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1、第五章第五章 受弯构件的斜截面承载力受弯构件的斜截面承载力5.1 概述概述 受弯构件可能在弯矩的作用下发受弯构件可能在弯矩的作用下发生正截面的破坏生正截面的破坏，我们通过配置纵，我们通过配置纵向受力钢筋和构造措施来防止。即向受力钢筋和构造措施来防止。即使在非常情况下发生，只要配筋适使在非常情况下发生，只要配筋适当，当，破坏也是延性破坏。破坏也是延性破坏。 受弯构件还可能在剪力和弯矩的共同作用下发生斜截受弯构件还可能在剪力和弯矩的共同作用下发生斜截面的破坏，这种破坏是脆性破坏，必须严格加以防止。面的破坏，这种破坏是脆性破坏，必须严格加以防止。 斜截面破坏有两种斜截面破坏有两种 一是斜截面抗剪能力
2、不足发生一是斜截面抗剪能力不足发生斜截面剪切破坏斜截面剪切破坏，这通，这通过计算配置抗剪钢筋和构造措施来防止；过计算配置抗剪钢筋和构造措施来防止； 二是斜截面抗弯能力不足发生二是斜截面抗弯能力不足发生斜截面受弯破坏斜截面受弯破坏，这一，这一般不计算，而是通过构造措施来防止。般不计算，而是通过构造措施来防止。抗剪钢筋，又称腹筋抗剪钢筋，又称腹筋有两种：有两种：1.箍筋，主要的；箍筋，主要的；垂直布置，以便施工；能垂直布置，以便施工；能有效地控制斜裂缝的开展，一般有效地控制斜裂缝的开展，一般都必须采用。都必须采用。2 .弯起钢筋，次要的。弯起钢筋，次要的。可能在弯起处形成劈裂裂可能在弯起处形成劈裂
3、裂缝。故位置不宜在梁侧，缝。故位置不宜在梁侧，直径不宜太粗。直径不宜太粗。5.2 斜裂缝斜裂缝, 剪跨比及斜截面受剪破坏形态剪跨比及斜截面受剪破坏形态5.2.1弯剪斜裂缝、腹剪斜裂缝弯剪斜裂缝、腹剪斜裂缝 00IMybIVS00224212tp224212cp)2arctan(21斜裂缝的形成斜裂缝的形成 当主拉应力超过混凝当主拉应力超过混凝土复合受力下的抗拉强土复合受力下的抗拉强度时，就会出现与主拉度时，就会出现与主拉应力迹线大致垂直的裂应力迹线大致垂直的裂缝缝。 抵抗主拉应力的钢筋：抵抗主拉应力的钢筋： 弯起钢筋弯起钢筋 箍筋箍筋 腹筋腹筋斜裂缝的类型斜裂缝的类型 （1）弯剪斜裂缝）弯剪斜
4、裂缝 特点：裂缝特点：裂缝下宽上窄下宽上窄 （2）腹剪斜裂缝）腹剪斜裂缝 特点：裂缝特点：裂缝中间宽两头窄中间宽两头窄5.2.2 剪跨比剪跨比广义剪跨比广义剪跨比： 集中荷载下的简支梁，集中荷载下的简支梁， 计计算剪跨比为算剪跨比为：0VhM0ha0101011hahVaVhVMAAA0202022hahVaVhVMBBB 实质上反映截面上实质上反映截面上正应力正应力和和剪应力剪应力的相对比值，影响的相对比值，影响了梁斜截面的破坏形态和受了梁斜截面的破坏形态和受剪承载力。剪承载力。5.2.3 斜截面剪切破坏的三种形态斜截面剪切破坏的三种形态1.1.无腹筋梁斜截面剪切破坏的三种形态无腹筋梁斜截面
5、剪切破坏的三种形态斜拉破坏斜拉破坏剪压破坏剪压破坏斜压破坏斜压破坏1)斜压破坏斜压破坏 3,首先在梁的底部出现垂直的首先在梁的底部出现垂直的弯曲裂缝弯曲裂缝；随即，其中一；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，形成所谓的成所谓的临界斜裂缝临界斜裂缝，将梁劈裂为两部分而破坏，同时，沿，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纵筋往往伴随产生水平撕裂裂缝 。这三种破坏都是脆性破坏。这三种破坏都是脆性破坏。尤其是斜拉破坏。尤其是斜拉破坏。抗剪承载力取决于混凝土的抗拉强度抗剪承载力取决于混凝土的抗拉强度 受
6、剪破坏均属于脆性破坏，受剪破坏均属于脆性破坏，其中斜拉破坏最明显，斜压破其中斜拉破坏最明显，斜压破坏次之，剪压破坏稍好。坏次之，剪压破坏稍好。 P f斜压破坏剪压破坏斜拉破坏2.2.有腹筋梁斜截面破坏形态有腹筋梁斜截面破坏形态钢筋混凝土钢筋混凝土有腹筋梁有腹筋梁有三种斜截面破坏形态，都应避免。有三种斜截面破坏形态，都应避免。影响有腹筋梁破坏形态的主要因素有影响有腹筋梁破坏形态的主要因素有剪跨比剪跨比 和和配箍率配箍率r rsv 剪跨比 配箍率11 3无腹筋斜压破坏剪压破坏斜拉破坏rsv很小斜压破坏剪压破坏斜拉破坏rsv适量斜压破坏剪压破坏剪压破坏rsv很大斜压破坏斜压破坏斜压破坏斜压破坏斜压破
7、坏通过满足截面最小尺寸的条件来防止；通过满足截面最小尺寸的条件来防止；斜拉破坏斜拉破坏通过满足最小配箍率和最大箍筋间距的条件来通过满足最小配箍率和最大箍筋间距的条件来防止；防止；剪压破坏剪压破坏因其承载力变化幅度较大，必须通过计算配置因其承载力变化幅度较大，必须通过计算配置腹筋来防止。腹筋来防止。所以，所以，计算公式是针对剪压破坏建立的。计算公式是针对剪压破坏建立的。 除了这三种破坏外还有除了这三种破坏外还有斜截面受弯破坏斜截面受弯破坏，纵筋锚固纵筋锚固破坏破坏，支座处局部挤压破坏支座处局部挤压破坏等。这些都有等。这些都有构造措施构造措施来来防止。防止。5.3简支梁斜截面受剪机理简支梁斜截面受
8、剪机理5.3.1 无腹筋简支梁的受剪机理无腹筋简支梁的受剪机理一一.斜裂缝出现前的受力状态斜裂缝出现前的受力状态 内力小，按变形协调条件，将钢筋混凝土截面换算成等效的内力小，按变形协调条件，将钢筋混凝土截面换算成等效的混凝土截面，采用材料力学公式来分析梁的应力混凝土截面，采用材料力学公式来分析梁的应力。二二.斜裂缝出现后的受力状态斜裂缝出现后的受力状态 平截面假定已不再适用。平截面假定已不再适用。无腹筋梁在加载后期主要是拱体受力无腹筋梁在加载后期主要是拱体受力. 如图拱体：如图拱体：外荷载引起弯矩外荷载引起弯矩Mc和剪力和剪力VA。作用在。作用在截面截面CGJ上的内力有：上的内力有： 1)混凝
9、土残余截面上的压力混凝土残余截面上的压力Dc 和剪力和剪力Vc； 2)斜裂缝上的骨料咬合力斜裂缝上的骨料咬合力F， 其分力为其分力为DF，VF； 3)纵筋拉力纵筋拉力Zj 4)纵筋销栓力纵筋销栓力Vj拱体的平衡方程式如下：拱体的平衡方程式如下： Dc +DF = Zj VA =Vc+VF+Vj Mc =VA a= Zj h0+Vjc-Fg剪力剪力V由几部分承担由几部分承担：（1）剪压区剪力）剪压区剪力VC（2）骨料咬合力分力）骨料咬合力分力VF（3）纵筋销栓力）纵筋销栓力VJ目前还不能用这组方程式进行计算目前还不能用这组方程式进行计算但是可以利用它们来分析，随着斜但是可以利用它们来分析，随着斜
10、裂缝开展：裂缝开展： 1)剪力主要由残余截面承担，其剪力主要由残余截面承担，其上剪应力加大；上剪应力加大； 2)压力也集中到残余截面，其上压力也集中到残余截面，其上压应力也加大；压应力也加大； 3)C截面弯矩主要由截面弯矩主要由J截面纵筋承截面纵筋承担，担，J截面纵筋拉应力大大加大，截面纵筋拉应力大大加大，J截面纵筋承担截面纵筋承担C截面的弯矩截面的弯矩。 4)纵筋销栓力纵筋销栓力V主要由保护层混主要由保护层混凝土承担，比较小，且可能引起撕凝土承担，比较小，且可能引起撕裂裂缝。裂裂缝。三三.带拉杆的梳形拱模型带拉杆的梳形拱模型5.3.2 有腹筋梁的受剪机理有腹筋梁的受剪机理 斜裂缝出现后，拉应
11、力由箍筋承担，斜裂缝出现后，拉应力由箍筋承担，增强了梁的剪力传递能力增强了梁的剪力传递能力； 箍筋控制了斜裂缝的开展，增加了剪压区的面积，箍筋控制了斜裂缝的开展，增加了剪压区的面积，使使Vc增加，骨增加，骨料咬合力料咬合力Va也增加；也增加；吊住纵筋，延缓了撕裂裂缝的开展，吊住纵筋，延缓了撕裂裂缝的开展，增强了纵筋销栓作用增强了纵筋销栓作用Vd；箍筋参与斜截面的受弯，箍筋参与斜截面的受弯，使斜裂缝出现后纵筋应力使斜裂缝出现后纵筋应力 s 的增量减小；的增量减小； 配置箍筋对斜裂缝开裂荷载没有影响，也不能提高斜压破坏的承配置箍筋对斜裂缝开裂荷载没有影响，也不能提高斜压破坏的承载力，载力，即对小剪
12、跨比情况，箍筋的上述作用很小；对大剪跨比情即对小剪跨比情况，箍筋的上述作用很小；对大剪跨比情况，箍筋配置如果超过某一限值，则产生斜压杆压坏，继续增加况，箍筋配置如果超过某一限值，则产生斜压杆压坏，继续增加箍筋没有作用。箍筋没有作用。箍筋的作用箍筋的作用斜裂缝出现后的受力机制斜裂缝出现后的受力机制腹筋的抗剪作用：腹筋的抗剪作用：1)穿过斜裂缝的腹筋直接承受很大的剪力；穿过斜裂缝的腹筋直接承受很大的剪力；2)腹筋限制了斜裂缝的开展，使骨料咬合力加腹筋限制了斜裂缝的开展，使骨料咬合力加大；大；3)腹筋遏制了撕裂裂缝，加大了纵筋销栓力；腹筋遏制了撕裂裂缝，加大了纵筋销栓力；4)腹筋限制了斜裂缝的开展，
13、残余截面加大。腹筋限制了斜裂缝的开展，残余截面加大。 因此，腹筋大大地提高了梁斜截面受剪承因此，腹筋大大地提高了梁斜截面受剪承载力。载力。（1）拱形桁架模型）拱形桁架模型 可以把开裂后的有腹筋梁看作一拱形桁架。可以把开裂后的有腹筋梁看作一拱形桁架。（2）桁架模型桁架模型斜裂缝间齿状体混凝土有如斜斜裂缝间齿状体混凝土有如斜压腹杆压腹杆(compression (compression diagonals)diagonals)箍筋的作用有如竖向拉杆箍筋的作用有如竖向拉杆临界斜裂缝上部及受压区混临界斜裂缝上部及受压区混凝土相当于受压弦杆凝土相当于受压弦杆(compression chord)(com
14、pression chord)纵筋相当于下弦拉杆纵筋相当于下弦拉杆(tension chord)箍筋将齿状体混凝土传来的荷载悬吊到受压弦杆，增加了混箍筋将齿状体混凝土传来的荷载悬吊到受压弦杆，增加了混凝土传递受压的作用凝土传递受压的作用斜裂缝间的骨料咬合作用，还将一部分荷载传递到支座（拱斜裂缝间的骨料咬合作用，还将一部分荷载传递到支座（拱作用作用arch mechanism）5.4 斜截面受剪承载力计算公式斜截面受剪承载力计算公式5.4.1 影响斜截面抗剪承载力的主要因素影响斜截面抗剪承载力的主要因素1.剪跨比剪跨比 实质上反映了截面上正应实质上反映了截面上正应力和剪应力的相对比值，力和剪应力
15、的相对比值，影响了梁斜截面的破坏形影响了梁斜截面的破坏形态和受剪承载力。态和受剪承载力。2.混凝土强度混凝土强度斜压破坏：斜压破坏：抗压强度；抗压强度；斜拉破坏：斜拉破坏：抗拉强度；抗拉强度；剪压破坏：剪压破坏：介于两者之间，介于两者之间，计算取抗压强度。计算取抗压强度。3. 箍筋配箍率箍筋配箍率配箍率对梁的受剪承载力配箍率对梁的受剪承载力影响明显，两者呈线性关影响明显，两者呈线性关系。系。bsnAbsAsvsvsv1r4. 纵筋配筋率纵筋配筋率r r 销拴力利于限制斜裂缝开展销拴力利于限制斜裂缝开展5.骨料咬合力骨料咬合力 对无腹筋梁影响大对无腹筋梁影响大6.截面尺寸和形状截面尺寸和形状 1
16、) 截面尺寸效应截面尺寸效应 2) 截面形状，截面形状，翼缘与梁宽翼缘与梁宽无腹筋梁受剪承载力不高，且不可靠，破坏突然无腹筋梁受剪承载力不高，且不可靠，破坏突然所以工程上除所以工程上除h150mm的小梁，均须配置腹筋，主要是箍筋的小梁，均须配置腹筋，主要是箍筋。5.4.2 受弯构件斜截面受剪承载力计算公式受弯构件斜截面受剪承载力计算公式1. 基本假定基本假定Vu=Vc+Vs+VsbVcs=Vc+Vs依靠试验研究，分析影响梁受剪承载力的主要因素，建依靠试验研究，分析影响梁受剪承载力的主要因素，建立起计算公式的表达式，再与试验数据配合，定出待定立起计算公式的表达式，再与试验数据配合，定出待定系数：系数：计算公式是针对剪压破坏建立的。计算公式是针对剪压破坏建立的。2. 计算公式计算公式(1) 一般情况下的矩形，一般情况下的矩形，T形和形和I形截面简支梁的受剪承载力的形截面简支梁的受剪承载力的计算公式计算公式0025.17 .0hsAfbhfVVsvyvtcsu(2) 受集中荷载为主的矩形受集中荷载为主的矩形, T形和形和I形截面形截面独立独立简支梁简支梁（包括作用有多种荷载，且集中荷载在支座
