第7章 构件斜截面受剪性能与设计.ppt

p本章主要内容本章主要内容受弯构件受剪性能的试验研究受弯构件受剪性能的试验研究 斜截面受剪承载力计算斜截面受剪承载力计算 偏心受力构件的受剪承载力偏心受力构件的受剪承载力 构件斜截面受剪性能与设计n构件构件：受弯构件（重点）：受弯构件（重点）偏心受力构件偏心受力构件n斜截面承载力斜截面承载力 斜截面斜截面受剪承载力受剪承载力计算（重点）计算（重点）箍筋、弯起钢筋（横向钢筋、腹筋）数量箍筋、弯起钢筋（横向钢筋、腹筋）数量 斜截面斜截面受弯承载力受弯承载力构造构造 纵筋的截断、弯起位置纵筋的截断、弯起位置n思路思路：试验研究：试验研究 破坏机理破坏机理 受剪承载力公式受剪承载力公式应用应用n半理论半经验公式：半理论半经验公式：斜截面；扭曲截面斜截面；扭曲截面n受剪性能（受剪性能（7.2）受剪承载力计算受剪承载力计算（7.3）应用（应用（7.4）斜截面受弯承载力（斜截面受弯承载力（7.5）偏心受力构件斜截面承载力偏心受力构件斜截面承载力 （7.7）p 梁的箍筋和弯起钢筋梁的箍筋和弯起钢筋p 斜截面的概念斜截面的概念p 腹筋的概念腹筋的概念n 梁的箍筋和弯起钢筋梁的箍筋和弯起钢筋(横向钢筋，腹筋横向钢筋，腹筋)纵向受拉钢筋纵向受拉钢筋箍筋箍筋弯起钢筋弯起钢筋架立钢筋架立钢筋n 斜截面的概念斜截面的概念p 在弯矩和剪力或弯矩、轴力、剪力共同作用的区段内常在弯矩和剪力或弯矩、轴力、剪力共同作用的区段内常出现斜裂缝，并可能沿出现斜裂缝，并可能沿斜截面发生破坏斜截面发生破坏。这种破坏往往比。这种破坏往往比较突然，缺乏明显的预兆。因此，必须保证构件的斜截面较突然，缺乏明显的预兆。因此，必须保证构件的斜截面承载力。承载力。腹筋腹筋p 无腹筋简支梁的受剪性能无腹筋简支梁的受剪性能p 有腹筋简支梁的受剪性能（重点）有腹筋简支梁的受剪性能（重点）p 影响斜截面受剪承载力的因素分析（重点）影响斜截面受剪承载力的因素分析（重点）n 斜裂缝形成前斜裂缝形成前的应力状态的应力状态7.2.1 无腹筋简支梁的受剪性能PPbhh0弯矩图弯矩图剪力图剪力图弯剪段弯剪段n 斜裂缝形成前的应力状态斜裂缝形成前的应力状态7.2.1 无腹筋简支梁的受剪性能p 在在弹性阶段弹性阶段ctEctcssEEcst sEAEs1 A p 弹性阶段的应力分析弹性阶段的应力分析bh0000 bIVSIMy22tp42122cp42112arctan()2y0主拉应力主拉应力 主压应力主压应力 主应力与主应力与纵轴夹角纵轴夹角 n 斜裂缝形成前的应力状态斜裂缝形成前的应力状态7.2.1 无腹筋简支梁的受剪性能PP 1 111 tp cp45o tp2 cp45o2 2 2 2 2 tp3 cp45o123II3 3 3 3 3主拉应力迹线主拉应力迹线主压应力迹线主压应力迹线n 斜裂缝斜裂缝的的形成形成7.2.1 无腹筋简支梁的受剪性能PP垂直裂缝垂直裂缝弯剪斜裂缝弯剪斜裂缝p 主拉应力超过混主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，凝土的抗拉强度时，将出现斜裂缝。将出现斜裂缝。p 弯剪区段截面下弯剪区段截面下边缘的主拉应力仍为边缘的主拉应力仍为水平，在这些区段一水平，在这些区段一般先出现垂直裂缝，般先出现垂直裂缝，随着荷载的增大，垂随着荷载的增大，垂直裂缝将斜向发展，直裂缝将斜向发展，形成形成弯剪斜裂缝弯剪斜裂缝。PP腹剪斜裂缝腹剪斜裂缝p由于腹板很薄，且该处剪应力较大，故斜裂缝首由于腹板很薄，且该处剪应力较大，故斜裂缝首先在梁腹部中和轴附近出现，随后向梁底和梁顶斜先在梁腹部中和轴附近出现，随后向梁底和梁顶斜向发展，这种斜裂缝称为向发展，这种斜裂缝称为腹剪斜裂缝腹剪斜裂缝。p矩形截面梁矩形截面梁p字形截面梁字形截面梁PPn 斜裂缝形成斜裂缝形成后后的应力状态的应力状态7.2.1 无腹筋简支梁的受剪性能ZAAMAMBDCCSVdAaSAsACC 0 0 0 VXYMV aDVT ZTB纵筋的销栓作用纵筋的销栓作用 a骨料咬合力骨料咬合力p 截面的平衡方程截面的平衡方程n 斜裂缝形成斜裂缝形成后后的的梁梁应力状态应力状态的变化的变化7.2.1 无腹筋简支梁的受剪性能p 斜裂缝出现前，剪力斜裂缝出现前，剪力VA由全截面承受，斜裂由全截面承受，斜裂缝形成后，缝形成后，VA全由斜裂缝上端砼残余面抵抗。全由斜裂缝上端砼残余面抵抗。p 由由VA和和VC所组成的力偶须由纵筋拉力所组成的力偶须由纵筋拉力Ts和砼和砼压力压力Dc组成的力偶来平衡。故剪力组成的力偶来平衡。故剪力VA不仅引起不仅引起Vc，还引起，还引起Ts和和Dc，致使裂缝上端砼残余面既受剪，致使裂缝上端砼残余面既受剪又受压，称又受压，称剪压区剪压区。p 由于剪压区的面积远小于全截面面积，因而由于剪压区的面积远小于全截面面积，因而斜裂缝出现后斜裂缝出现后剪压区的剪压区的剪应力显著增大剪应力显著增大；同时；同时剪剪压区的压区的压应力也显著增大压应力也显著增大。p 在斜裂缝出现前，截面在斜裂缝出现前，截面BB处纵筋的拉应力由该截面处的弯矩处纵筋的拉应力由该截面处的弯矩MB所决所决定。在斜裂缝形成后，截面定。在斜裂缝形成后，截面BB处的纵筋拉应力则由截面处的纵筋拉应力则由截面AA处的弯矩处的弯矩MA所所决定。由于决定。由于MAMB，所以斜截面形成后，所以斜截面形成后，穿过斜裂缝的穿过斜裂缝的纵筋的拉应力将突纵筋的拉应力将突然增大。然增大。AADCCSAaBMAMBB剪压区剪压区7.2.2 有腹筋简支梁的受剪性能n受剪性能因素分析受剪性能因素分析 截面尺寸，材料强度，腹筋数量，截面尺寸，材料强度，腹筋数量，应力状态（弯矩与剪力的相对大小）应力状态（弯矩与剪力的相对大小）剪跨比剪跨比n 剪跨比剪跨比7.2.2 有腹筋简支梁的受剪性能p 梁的受剪性能与截面上的梁的受剪性能与截面上的 s s 和和 的相对比值有关。的相对比值有关。p 矩形截面矩形截面梁的梁的广义剪广义剪跨比跨比 l l120Mbh 20Vbh 120MVh 0MVhl l a a1M=V1AB2M=V2VABVaAF23F1 F1a2 Bp 矩形截面矩形截面梁的梁的计算剪计算剪跨比跨比 l l01111100AAMV aaV hV hhl l02222200BBMV aaV hV hhl l0ahl l 只能计算集中荷载作用下，距支座最近荷载处截面只能计算集中荷载作用下，距支座最近荷载处截面的剪跨比，不能计算复杂荷载作用下的剪跨比（如的剪跨比，不能计算复杂荷载作用下的剪跨比（如F3）7.2.2 有腹筋简支梁的受剪性能n剪跨比剪跨比：梁截面上正应力与剪应力的相对大小（弯矩与梁截面上正应力与剪应力的相对大小（弯矩与剪力的相对大小）剪力的相对大小）n广义剪跨比广义剪跨比：计算任意荷载作用下，任意截面的剪跨比：计算任意荷载作用下，任意截面的剪跨比n计算剪跨比计算剪跨比：只能计算集中荷载作用下，距支座最近的集：只能计算集中荷载作用下，距支座最近的集中荷载作用点的剪跨比中荷载作用点的剪跨比n 梁沿斜截面破坏的主要形态梁沿斜截面破坏的主要形态7.2.2 有腹筋简支梁的受剪性能p 剪压破坏剪压破坏 n 当梁的剪跨比适当（当梁的剪跨比适当（1 l l 3），但腹筋数量不过少时，常发生剪压破坏。），但腹筋数量不过少时，常发生剪压破坏。p 斜压破坏斜压破坏n 当梁的剪跨比较小（当梁的剪跨比较小（l l 1），或剪跨比适当（），或剪跨比适当（1 l l 3），同时梁内配置的腹筋数量又过少时，），同时梁内配置的腹筋数量又过少时，将发生斜拉破坏。将发生斜拉破坏。n 梁沿斜截面破坏的主要形态梁沿斜截面破坏的主要形态7.2.2 有腹筋简支梁的受剪性能p 斜压破坏的特点斜压破坏的特点n 斜裂缝首先在梁腹部出现斜裂缝首先在梁腹部出现；n 随着荷载的增加，斜裂缝一端随着荷载的增加，斜裂缝一端 朝支座另一端朝荷载作用点发朝支座另一端朝荷载作用点发 展，梁腹部被这些斜裂缝分割展，梁腹部被这些斜裂缝分割 成若干个倾斜的受压柱体；成若干个倾斜的受压柱体；n 梁是因为梁是因为斜压柱体被压碎而破斜压柱体被压碎而破 坏坏，故称为斜压破坏；，故称为斜压破坏；n 破坏时与斜裂缝相交的破坏时与斜裂缝相交的箍筋应箍筋应 力达不到屈服强度力达不到屈服强度，梁的受剪，梁的受剪 承载力主要取决于混凝土斜压承载力主要取决于混凝土斜压 柱体的受压承载力柱体的受压承载力。Fn 梁沿斜截面破坏的主要形态梁沿斜截面破坏的主要形态7.2.2 有腹筋简支梁的受剪性能p 剪压破坏的特点剪压破坏的特点n 弯剪段下边缘先出现初始垂直弯剪段下边缘先出现初始垂直裂缝；裂缝；n随着荷载的增加，这些初始垂直随着荷载的增加，这些初始垂直裂缝将大体上沿着主压应力轨迹裂缝将大体上沿着主压应力轨迹向集中荷载作用点延伸；向集中荷载作用点延伸；临界斜裂缝临界斜裂缝 Fn 在几条斜裂缝中会形成一条主要的斜裂缝，这一斜裂缝被称为在几条斜裂缝中会形成一条主要的斜裂缝，这一斜裂缝被称为临界临界斜裂缝斜裂缝;n 最后，与临界斜裂缝相交的箍筋应力达到屈服强度，斜裂缝宽度增最后，与临界斜裂缝相交的箍筋应力达到屈服强度，斜裂缝宽度增大，导致剩余截面减小，剪压区混凝土在剪压复合应力作用下达到混大，导致剩余截面减小，剪压区混凝土在剪压复合应力作用下达到混凝土复合受力强度而破坏，梁丧失受剪承载力。凝土复合受力强度而破坏，梁丧失受剪承载力。n 梁沿斜截面破坏的主要形态梁沿斜截面破坏的主要形态7.2.2 有腹筋简支梁的受剪性能p 斜拉破坏的特点斜拉破坏的特点n 斜裂缝一出现，即很快形成临界斜裂缝一出现，即很快形成临界斜裂缝，并迅速延伸到集中荷载作斜裂缝，并迅速延伸到集中荷载作用点处。用点处。n 因腹筋数量过少，所以腹筋应力因腹筋数量过少，所以腹筋应力很快达到屈服强度，变形剧增，不很快达到屈服强度，变形剧增，不能抑制斜裂缝的开展，梁斜向被拉能抑制斜裂缝的开展，梁斜向被拉裂成两部分而突然破坏。裂成两部分而突然破坏。F x tpn 因这种破坏是混凝土在正应力和剪应力共同作用下发生的主拉应力因这种破坏是混凝土在正应力和剪应力共同作用下发生的主拉应力破坏，故称为斜拉破坏。破坏，故称为斜拉破坏。n 发生斜拉破坏的梁，其斜截面受剪承载力主要取决于混凝土的抗拉发生斜拉破坏的梁，其斜截面受剪承载力主要取决于混凝土的抗拉强度。强度。斜截面三种破坏形态n斜压破坏斜压破坏 条件条件：当梁的剪跨比较小（当梁的剪跨比较小（1），或剪跨比适当（），或剪跨比适当（1 3），），但截面尺寸过小而腹筋数量过多时，常发生斜压破坏。但截面尺寸过小而腹筋数量过多时，常发生斜压破坏。形态形态：混凝土斜向压坏，箍筋应力达不到屈服强度。：混凝土斜向压坏，箍筋应力达不到屈服强度。n剪压破坏剪压破坏 条件条件：当梁的剪跨比适当（当梁的剪跨比适当（1 3），但腹筋数量不过少时。），但腹筋数量不过少时。形态形态：与临界斜裂缝相交的：与临界斜裂缝相交的箍筋应力达到屈服强度箍筋应力达到屈服强度，剪压区混，剪压区混凝土在剪压复合应力作用下达到混凝土复合受力强度而破坏。凝土在剪压复合应力作用下达到混凝土复合受力强度而破坏。n斜拉破坏斜拉破坏 条件条件：当梁的剪跨比较大（：当梁的剪跨比较大（l 3），同时梁内配置的腹筋数量），同时梁内配置的腹筋数量又过少时。又过少时。形态形态：斜裂缝一出现，很快形成临界斜裂缝，腹筋应力很快达：斜裂缝一出现，很快形成临界斜裂缝，腹筋应力很快达到屈服强度，梁斜向被拉裂成两部分而突然破坏。到屈服强度，梁斜向被拉裂成两部分而突然破坏。lllln 简支梁斜截面受剪机理简支梁斜截面受剪机理7.2.2 有腹筋简支梁的受剪性能FTTyQyQxQxQ,N M qp 无腹筋梁无腹筋梁(剪跨剪跨 a 较大时较大时)的梳状齿块模型的梳状齿块模型 拱拱齿齿纵筋拉力纵筋拉力销栓剪力销栓剪力骨料咬合力骨料咬合力拱齿界面的拱齿界面的相互作用力相互作用力an 齿上承受的主要荷载是作用在自由端的纵筋拉力差齿上承受的主要荷载是作用在自由端的纵筋拉力差T-T，梁的剪力，梁的剪力主要由齿的