结构设计原理 chapter.ppt

ConcreteStructuralFundamentals 混凝土结构基本原理 主讲 管巧艳 2012 10 10 CHAPTRE4受弯构件斜截面承载力计算SHEARSTRENGTHOFMEMBERS 受弯构件 amemberunderflexure 除承受弯矩 moment 外 往往还同时承受剪力 shear 即使构件配置有足够的纵筋 longitudinalreinforcement 以抵抗正截面 perpendicularsections 的弯矩 构件仍有可能发生破坏 这是因为在弯矩和剪力的共同作用下斜截面 diagonalsections 强度不足引起的 斜截面破坏带有脆性破坏的性质 缺乏明显的预兆 设计人员必须使设计的构件既能抵抗弯矩 也能抵抗剪力 4 1受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态 transversereinforcement 横向钢筋 orthesocalledwebreinforcement 腹筋 mustbedesignedtoprovideadequateultimatestrengthforthediagonalsections Thewebreinforcementmaybecomposedoftransversetiesorstirrups 箍筋 andinclinedbars 斜筋 bentupfromthesurpluslongitudinalreinforcingbars 有腹筋梁和无腹筋梁 4 1 1无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态 1 裂缝出现前 处于弹性阶段 可用材料力学的方法分析 主拉应力的作用方向与梁纵轴的夹角 单元1位于中和轴处 该单元上只作用有剪应力 shearstress 而无正应力 directstress 主拉应力与主压应力相互垂直与梁轴线成450角 主拉应力与主压应力的大小相等 均等于剪应力 分析图有 单元2在梁受压区内 单元作用有剪应力和压应力 由于压应力的存在 使得主拉应力小于主压应力 且主拉应力与梁轴线的夹角大于450 单元3在梁受拉区内 单元上作用有剪应力和拉应力 由于拉应力的存在 使得主拉应力大于主压应力 且主拉应力与梁轴线的夹角小于450 2 裂缝出现后 处于弹塑性阶段 当主拉应力超过混凝土复合受力下的抗拉强度时 就会出现与主拉应力迹线大致垂直的裂缝 抵抗主拉应力的钢筋 弯起钢筋和箍筋分析出现斜裂缝后的隔离体 1 斜裂缝上端剪压区混凝土截面承担的剪力和压力 3 斜裂缝交界面骨料的咬合与磨擦作用传递的剪力 4 纵向钢筋的销栓作用传递的剪力 2 纵向钢筋的拉力 斜截面上的抵抗力有 最初骨料的咬合力占了很大比例 但随着裂缝的开展 其所承担的剪力迅速减少 作用在纵筋的销栓力可能产生沿纵筋的劈裂裂缝 使销栓作用大大降低 由于和都难以定量估计 为简化计算分析 忽略不计 无腹筋构件剪力的三个组成部分中 只有斜裂缝上端截面承担的剪力最为稳定 根据平衡条件有 构件的应力状态在斜裂缝出现后发生了以下变化 1 斜裂缝出现前 剪力由梁全截面承担 但在斜裂缝出现后 剪力由斜裂缝上端剪压区的混凝土截面来承担 因而剪压区的剪应力显著增大 2 在斜裂缝出现前 在图4 2中截面B处纵筋拉力的拉应力由决定 在斜裂缝出现后 B处的纵筋拉力由A处的弯矩决定 由于 故斜裂缝出现后纵筋的拉应力将显著增大 3 纵筋应力突然增大 使斜裂缝的宽度加大 向上延伸到剪压区 使剪压区高度减小 混凝土的压应力突然增大 4 斜裂缝出现后 纵筋间的混凝土可能产生沿纵筋的撕裂裂缝 随着荷载的继续增加 剪压区混凝土承受的剪应力和压应力也继续增加 混凝土处于剪压复合受力状态 当达到此种状态的极限强度时 剪压区混凝土发生破坏 亦即发生斜截面破坏 破坏时的受力模型 拉杆 拱结构 4 1 2ModesofFailureofDiagonalSectionofBeamswithoutWebReinforcement 无腹筋梁斜截面的破坏形态 剪跨比 广义剪跨比和狭义剪跨比 generalizedshearspanratio 广义剪跨比 calculatedshearspanratio 计算 狭义 剪跨比 1 斜拉破坏发生条件 剪跨比较大 a h0 3或l0 h0 8 破坏特点 首先在梁的底部出现垂直的弯曲裂缝 随即 其中一条弯曲裂缝很快地斜向伸展到梁顶的集中荷载作用点处 形成所谓的临界斜裂缝 将梁劈裂为两部分而破坏 同时 沿纵筋往往伴随产生水平撕裂裂缝 抗剪承载力取决于混凝土的抗拉强度 2 剪压破坏发生条件 剪跨比适中1 a h0 3或3 l0 h0 8破坏特点 首先在剪跨区出现数条短的弯剪斜裂缝 其中一条延伸最长 开展较宽的裂缝成为临界斜裂缝 临界斜裂缝向荷载作用点延伸 使混凝土受压区高度不断减小 导致剪压区混凝土达到复合应力状态下的极限强度而破坏 抗剪承载力主要取决于混凝土在复合应力下的抗压强度 3 斜压破坏发生条件 剪跨比很小a h0 1或l0 h0 3 破坏特征 在梁腹中垂直于主拉应力方向 先后出现若干条大致相互平行的腹剪斜裂缝 梁的腹部被分割成若干斜向的受压短柱 随着荷载的增大 混凝土短柱沿斜向最终被压酥破坏 抗剪承载力取决于混凝土的抗压强度 受剪破坏均属于脆性破坏 其中斜拉破坏最明显 斜压破坏次之 剪压破坏稍好 4 1 3有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态 为了提高无腹筋钢筋混凝土梁的受剪承载力 防止梁沿斜截面发生脆性破坏 实际结构中常配有腹筋 stirrupandbend upbar 有腹筋梁斜裂缝出现前 腹筋的应力很小 腹筋作用不明显 其受力性能和无腹筋梁相近 有腹筋梁斜裂缝出现后 形成了一种桁架 拱的受力模型 斜裂缝间齿状体混凝土有如斜压腹杆 diagonalcompression 箍筋的作用有如竖向拉杆 临界斜裂缝上部及受压区混凝土相当于受压弦杆 compressionchord 纵筋相当于下弦拉杆 tensionchord 1 与斜裂缝相交的腹筋可以通过以下的作用来延缓构件的破坏 与斜裂缝相交的腹筋可以承担部分剪力 2 腹筋能限制斜裂缝的开展和延伸 增大剪压区的面积 3 腹筋可以限制斜裂缝的宽度 因此可提高骨料的咬合传递的剪力 4 箍筋可以有效地阻止纵筋发生垂直方向的位移 使纵筋之间的混凝土不会由于纵筋的销栓作用而被撕裂 2 有腹筋梁沿斜截面破坏的形态 腹筋虽然不能防止斜裂缝的出现 但却能限制斜裂缝的开展和延伸 因此 腹筋的数量对斜截面的破坏形态和受剪承载力有很大影响 4 2影响斜截面抗剪承载力的主要因素 1 ShearSpanRatio 剪跨比 2 StrengthofConcrete 混凝土强度 3 StirrupRatioandt