混凝土结构设计基本原理-第4章-钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算.ppt

混凝土结构设计基本原理 中南大学土木建筑学院黄天立博士 讲师E mail htianli Tel 137 87150846 第四章钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算 本章重点 混凝土结构设计基本原理 第四章 斜截面破坏的主要形态及特点 掌握受弯构件斜截面承载力的计算公式及 适用条件 防止斜压和斜拉破坏的措施 了解受弯构件斜裂缝形成前后的应力状态 影响斜截面受剪承载力的主要因素 熟悉构造要求 交作业 混凝土结构设计基本原理 第四章 弯剪段 本章研究的主要内容 统称腹筋 帮助混凝土梁抵御剪力 有腹筋梁 既有纵筋又有腹筋无腹筋梁 只有纵筋无腹筋 箍筋肢数 单肢箍面积 箍筋总面积 正截面受弯破坏 斜截面受剪破坏斜截面受弯破坏 混凝土结构设计基本原理 第四章 一 斜裂缝形成前的应力状态 弯剪段中和轴以上中和轴中和轴以下 纯弯段 混凝土结构设计基本原理 第四章 裂缝可能由截面底部开始出现 弯剪斜裂缝 裂缝可能由截面中部开始出现 腹剪斜裂缝 弯剪斜裂缝 腹剪斜裂缝 当时 梁的剪弯段开裂 出现斜裂缝 下宽上窄最常见 中间宽两头小常见于薄腹梁 混凝土结构设计基本原理 第四章 斜裂缝由主拉应力造成 斜裂缝的方向与主拉应力迹线垂直 箍筋弯起钢筋 腹筋 混凝土结构设计基本原理 第四章 二 斜裂缝形成后的应力状态 荷载产生的剪力裂缝上端混凝土承受的剪力压力纵筋拉力纵筋销栓力骨料咬合力 混凝土结构设计基本原理 第四章 斜裂缝出现前 剪力由整个截面承受 弯剪段某截面 如图E截面 的钢筋应力与该截面的弯距成正比 斜裂缝出现后 受剪面积减小 受压区混凝土剪应力 压应力显著增大 剪压区 截面E处的钢筋应力取决于临界斜裂缝顶点截面C处的弯距 即与成正比 纵筋应力增大 混凝土结构设计基本原理 第四章 一 剪跨比 对于集中荷载的简支梁 剪跨比 反映截面上弯曲正应力与剪应力的比值 反映截面上M与V的比值 即 与 的比值 实际反映梁内正应力与剪应力的比值 而 与 的大小决定了主拉应力的大小和方向 从而影响截面破坏形态 计算剪跨比 广义剪跨比 混凝土结构设计基本原理 第四章 二 沿斜截面破坏的主要形态 一 无腹筋梁斜截面破坏的主要形态 取决于剪跨比的大小斜拉破坏剪压破坏斜压破坏 剪跨比的大小对主压应力的影响 斜拉破坏试验 剪压破坏试验 斜压破坏试验 混凝土结构设计基本原理 第四章 1 斜拉破坏 受拉边缘一旦出现斜裂缝便迅速延伸至集中荷载作用点 使梁沿斜向拉裂成两部分而突然破坏 主拉应力产生的极限拉应变超过混凝土的极限拉应变 斜截面受剪承载力取决于混凝土的抗拉强度 混凝土结构设计基本原理 第四章 2 剪压破坏 受拉边缘先裂 形成弯剪斜裂缝 几条弯剪斜裂缝形成一条主要的斜裂缝 临界斜裂缝 临界斜裂缝开展 梁上部混凝土剪压区减小 最终由于混凝土被压酥而破坏 破坏是由于梁上部剪压区混凝土在剪应力 水平向压应力以及集中荷载作用点处竖向压应力共同作用造成 斜截面受剪承载力高于斜拉破坏 混凝土结构设计基本原理 第四章 3 斜压破坏 混凝土结构设计基本原理 第四章 梁斜截面破坏的主要形态 承载能力 斜压 剪压 斜拉 斜截面受剪均属于脆性破坏 除发生以上三种破坏形态外 还可能发生纵筋锚固破坏 粘结裂缝 撕裂裂缝 或局部受压破坏 破坏性质 混凝土结构设计基本原理 第四章 二 有腹筋梁斜截面破坏的主要形态 取决于箍筋的配置数量斜拉破坏剪压破坏斜压破坏 1 斜拉破坏 且箍筋配置数量过少 2 剪压破坏 箍筋配置数量适当 3 斜压破坏 1 箍筋配置数量过多 箍筋不屈服2 梁腹过薄 限制最小配箍率 限制截面最小尺寸 计算确定腹筋的配置数量 混凝土结构设计基本原理 第四章 混凝土结构设计基本原理 第四章 有腹筋梁斜截面剪压破坏试验 混凝土结构设计基本原理 第四章 1 剪跨比 斜拉破坏剪压破坏斜压破坏 剪跨比越大 受剪承载力越低 当剪跨比大于3时 剪跨比的影响不明显 图4 8 2 混凝土强度等级 图4 9 混凝土强度等级与受剪承载力大致为线性关系 混凝土结构设计基本原理 第四章 3 配箍率和箍筋强度 有腹筋梁出现斜裂缝后 箍筋不仅直接承受部分剪力 而且能有效地抑制斜裂缝的开展和延伸 对提高剪压区混凝土的抗剪能力和纵筋的销栓作用都有一定影响 试验表明 在配箍量适当的范围内 梁的箍筋配得越多 箍筋强度愈高 梁的受剪承载力也愈大 配箍量一般用配箍率 又称箍筋配筋率 表示 即 混凝土结构设计基本原理 第四章 4 纵向钢筋配筋率 增加纵向钢筋配筋率 将提高梁的受剪承载力 二者大致成线性关系 这是由于纵向受拉钢筋能抑制斜裂缝的开展和延伸 使剪压区混凝土的面积增大 从而提高剪压区混凝土承受的剪力 纵筋数量增加 销栓作用增加 图4 12 混凝土结构设计基本原理 第四章 钢筋混凝土梁的抗剪机理复杂 影响因素很多 很难综合考虑 至今尚未建立全面合理的分析模型 且剪切破坏都是脆性的 规范 根据大量的试验结果 分析梁受剪的一些主要影响因素 建立了半理论半经验的受剪承载力计算公式 规范 公式基于剪压破坏特征建立 混凝土结构设计基本原理 第四章 仅配有箍筋梁的斜截面受剪承载力 ft 砼轴心抗拉强度设计值 2 考虑截面高度影响 截面高度影响系数 混凝土结构设计基本原理 第四章 一 无腹筋梁的斜截面受剪承载力 1 一般无腹筋梁 混凝土结构设计基本原理 第四章 3 集中荷载作用下的独立梁 考虑剪跨比的影响 计算截面的剪跨比 集中荷载下或集中荷载引起的支座边缘的剪力占总剪力75 以上的独立梁 混凝土结构设计基本原理 第四章 二 仅配有箍筋梁的斜截面受剪承载力 待定系数 由试验确定 混凝土结构设计基本原理 第四章 1 受集中荷载为主的矩形 T形和I形截面简支梁 计算截面的剪跨比 4 23 混凝土结构设计基本原理 第四章 2 一般情况下的矩形 T形和I形截面简支梁 4 25 混凝土结构设计基本原理 第四章 三 配有箍筋和弯起钢筋梁的斜截面受剪承载力 同一弯起平面内弯起钢筋截面面积 弯起钢筋的抗拉强度设计值 应力分布不均匀系数 弯起钢筋与梁纵轴方向的夹角 混凝土结构设计基本原理 第四章 四 计算公式的适用条件 适用于剪压破坏 1 上限值 最小截面尺寸及最大配箍率 为了防止斜压破坏 要求 混凝土结构设计基本原理 第四章 截面的腹板高度 按下图确定 混凝土结构设计基本原理 第四章 2 下限值 最小配箍率 为了防止斜拉破坏 要求 1 当梁的受剪承载力满足下列要求时 对受集中荷载作用为主的矩形 T形和I形截面梁 对一般情况下的矩形 T形和I形截面梁 按构造要求配箍筋 混凝土结构设计基本原理 第四章 2 梁的配箍率满足最小配箍率要求 构造要求 箍筋的直径满足表4 2要求 表4 2梁内箍筋的最小直径 混凝土结构设计基本原理 第四章 箍筋的间距应满足表4 3要求 表4 3梁中箍筋最大间距 mm 混凝土结构设计基本原理 第四章 六 斜截面受剪承载力的计算位置 混凝土结构设计基本原理 第四章 斜截面受剪承载力的计算按下列步骤进行设计 1 确定计算截面及其剪力设计值 2 验算是否满足截面限制条件 如不满足 则应加大截面尺寸或提高混凝土的强度等级 3 验算是否需要按计算配置腹筋 4 计算腹筋 1 对仅配置箍筋的梁 可按下式计算 七 斜截面受剪承载力的计算步骤 1 截面设计 混凝土结构设计基本原理 第四章 对集中荷载作用下的独立梁 2 同时配置箍筋和弯起钢筋的梁 可以根据经验和构造要求配置箍筋确定Vcs 然后按下式计算弯起钢筋的面积 对矩形 T形和工字形截面的一般受弯构件 5验算箍筋间距 直径和最小配箍率是否满足要求 混凝土结构设计基本原理 第四章 检查截面限制条件 检查是否满足最小配箍率 代入公式 4 23 或 4 25 计算受剪承载力 2 承载力校核 混凝土结构设计基本原理 第四章 混凝土结构设计基本原理 第四章 一 纵向受力钢筋在支座处的锚固 1 简支板 锚固破坏 las 5d 采用焊接网配筋时 混凝土结构设计基本原理 第四章 2 简支梁 混凝土结构设计基本原理 第四章 混凝土结构设计基本原理 第四章 3 连续梁和框架梁中间支座处纵筋的锚固 混凝土结构设计基本原理 第四章 二 弯起钢筋的锚固 1 弯起钢筋的终弯点外应留有锚固长度 光面钢筋端部还应做弯钩 混凝土结构设计基本原理 第四章 2 不得采用浮筋做弯筋 混凝土结构设计基本原理 第四章 三 箍筋的构造要求 1 箍筋的形式和肢数 梁受扭或承受动荷载时 不得使用开口式箍筋 混凝土结构设计基本原理 第四章 2 箍筋的直径 表4 2梁内箍筋的最小直径 3 箍筋的间距 表4 3梁中箍筋最大间距 mm 混