结构设计原理教学PPT受弯构件斜截面承载力计算.ppt

结构设计原理 张萌洁青海大学土木工程学院教授班级 交通2011 1 2 4受弯构件斜截面承载力计算 重点 4 1受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 4 2影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素 4 3受弯构件的斜截面抗剪承载力 4 4受弯构件的斜截面抗弯承载力 4 5全梁承载力校核与构造要求 4 6连续梁的斜截面抗弯承载力 4 1受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 基本概念 钢筋混凝土受弯构件在荷载作用下 同时产生弯矩和剪力 在主要承受弯矩的区段 产生正截面受弯破坏 而在剪力和弯矩共同作用的区段 则会产生斜截面受剪破坏或斜截面受弯破坏 纯弯段 弯剪段 实际工程中斜截面破坏状态 在钢筋混凝土梁中 仅配有纵向受力钢筋的梁称为无腹筋梁 把同时还设置有箍筋和弯起钢筋的梁称为有腹筋梁 箍筋和弯起钢筋称为腹筋 4 1受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 4 1受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 章节重点 4 1 1无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 裂缝出现前 当梁上荷载较小时 裂缝尚未出现 梁 均质弹性体分析方法 材料力学方法 4 1 1无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态 4 1 1无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态 取微元体研究 位于中和轴处的微元体1 位于受压区的微元体2 位于受拉区的微元体3 结论 截面上一点都有剪应力和正应力 二者的共同作用下将产生主拉应力和主压应力 无腹筋梁的主应力轨迹线结论 剪弯段主拉应力方向是倾斜的 与梁轴线约为45度 而梁的下边缘主拉应力方向接近水平 混凝土的抗压强度低 当主拉应力超过混凝土极限抗拉强度时 即会出现裂缝 4 1 1无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态 裂缝出现后随着荷载增加 梁在剪跨内出现斜裂缝 不再是完整的匀质弹性梁 现以斜裂缝ab为界 取出如图4 3所示的隔离体 在隔离体上 外荷载在斜截面aa b上引起的弯矩为ma 剪力为va 裂缝出现后而斜截面上的抵抗力则有 1 斜截面上端混凝土剪压面 aa 上压力dc和剪力vc 3 在梁的变形过程中 斜裂缝的两边将发生相对剪切位移 使斜裂缝面上产生摩擦力以及骨料凹凸不平相互间的骨料咬合力 它们的合力为sa 4 由于斜裂缝两边有相对的上下错动 从而使纵向受拉钢筋受剪 通常称其为纵筋的销栓力vd 补充概念 销栓力 钢筋混凝土梁在产生裂缝后 裂缝两边的砼会相对滑动 梁纵向钢筋对两侧的梁体的滑动趋势有阻止作用 也就防止了裂缝的进一步发展 这个作用就成为销栓力 裂缝出现后忽略sa和vd因集料咬合力和销栓力难以定量估计 故不考虑骨料的咬合力sa和穿过斜裂缝的纵向钢筋在斜裂缝相交处的销栓力vd 裂缝出现后建立平衡方程 斜裂缝的出现 梁在剪弯段内的应力状态变化 主要表现在 1 开裂前的剪力是全截面承担的 开裂后则主要由剪压区承担 混凝土剪应力大大增加 裂缝出现后建立平衡方程 斜裂缝的出现 梁在剪弯段内的应力状态变化 主要表现在 2 与斜裂缝相交处的纵向钢筋应力 因斜裂缝出现而突然增大 因为在斜裂缝出现后 根据力矩平衡的概念 纵向钢筋的拉力ts则是由斜裂缝端点处截面aa 的弯矩ma所决定 ma比mb要大很多 拱机理无腹筋梁相继出现斜裂缝后 主压应力还能继续沿着斜裂缝之间的混凝土块传递 但斜裂缝下部的拱形混凝土块体ii所传递的主压应力 需通过纵向钢筋的销栓作用才能传递到支座上 但 纵筋所受剪力稍大就会使混凝土沿纵筋撕裂破坏 故纵筋销栓作用并不能充分发挥 因此块体ii所传的力很小 主要依靠块体i来传递主压应力 梁的受力状态可看作是一个设拉杆的拱结构 斜裂缝顶部的残余截面为拱顶 纵筋为拉杆 拱顶至支座间的斜面向受压混凝土为拱体 当拱顶的强度或拱体的抗压强度不足时 就会发生梁的截面破坏 即为无腹筋梁沿斜截面破坏的拱机理 随着斜裂缝的逐渐加宽 咬合力下降 纵筋混凝土可能劈裂 销栓力会逐渐减弱 梁上荷载绝大部分由上部拱体承担 即下图中的阴影部分 4 1 1无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态 4 1受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 章节重点 4 1 1无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 概念 剪跨比是一个无量纲常数 包括广义剪跨比和狭义剪跨比 广义剪跨比 4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态 狭义剪跨比 适用情况 集中荷载作用下 三类破坏形态试验研究表明 随着剪跨比m的变化 无腹筋简支梁斜截面破坏形态分为三类 1 斜拉破坏 2 剪压破坏 3 斜压破坏 4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态 三类破坏形态试验研究表明 随着剪跨比m的变化 无腹筋简支梁斜截面破坏形态分为三类 1 斜拉破坏 2 剪压破坏 3 斜压破坏 4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态 1 斜拉破坏 m 3 剪跨段产生斜裂缝 出现裂缝 就很快形成临界斜裂缝 主要斜裂缝 承载力急剧下降 脆性性质显著 破坏时由于混凝土 斜向 拉坏引起的 称为斜拉破坏 4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态 2 剪压破坏 1 m 3 剪弯段陆续出现斜裂缝 其中一条发展成为临界斜裂缝 此时部分荷载可通过拱作用传递到支座 承载力没有很快丧失 荷载可继续增加 并出现其他斜裂缝 4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态 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 3 斜压破坏 m 3 裂缝发展 首先是荷载作用点和支座之间出现一条斜裂缝 后出现若干平行斜裂缝 最终裂缝发展多而密 但没有主裂缝 4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态 最后拱上混凝土在斜向压应力的作用下受压破坏 斜压破坏承载力 取决于混凝土的抗压强度 无腹筋梁的破坏都是脆性破坏1 斜拉破坏是受拉脆性破坏 脆性破坏性质最明显 2 斜压破坏是受压脆性破坏 3 剪压破坏界于受拉破坏和受压破坏之间 4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态 4 1受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 章节重点 4 1 1无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态4 1 2无腹筋简支梁斜截面破坏状态4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 当梁中配置箍筋或弯起钢筋后 有腹筋梁中力的传递和抗剪机理将产生较大的变化 4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 裂缝出现前 箍筋的作用不大 裂缝出现后 与斜裂缝相交的箍筋中应力增大 起到抵抗剪切破坏的作用 腹筋的作用 1 把小拱体ii iii向上拉住 使沿纵向钢筋的撕裂裂缝不发生 从而使纵筋的销栓作用得以发挥 4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 腹筋的作用 2 将拱体ii iii传递过来的主压应力 传到基本拱体i上断面尺寸较大的还有潜力的部位上去 这就减轻了基本拱体i拱顶处所承压的应力 从而提高了梁的抗剪承载力 4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 腹筋的作用 3 有效地减小斜裂缝开展宽度 从而提高了斜截面上混凝土骨料咬合力 4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 结论 1 配置腹筋可有效提高梁的抗剪承载力 2 其中箍筋出现斜裂缝后产生作用 3 弯起钢筋在与临界斜裂缝相交后才能发挥作用 4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 4受弯构件斜截面承载力计算 重点 4 1受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 4 2影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素 4 3受弯构件的斜截面抗剪承载力 4 4受弯构件的斜截面抗弯承载力 4 5全梁承载力校核与构造要求 4 6连续梁的斜截面抗弯承载力 4 2影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素 通过对无腹筋梁和有腹筋梁的受力状态对比 有腹筋梁具有明显优势 更适用于结构应用 对有腹筋梁的斜截面抗剪承载力进行研究 影响因素主要有 1 剪跨比 2 混凝土抗压强度 3 纵向钢筋配筋率 4 箍筋数量及强度 试验表明 随着剪跨比的增大 梁的破坏形态按斜压 m3 的顺序演变 且抗剪承载力逐步下降 在m 3后 斜截面承载力趋于稳定 剪跨比的影响不明显 1 剪跨比 m 2 混凝土抗压强度 梁的抗剪能力随着混凝土抗压强度的提高而提高 其影响大致按线性规律变化 2 混凝土抗压强度 对不同剪跨比下梁的影响程度不相同 斜压破坏 m3 取决于混凝土的抗拉强度 剪压破坏 1 m 3 混凝土强度的影响则居于上述两者之间 梁的抗剪能力随纵向钢筋配筋率的提高而增大 纵筋受剪 产生了销栓力 抑制斜裂缝的开展和延伸 加大了剪压区混凝土的面积 提高了其抗剪承载力 3 纵向钢筋配筋率 随剪跨比m的不同 纵筋配筋率 的影响程度不同 剪跨比小时 纵筋的销栓作用较强 配筋率对抗剪能力影响较大 剪跨比大时 则影响相对较小 3 纵向钢筋配筋率 有腹筋梁出现斜裂缝后 箍筋直接承受部分的剪力 且有效抑制斜裂缝的开展和延伸 大大提高梁的抗剪能力 试验表明 箍筋用量多少可以改变梁斜截面的破坏形态 当配置箍筋适当时 梁的抗剪能力随配箍量的增多和箍筋强度的提高有较大幅度的增长 故配箍率和箍筋强度是梁抗剪强度的主要影响因素 4 配箍率和箍筋强度 对箍筋的数量 般用配箍率 sv表示 即 由于梁斜截面破坏属于脆性破坏 为了提高斜截面延性 不宜