第五章受弯构件斜截面承载力汇总VIP

1、第四章受弯构件的斜截面承载力Shear Strength of RC Beam受弯构件在荷载作用下, 同时产生弯矩和 剪刀。在主要承受弯 矩的区段内，产生 正截面受弯破坏；而在剪力和弯 矩共同作用的支座 附近区段内，则会 产生斜截面受剪破 坏或斜截面受弯破 坏.箍筋对抑制斜裂缝 开展的效果比弯起 钢筋的好，所以工 程中应优先采用箍 筋.放置于梁侧边缘的 钢筋不宜弯起，位 于梁底的角筋不能 弯起，弯起钢筋的 直径不宜过粗。以 免引起弯起处混凝箍筋(Stirrup)土的劈裂裂缝(如腹筋下即弯起钢筋(Bent叩Bar)(Shear Reinforcement)弯起钢筋的明力传递4.2斜裂缝、剪跨比及

2、斜截面受剪破坏形态4.2.斜裂缝是因梁中弯矩和剪力产生的主拉应变超过混 凝土的极限拉应变而出现的。斜裂缝主要有两类：猿剪 热和弯竟斜裂健.在中和轴附近，正应力小，剪应I力大，主拉应力方向大致为45 .当 -荷载增大，拉应变达到混凝土的极限/拉应变值时，混凝土开裂，沿主压应Lx力迹线产生腹部的斜裂缝，称为腹剪腹剪斜裂缝斜裂缝.腹剪斜裂缝中间宽两头细，呈枣核形，常见于薄腹梁 中，如图所示在剪弯区段截面的下边缘，主拉应力还是水平向的. 所以，在这些区段仍可能首先出现一些较短的垂直裂缝， 然后延伸成斜裂缝，向集中荷载作用点发展，这种由垂直 裂缝引伸而成的斜裂缝的总体，称为弯剪斜裂缝，这种裂 缝上细下宽

3、，是最常见的，如下图所示。与弯矩引起 二一r的裂缝比较弯剪斜裂缝4. 2.2剪跨比剪跨比兀为集中荷载到临近支座的距离。（剪跨）与梁 截面有效高度力的比值，即入=。/包。某截面的广义剪跨比为该截面上弯矩，”与剪力和 截面有效高度乘积的比值，即入=也（丫队）剪跨比反映了梁中正应力与剪应力的相对比值。 一定程度上也反映了截面上弯矩与剪力的相对比值。1、承受集中荷载时，2 =襄=9V% 儿2、承受均布荷载时，设以为计算截面离支座的距离，则 _ A/ _ p-p2 /=西=2/5京4.2.3斜截面受剪破坏的三种主要形态 一、斜裂缝出现后梁中受力状态的变化斜裂缝出现前：剪力由整个截面承担。支座附近截面a

4、- a处的钢筋 应力。，与该截面处的弯矩M.成正比轴拉构件和受弯构件裂缝出现 时产生应力重分布.斜裂缝出现后，梁中受力状态 会发生什么变化呢？斜裂缝出现后，受剪面积减 小，受压区混凝土剪力增大 （剪压区）斜裂缝出现后，截面a-a 的钢筋应力。$取决于临界斜 裂缝顶点截面b-b的My 即与Mb成正比。因此，斜裂缝的出现使支座 附近j与跨中截面的J相近, 这对纵筋的锚固提出更高的 要求.梁由原来的梁传力机制变成拉 杆拱传力机制.同时，销栓作用Vd使纵 筋周围的混凝土产生撕裂 裂缝，削弱混凝土对纵筋 的锚固作用。二、无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态1）斜拉破坏：当剪跨比较大（43）时出现.此破坏系 由梁

5、中主拉应力所致，其特点是斜裂缝一出现梁即破坏, 破坏呈明显脆性，类似于正截面承载力中的少筋破坏. 其特点是当垂直裂缝一出现，就迅速向受压区斜向伸展, 斜截面承载力随之丧失.2）斜压破坏：当剪跨比较小（标1）时出现。此破坏 系由梁中主压应力所致，类似于正截面承载力中的超筋 破坏，表现为混凝土压碎，也呈明显脆性，但不如斜拉 破坏明显。这种破坏多数发生在剪力大而弯矩小的区段 ,以及梁腹板很薄的T形截面或工字形截面梁内.破坏 时，混凝土被腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱而被压 坏，破坏是突然发生斜压破坏3)剪压破坏：当剪跨比一般(140)时出现。此破坏系由 梁中剪压区压应力和剪应力联合作用所致，类似于正

6、截面承载 力中的适筋破坏，也属脆性破坏，但脆性不如前两种破坏明显 其破坏的特征通常是，在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些 垂直裂缝，它们沿竖向延伸一小段长度后，就斜向延伸形成一 些斜裂缝，而后又产生一条贯穿的较宽的主要斜裂缝，称为临 界斜裂缝，临界斜裂缝出现后迅速延伸，使斜截面剪压区的高 度缩小，最后导致剪压区的混凝土破坏，使斜截面丧失承载力剪压破坏如图为三种破坏形态的荷较 挠度(尸曲线图，从图中曲线 可见，各种破坏形态的斜截面承 戮力各不相同，斜压破坏时最大, 其次为剪压，斜拉最小。它们在 达到峰值荷载时，跨中挠度都不大,破坏后荷载都会迅速下降，/表明它们都属脆性破坏类型，而L .其中尤以斜拉

7、破坏为甚.设计中斜压破坏和斜拉破坏主要靠构造要求来避免， 而剪压破坏则通过配箍计算来防止.三、有腹筋梁的斜截面受剪破坏形态与无腹筋梁类似，有腹筋梁的斜截面受剪破坏形态 主要有三种：斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏.当43,且箍筋配置的数量过少，将发生斜北破坏； 如果43,箍筋的配置数量适当，则可避免斜拉破坏，而 发生1压破坏；剪跨比较小或箍筋的配置数量过多，会 发生斜压破坏对有腹筋梁来说，只要截面尺寸合适，箍筋数量适 当，剪压破坏是斜截面受剪破坏中最常见的一种破坏形 式4. 3斜截面受剪破坏的主要影响因素1. 3. 1剪跨比对斜截面受剪承载力的影响试验&明，剪跨比越大，行披筋梁的抗剪承我力越低,

8、如图所示。对无腹筋梁来说,剪跨比越大，抗剪承载力也越 低，但当心3,低跨比的影响不再明显。4. 3.2混凝土强度对斜截面受剪承载力的影响斜截面破坏是因混凝土到达极限强度而发生的，故斜截 面受剪承裁力随混凝土的强度等级的提高而提高。梁斜压破 坏时，受剪承载力取决于混凝土的抗压强度.梁为斜拉破坏 时，受剪承载力取决于混凝土的抗拉强度，而抗拉强度的增 加较抗压强度来得缓慢，故混凝土强度的影响就略小.剪压 破坏时，混凝土强度的影响则居于上述两者之间。4 彳N mnr，4. 3.3纵向钢筋配筋率对斜截面受剪承载力的 影响试验表明，梁的受剪承我力随纵向钢筋配筋率p的提高而 增大.这主要是纵向受拉钢筋约束了

9、斜裂缝长度的延伸，从 而增大了剪压区面积的作用.4. 3.4配筋率和箍筋强度对斜截面受剪承载力 的影响有腹筋梁出现斜裂缝后，箍筋不仅直接承受相当部分 的剪力，而且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向钢筋的销栓作用有着积极的 影响。试验表明，在配掖最适当的范围内，梁的受剪承载 力随配箍量的增多、箍筋强度的提高而有较大幅度的增长。配箍量一般用配箍率（又称箍筋配筋率）p八表示，即如图表示配箍率与掩 筋强度人的乘积对梁受剪承 载力的影响.当其它条件相 同时，两者大体成线性关系。 如前所述，剪切破坏属脆性 破坏。为了提高斜截面的延 性，不宜采用高强度钢筋作 箍筋.4. 3.

10、 5截面尺寸和截面形状对斜截面受剪承 载力的影响1 .截面尺寸的影响截面尺寸对无腹筋梁的受剪承载力有影响，尺寸大 的构件，破坏时的平均剪应力 EV/bh。），比尺寸小的 构件要降低。有试验表明，在其他参数（混凝土强度、纵 筋配筋率、剪跨比）保持不变时，梁高扩大4倍，受剪承 载力可下降25%30%.对于有腹筋梁，截面尺寸的影响将减小.2 .截面形状的影响这主要是指T形截面梁，其翼缘大小对受剪承载力有 一定影响。适当增加翼缘宽度，可提高受剪承载力25%, 但翼缘过大，增大作用就趋于平缓.另外，梁宽增厚也 可提高受剪承载力.4. 4斜截面受剪承教力的计算公式与适 用范围5. 4.1基本假定1 .假定

11、梁的斜故面受剪承载力匕由斜裂缝上剪压区混 凝上的抗剪能力匕，。斜裂缝相交的箍筋的抗剪能力匕、,和勺 斜裂缝相交的弯起钢筋的抗剪能力外三部分所组成（图5- 15）。由平衡条件EY=O可得：I 匕=匕+%+%irrTwro i 1如令4为箍筋和混凝土LilJZfxj； vc共同承受的电力，即当茨匕6则受剪承载力的组成vu=v+vh2 .梁剪压破坏时，当斜裂缝相交的输筋和弯起钢筋的 拉应力都达到其屈服强度，但要考虑拉应力可能不均匀，特 别是轮近典压区的筋筋行可能达不到屈服强度。3 .斜裂缝处的骨科咬合力和纵筋的销栓力，在无腹筋 梁中的作用还较显芳，两者承受的剪力可达总剪力的 50%90%,但试验表明

12、在有腹筋梁中,它们所承受的剪力 仅占总剪力的20%左右。4 .截面尺寸的影响要对无腹筋的受弯构件,故仅在 不配箍筋和穹起钢筋的厚板计算时才予以考虑。5 .剪跨比是影响斜截而承载力的重要因素之一，但为 r计算公式应用简便，仅在计算受集中荷载为主的梁时才考 虑了九的影响。5. 4. 2斜截面受剪承载力的计算公式I.均布荷载作用卜.矩形、T形和形截面的简支梁,当仅配箍舫时，斜面受剪承我力的计算公式匕=匕=。.7/-4 + 12564.儿2 .对集中荷羲作用下的矩形、T形和I形假面独 立简支梁当仅配箍筋时，斜假面受剪承4戈力的计算公匕=几=TTT #4 + L0& & 44 + 1.0S这里,指砒n而

13、及是包括作用仃多种硝d 式一集 中荷载对支用截面或节点边缘边缘所产生的剪力值占 总剪力值的75%以上的情况。3 .配有箍筋和方起钢筋时梁的斜截面受剪承我 力，其斜截面承我力设计表达式为：卜二口+0.8/RinaF4 .不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件, K斜截面的受剪承我力应按下列公式计月V 0.74小A假面高度影响系数，当M小于800mm时，取%等800mm : %大2(MX)mm时，取等于 2000mm。5. 4. 3计算公式的适用范围1 .上限值一最小截面尺寸山喑W4.0时，属一般的梁，应满足Y0.25/W%毋6吧咆薄腹梁，.应满足V0.2/?c/M时，属了薄腹梁，应满足V 丫-0

14、.7,她-0.8/儿sina38f3，济 展冲力岫-0.814sina小M 4+ 1.0s 1 。人A)然*验以方起点的位置是否满足斜假面承我力的 要求。5.6粘结、锚固及钢筋布置Bond , Anchorage and Reinforcement DetailingQuestions:受弯构件正截面承载力斜截面承载力计算理论成立的前提？钢筋能够达到其设计强度How to ensure the reinforcement strength being fully developed in RC members?Bond Detailing概述密弯构件正截面受育承载力和斜械面要剪承载力的计胤中，

15、 钢筋强度的充分发挥是建立在可靠的怔筋构造屉础上的.配筋构造(Reinforcement Deta山ng)是计算模型和构件受力 的必要条件(如双筋梁，抽筋的构造要求是保证受压钢筋 强度发挥的必要条件).没有可靠的配舫构造.计弊模型和构件受力就不可能成立.配筋枕A V汁W设计.等重整.由广疏忽配筋构造而造成工 程事故的情况是很多的.长切不可重计算.较构速。构造问题是工程性问题 目前还很难从科学性上进行分析但有一些科学概念特别需要掌握好有关结构构造的科学概念 并在工程中正确运用这些概念钢筋的弯起位置?配筋构造保证钢筋与混凝土共同受力的前提 保证钢筋强度充分发挥的前提 合理布置钢筋的依据 关键：钢筋

16、与混凝土粘结Bond5.6.1钢筋与混凝上的粘结一、粘结的概念 钢筋与混凝土间具有足够的玷结是保证钢筋与混凝土共同受 力变形的基本前提. 通过钢筋与混凝土界面的粘结应力(Bond Stress),实现钢筋 与混凝土之间的应力传递(Stress Transfer),使两种材料结 合在一起共同工作. 粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力.t p7 sIllllll.lllllllnHVNJ上号牛rr-wxbpwxpion! -芸昼2 .裂缝间粘结裂缝间粘结应力此圆钢筋I 6.25J三、粘结的机理(Mechanism of Bond)钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表

17、面的校结力(Adhesion)混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的摩擦力 (Friction)机械或合力(Mechanical Interaction)当钢筋与混凝土产生相对活动 后，胶结作用即丧失摩擦力的大小取决于提裹力和钢 筋与混凝土表面的摩擦系数 对于光面钢筋，表面轻度镌蚀有利于增加摩擦力，但摩擦 作用也很有限 由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也 不大.因此，光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的. 为保证光面钢筋的钮固,通常需在钢筋端部弯钩、弯折或 加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动.蝶纹纲筋人字较加前将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可

18、显著增加钢筋与混凝土的机械或合作用，从而大大增 加了粘结强度6对与强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢 筋与混凝土间有足够的粘结强度，使钢筋的强度得以 充分发挥。In a deformed bar, bond is produced by the wedging effect of bar ribs in concrete.变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力 (Bearing Pressure) 其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受时，径向 分力使混凝土产生环向拉力(Radial Tension)。 轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向稚形裂缝. 环向拉力使混凝土产生内部

19、役向裂缝。拔出试验(Pull out test)变形钢笳拔出试验：粘结应力-滑移关系当混凝土保护层和钢筋间距较 小时，径向裂缝可发展达到构 件表面，产生劈裂裂缝，机械 咬合作用将很快丧失，产生“劈裂式”粘结破坏（Split Bond Failure）。在钢筋周围配置横向钢筋（箍筋或螺旋钢筋，Transversal Reinforcement）或增加混凝土的保护层厚度（”），可提 高粘结强度.如果钢筋周围的横向钢筋较多或混凝土的保护层(c/d) 较大，径向裂缝很难发展达到构件表面，则肋前部的混凝 土在水平分力和剪力作用下最终将被挤碎，发生沿肋外径 101柱面的明切破坏，形成所谓的“刮梨式”破坏.

20、 “刮梨式”破坏是变形钢筋与混凝土粘结强度的上限.四、粘结强度(Bond Strength) 拔出试验(Pull Out Test)LTrniirrnTiiiTiTii锚固长度拔出试验粘结一滑移本构关系拔出试脸砧结弧度q：粘结破坏（钢筋拔出f 二Ttcll 7tdl或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界而上的最大平均粘结应力影响粘结强度的t要因素(Influence Factors)混凝上强度：光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均肺混凝土强 度的提高而增加，但.并不与土方体强度成正比，而与抗拉 强度成正比。保护层厚度和钢筋净间距:对尸变 形钢筋，粘结强度主要取决劈裂 破坏,相对保护层摩度c/d越大,混 凝上

21、抵抗劈裂破坏的能力也越大， 粘结强度越高。当c/d很大时，若锚固长度不够,则 产生剪切“刮梨式”破坏。同理,钢筋净距与钢筋直径d的比值 s/d越大，粘结强度也越高。横向配筋:横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结强 度得到提高.由于劈裂裂出是眼钢筋方向产生的，其对钢筋锈蚀的影响比受弯裂缝更大，将严重降低构件的耐久性. 因此应保证不使径向裂缝到达构件表面形成劈裂裂缝.所 以，保护层应具有一定的厚度，钢筋净距也应保证。 配置横向钢筋可以阻止径向裂缝的发展.因此对于直径较 大钢筋的锚固区和搭接K度范围，均应增加横向钢筋. 当一排并列钢筋的数量较多时，也应考虑增加横向钢筋来 控制劈裂裂缝的发生.3

22、4367 6 5雏筋约束对粘结性能的影响钢筋衣而和外形特征:光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低月牙肋和螺纹助变形钢筋，前者肋的相对受力面枳（挤压 混凝土的面积与钢筋截面积的比值）较小，粘结强度比螺 奴钢筋低一些.由于变形钢筋的外形参数不随穴径成比例变化，对于I径 较大的变形钢筋,肋的相对受力面枳减小，粘结强度也有 所减小此外,当为防止钢筋锈蚀,表面涂环辄树脂时环辄涂层 钢筋）.钢筋表面较为光滑，粘结演度也将有所降低.人7皎剂而H牙女做丽环氧涂层钢筋电力情况:在锚固范围内存在恻压力可提高粘结强度剪力产生的斜裂缝则会使锚固钢筋受到销栓作用而降低 粘结强度受压钢筋由于直径增大会增加对混

23、凝土的挤压，从而使 摩擦作用增加.受反复荷载作用的钢筋，肋前后的混凝土均会被挤碎，导致咬合作用降低.Ft拔出时的拉力锚固枝 拔出试验的锚围长度较短时，粘结应力在锚固长度范围分布 比较均匀，平均粘结应力较高，测得的粘结强度较高. Q固长度较大时，则平均粘结强度较小，但总粘结力随锚固 长度的增加而增大. 当锚固长度增加达到一定值，钢筋受拉达到屈服（强度充分 发挥）时未拔该临界锚固长度称为基本铺固长度二旦=型n dl n dlF为拔出时的拉力 拔出试验的锚固长度较短时，粘结应力在锚固长度范困分布 比较均匀，平均粘结应力较高，测得的粘结强度较高. 锚18长度较大时，则平均粘结强度较小，但总粘结力随锚固

24、 长度的增加而增大. 当锚固长度增加达到一定值，钢筋受控达到屈服（强度充分 发挥）时未拔出，该临界窗固长度称为零本锚固长度563钢筋的锚固与搭接一、基本锚固长度规范是由拔出试验来确定基本锚W长度.取粘结强度ru 与混凝土抗拉强度，成正比，并根据试验结果，取钢筋受拉时 的基本锚固长度为：L d Z：当大于C40时，按C40取表7/辐固钢筋的外形系数a削筋类t也由恻病老肋记前三向斜依 例丝嫁生助 帕UUS1金筋外形系散a0.160140.190130.160.17I t 1.北川伍利条指HPB235级生几例距 七孙W筋京外HRB3J5, HRB400. RRB400 级热轧怅访及热处摩州的构件中钢

25、筋的实际锚固长度应根据钢筋的受力情况、保护层厚度、 钢筋形式等的影响，采用基本锚固长度hi乘以一下修正系数： 当带肋钢筋直径大于25mm时，锚固长度应乘以修正系数1.1； 环氧树脂涂层钢筋，锚固长度应乘以修正系数1.25： 当钢筋在混凝土施工过程中易受到扰动时(如滑模施工)，锚固 长度应乘以施工修正系数当带肋钢筋锚固区混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3倍时，锚 固长度应乘以修正系数U.8；除构造需要的锚固长度外，当受力钢筋的实际配筋面积大于其设 计计算面积时，锚固长度乘以配筋余量修正系数。其数值为设计 计算面积与实际配筋面积比值.抗震设计的结构及直接承受动力 何在的结构构件，不得考虑上述修正。经

26、上述修正后的锚固长度不应小于基本锚固长度的9.7倍，且不 应小于25()mm机械锚固当钢筋末端采用图示机械锚同措施时，包括附加锚固端头在 内的锚固长度可取基本锚固长度的0：倍.机械锚固时的捶筋要求采用机械锚固时，锚固长度范闱内的籁筋不应少于3个，其直径 不应小于钢筋且径】，4,间距不应大于钢筋食径的5倍.受压钢筋的锚固长度不宜小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍.二、筒支支座的锚固要求支座处有横向压应力，使粘结作用 得到改善.因此支座处的锚固长度 4可比基本锚固长度减小.当VWO.WM时，屋25d 当仁0 .如前时，带肋钢筋：212d光面钢痂：匕215d铺冏区的摧筋要求光面钢筋末端应设置标准弯钩当伸

27、入支座的锚固长度不符合 要求时，可在钢筋端部加饵锚 固钢板或将钢筋岸接在梁端预 埋件上在受力钢筋锚固长度范闱内簸筋的1道不小于0.2M,及翁 间距不大于104米用机械铺固措施时不应大于5d.对卜板，一般剪力较小，通常满足0.如0的条件. 且连续板的中间支座一般无正弯矩因此板的传支支座和中间支座下部纵向受力钢筋的锚固K三、钢筋的连接绑扎连接搭接 机械连接饵接机械连接和焊接应符 合专门规程.锥螺纹钢筋连接8口密压设普各种机械连接破坏必须在钢筋用材11 =钢筋绑扎连接（搭接） 钢筋搭接时钢筋净间距减小， 劈裂裂缝会更早出现，粘结强 度降低.规范规定：当同一搭接范围受拉钢筋搭接 接头的百分率不超过25

28、%时， 搭接长度为相应基本锚固长度 的L2倍。当同一搭接范围受拉钢筋搭接 接头的百分率超过25%时，搭 接长度按下式计算，但不小于300mm I蝴葡的淞检Mi四百竹检（R ：.1：冲 3 淖。50100分率的121.416钢筋绑扎连接搭接）钢筋搭接位置应设置在受 力较小处.同一构件中各根钢筋的格 接位置宜相互播开.规范规定,两搭接接 头的中心间距应大于1 .必.否则认为两搭接接头属亍同一搭接范【乩，H13 Zf受弯构件钢筋的布置为节约钢材，可根据设计弯矩图的变化将钢筋弯起作受剪钢筋 或截断，但钢筋的弯起与截断均应满足受弯承毂力的要求。一、抵抗弯矩图q田二、钢筋的弯起根据M图的变化将钢筋弯起时需绘制图，使得图包住M 图（严格地讲应为弯矩包络图），以满足受弯承我力的要求.按每根（或每组）钢筋的面积比例划分，计算各根（或各组） 钢筋所提供的受弯承载力NJ,可近似取考虑到斜裂缝出现的可能性,钢筋弯起时还应满足斜截面 受弯承载力。通过推导可知纵筋弯起点的位置离该纵筋充分利用截面 的距离a为：a =（0.373 0.52混凝土设计规范规定弯起点与按计算充分利用该 钢筋截面之间的距离，不应小.在连续梁中，把跨中承受正弯矩的纵向钢筋弯起，并 把它作为承担支座负弯矩的钢筋也必须遵循这一规定， 否则此弯起钢筋将不能用作支座截面的负钢筋。（教 材图532）弯终点的位置：弯起钢筋的