混凝土的弯剪承载力.ppt

第十三章弯剪承载力剪力是工程中最常见的梁柱构件，控制着其承载力、变形和裂缝性能，截面设计的主要内力是轴力n和弯矩m(第十章至第十二章)。剪力是另一个主要的内力，在构件中总是与弯矩共存(v=DM/dx)。一般来说，只需在截面设计后检查已知构件的抗剪承载力，或提供横向钢筋。在某些情况下，如小跨高比梁、薄腹梁、高层建筑剪力墙等。剪力可能成为控制构件设计的主要因素。当构件的性能和设计受剪力控制时，构件的应力状态比压弯构件的应力状态更复杂，压弯构件具有以下特点：没有简单受剪的构件(m=0)。尽管在构件上可以找到“纯剪切”截面，例如端部简支支撑的一侧以及构件上正弯矩和负弯矩之间的差异，但构件不会沿着该垂直截面受损。在剪力恒定(v=const)的截面中，弯矩线性变化，当剪力导致斜裂纹破坏时，构件不可避免地受到弯矩的影响。因此，构件的抗剪承载力实质上是剪力和弯矩共同作用下的承载力，可称为抗弯抗剪承载力。在剪切力的作用下，产生一对剪应力，在构件中形成二维应力场。即使材料是完全弹性的，平截面的假设也不再适用。构件失效过程中出现显著的应力重分布(图13-2)；构件的破坏过程短，延性小，一般为脆性破坏。针对钢筋混凝土构件在剪力和其他内力共同作用下的力学行为，国内外进行了大量的试验和理论研究，取得的许多研究成果已被纳入相关设计规范并应用于工程实践。然而，由于其受力状态的复杂性，抗剪强度的机理分析和计算精度仍不完善。13.1.1典型(剪切和压缩)失效模式。研究对象为：矩形截面简支梁，配有抗拉主筋(无腹筋)，研究剪切和弯矩作用下的典型破坏过程。荷载条件为：两个对称的集中荷载，荷载和支座之间的剪力V为一个常数，弯矩M为线性变化。该截面称为剪弯截面，其长度A称为剪跨比，该截面的有效高度h0之比称为剪跨比(=a/h0)。图D:在知道剪切-弯曲截面各点的x、y、后，做莫尔圆，确定各点主应力的值和方向。画出梁的主要拉压应力迹线。弯矩和剪力的相对值(m/v=a)随梁上荷载位置或剪力跨度的变化而变化，x、y和的相对值也随之变化，形成不同的弯剪破坏模式和不同的极限承载力。图C:点A有水平拉应力和剪应力，点B在中心轴上，只有剪应力存在，点C有水平压应力和剪应力，点D有水平压应力、垂直压应力和剪应力。不同的应力状态有不同的主应力方向。图B:剪切-弯曲截面的二维应力状态，水平正应力(x=My/I)沿截面呈线性分布；剪应力=VS/bI，沿截面高度呈二次分布。适用于弹性梁和钢筋混凝土开裂前。此外，在集中荷载和支座反力附近，存在局部和不均匀的垂直正应力y，一般为压应力。Px，出现斜裂纹。2.剪切和压缩破坏混凝土在正应力(x，y)和剪切应力()的共同作用下达到双轴抗压强度，并被破坏，出现横向裂缝和破坏区域。斜裂纹的下端在与钢筋的相交处变宽，沿纵向有一条水平撕裂裂纹2.腹板钢筋的主要作用：制作构件时固定纵向钢筋的位置，长期使用时承受温度应力，减小裂缝宽度等成为梁、柱等的必备部件。3.刚度：构件总用钢量的15%-25%。对于配有箍筋的钢筋混凝土梁，当接近极限荷载时，梁端剪力跨段箍筋实测应力(变化)分布如图13-10所示。当荷载P或剪力V较小时，混凝土不开裂，箍筋应力很低。对提高梁的开裂荷载没有显著效果。为了增加梁上的载荷，在较大的弯矩区出现垂直方向的拉伸裂纹。这种裂缝与箍筋平行，对箍筋应力影响不大。继续增加载荷，拉伸裂纹向上延伸，斜角减小，形成弯曲和剪切裂纹；在支架附近，出现倾斜的腹部剪切裂缝，并延伸到上侧和下侧。当这些裂缝与箍筋相交时，箍筋应力突然增加。随着斜裂缝的扩大和延伸，箍筋的应力不断增加，箍筋的应力突然增加。因此，每个箍筋的应力值和分布是不同的。即使同一箍筋的应力沿长度(截面高度)分布不均匀，也完全取决于斜裂缝的位置和发展程度。由于支撑的反作用，支撑内部和周围的箍筋可能承受压缩应力。腹部出现斜切裂缝，上下延伸。弯曲剪切裂缝发生时，当与箍筋相交时，箍筋应力突然增大，在构件接近破坏前，箍筋靠近腹剪裂缝最宽部分先屈服，虽然屈服应力fy仍保持不变，但不能限制斜裂缝的发展。随后，相邻箍筋相继屈服，斜裂缝宽度沿全长增加，骨料咬入效应减弱。最后，斜裂缝上端的混凝土在正应力和剪应力的共同作用下被破坏，形成剪压破坏模式。在破坏后试件最宽的斜裂缝处，可以看到箍筋断裂，断口有明显的细颈现象。腹部剪切裂缝最宽部分的箍筋首先屈服，弯曲钢筋1。什么是弯曲钢筋？对于一些大截面梁，中跨弯矩所需的纵向钢筋数量很大。除了一些钢筋必须伸入支架中以便正确锚固之外，其余钢筋可以根据弯矩(包络)图的形状在不再需要的地方切断或弯曲。2、弯曲钢筋的位置？弯曲钢筋进入截面上部并穿过支座，可作为抵抗连续梁负弯矩的主筋。3.弯曲可作为钢筋，减缓裂缝的发展，提高构件的抗弯和抗剪承载力。抗剪强度与箍筋相似；对斜裂缝的出现影响不大；当斜裂纹延伸并穿过弯曲的钢筋时，应力突然增加。沿着弯曲肋的长度方向，应力随着裂纹的位置而变化。当构件被破坏时，与倾斜裂缝相交的弯曲钢筋可能屈服，这取决于裂缝的位置和宽度。什么是腹肌？箍筋和纵向钢筋的弯曲部分统称为梁的腹板钢筋。2.腹肌的位置？箍筋一般垂直于构件轴线和纵向钢筋放置，便于施工，但也可倾斜放置，与构件轴线成30-45夹角。3、腹肌的作用？限制斜裂缝发展宽度是箍筋和受弯钢筋的间接作用，它们直接承受部分剪力。增强了腹部混凝土的骨料咬合力，抑制了纵向肋撕裂混凝土保护层的作用，增加了纵向肋的钉扎力VD；由腹板钢筋和纵向钢筋组成的框架限制了混凝土内部。注意：无论何种箍筋，都必须可靠锚固，才能充分发挥承载功能。然而，在估算剪切作用时必须清楚13.2.2弯剪承载力的组成，腹板配筋梁弯剪承载力的主要组成部分(图13-11)有：斜裂缝上端的抗剪强度Vc，沿斜裂缝的混凝土骨料咬合强度Vi，纵向配筋的横向(销Vd)力，箍筋和弯筋的抗剪强度(Vs和Vd)等。未开裂混凝土的抗剪强度、混凝土骨料沿斜裂缝的咬入作用Vi、纵向钢筋的横向(销Vd)力、箍筋和弯钢筋的抗剪强度(Vs和Vd)，以及这些抗剪分量的作用和相对比例随着构件不同受力阶段裂缝的形成和发展而不断变化(图13-12)。构件极限状态的弯剪承载力是这五个部分的总和：OA截面：在构件开裂之前，几乎所有的剪力都由混凝土承担。纵肋和腹肋的应力很低。截面AB: V=VA，先出现弯曲裂纹，后形成弯曲剪切裂纹。沿斜裂缝的骨料咬入作用和纵向肋的销栓力参与抗剪。BC段：腹剪裂缝的发生和发展依次通过箍筋(=VB)和弯筋(=VC)，两者都相应地作用，它们所承受的剪力逐渐增大，有效地限制了斜裂缝的发展。横向截面：荷载继续增加，斜裂缝继续发展，单个箍筋先屈服(=VD)，相邻箍筋相继屈服