中，应有不少于两根上部钢筋伸至悬臂梁外端，并向下弯折不少于12d，其余钢筋不应在梁的上部截断，而应向下弯折并在梁的下部锚固。外伸梁或连续梁的中间支座附近，为节约钢筋，可以将纵向受拉钢筋截断，其截断位置必须满足前一节中有关延伸长度的构造要求。,5.6 梁内钢筋的构造要求,3.纵筋的锚固纵向钢筋伸入支座后，应有充分的锚固(如图5.20所示)，锚固不足可能使钢筋产生过大的滑动，甚至会从混凝土中拔出造成锚固破坏。(1)简支支座处的锚固长度las。对于简支支座，由于钢筋的受力较小，因此规范规定：当 时，las5d；当 时，带肋钢筋las12d；光圆钢筋las15d。对于板，一般剪力较小，通常能满足 的条件，故板的简支支座和连续板下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度las不应小于5d。当板内温度、收缩应力较大时，伸入支座的锚固长度宜适当增加。,图5.20 简支梁下部纵筋的锚固,5.6 梁内钢筋的构造要求,(2)中间支座的钢筋锚固要求：框架梁或连续板在中间支座处，一般上部纵向钢筋受拉，应贯穿中间支座节点或中间支座范围。下部钢筋受压，其伸入支座的锚固长度分下面几种情况考虑。当计算中不利用钢筋的抗拉强度时，不论支座边缘内剪力设计值的大小，其下部纵向钢筋伸入支座的锚固长度las应满足简支支座 时的规定(如图5.21(a)所示)。,图5.21 梁中间支座下部纵向钢筋的锚固 当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，下部纵向钢筋应锚固于支座节点内。若柱截面尺寸足够，可采用直线锚固方式(如图5.21(a)所示)，若柱截面尺寸不够，可将下部纵筋向上弯折(如图5.21(b)所示)。,5.6 梁内钢筋的构造要求,当计算中充分利用钢筋的受压强度时，下部纵向钢筋伸入支座的直线锚固长度不应小于0.7la，也可以伸过节点或支座范围，并在梁中弯矩较小处设置搭接接头(如图5.21(c)所示)。,5.6 梁内钢筋的构造要求,5.6.2 箍筋的构造要求 1.箍筋的形式和肢数 箍筋在梁内除了承受剪力以外，还起固定纵筋的位置、与纵筋形成骨架的作用，并共同对混凝土起约束作用，增加受压混凝土的延性等。箍筋的形式有封闭式和开口式两种(如图5.22(d)、(e)所示)。当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋应做成封闭式，而对现浇T形梁，当不承受扭矩和动荷载时，在跨中截面上部受压区的区段内，也可采用开口式。箍筋的端部应做成135的弯钩，弯钩端部的长度不应小于5d(d为箍筋直径)和50mm。箍筋有单肢、双肢和复合箍等(如图5.22(a)、(b)、(c)所示)。当梁宽400mm时，可采用双肢箍。当梁宽400mm且一层内的纵向受压钢筋多于3根时，或者当梁宽400mm，但一层内的纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。当梁宽100mm时，可采用单肢箍筋。,5.6 梁内钢筋的构造要求,图5.22 箍筋的形式及肢数 2.箍筋的直径和间距 为了使钢筋骨架具有一定的刚性，又便于制作安装，箍筋的直径不应过大，也不应过小。规范规定：对截面高度800mm时，箍筋直径不宜小于6mm，对截面高度800mm时，箍筋直径不宜小于8mm，当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋直径尚不应小于d/4(d为受压钢筋的最大直径)。箍筋的间距除满足计算要求外，还应满足下列构造要求，以控制斜裂缝的宽度。箍筋的