高等钢筋混凝土结构-4.斜截面抗剪强度

第四章斜截面抗剪强度无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态应力分析：在弯剪区段，由于M和V的存在产生正应力和剪应力。00IMy00bIVs将弯剪区段的典型微元进行应力分析，可以由、求得主拉应力和主压应力。22tp4222cp42第一节斜截面破坏型态斜裂缝类型1）弯剪缝：因弯矩的作用首先在梁下产生竖向裂缝，导致截面应力的重分布，其结果是裂尖的剪应力和正应力显著增大，裂缝在由剪应力和正应力所构成的主拉应力的作用下斜向发展而形成弯剪裂缝。2）腹剪缝：在剪力较大，弯矩较小的梁段腹部，由剪应力（分布特征、材力）构成的主拉应力超过砼在此应力状态下的抗拉强度时，砼即在与主拉应力垂直方向开裂并斜向发展。粘结裂缝撕裂裂缝腹剪裂缝弯剪裂缝在弯、压、剪中剪的受力规律研究最不清楚3）粘结裂缝：斜裂缝的发展导致与斜裂缝相交的纵筋应力显著增大，而支座截面处的纵筋应力为零，使纵筋产生很大的拉力差，由纵筋与砼的粘结力来平衡，当粘结力超过其粘结强度时即产生粘结裂缝。若纵筋端部的锚固不足，可能产生纵筋被拔出的锚固破坏。4）撕裂裂缝：随着斜裂缝的发展，斜截面抗剪能力逐步削弱，斜裂缝两侧砼梁体在剪力作用下沿斜裂缝面的错动趋于明显，梁端纵筋下部的砼受到纵筋向下的崩力，对无箍筋或箍筋配置过少的梁，在此崩力作用下将产生沿纵筋的撕裂裂缝。粘结裂缝撕裂裂缝腹剪裂缝弯剪裂缝四种裂缝的应对措施在工程设计中通常：1）以保证足够的锚固长度来避免因锚固失效而引发的件斜截面破坏；2）以规定最小配箍率等构造措施来避免撕裂裂缝；3）以斜截面抗弯强度的验算来避免沿构件斜截面的弯曲破坏。斜截面剪切破坏形态无腹筋梁的受剪破坏都是脆性的1.斜拉破坏为受拉脆性破坏，脆性性质最为显著；2.斜压破坏为受压脆性破坏；3.剪压破坏界于受拉和受压脆性破坏之间。常见破坏形态的对策：1）通常可以限制截面最小尺寸来避免斜压破坏；2）以规定最小配筋率来避免斜拉破坏；3）一般抗剪分析及设计主要针对剪压破坏。在受弯构件的设计中，要保证强剪弱弯！！无腹筋简支梁抗剪机理图4-2梳齿状结构图4-3混凝土齿的受力HGJAKJGHABBJKCPGHCPI乙LJKΔZEE甲DP甲乙DLIPGH带拉杆的梳形拱模型适用于无腹筋梁。无腹筋简支梁抗剪机理临界斜裂缝裂缝(a)VⅡ(b)VⅠ拱身拱顶受拉PⅠ拱身拱顶压应变Ⅰ应变拉ⅠⅡ裂缝斜ⅡⅠⅠⅡⅡ图4-4拱体的受力图4-5斜裂缝出现后截面应变的分布无腹筋简支梁抗剪机理图4-6斜压破坏传力模型纵筋作为拱拉杆拱顶拱体如果剪跨比很小（m1），拱的作用更加明显，整个梁的受力模型如同一个以纵向受拉钢筋为拉杆的折线拱（图4-6）。荷载直接通过斜向拱体传向支座，当拱体的抗压强度不足时就会发生斜压破坏。需要说明的是：以上无腹筋梁受剪机理的讨论主要有有理论上的意义。实际无腹筋梁不允许采用无腹筋梁的抗剪承载力VuVcCcVdViTsa忽略ViVdbhh0As1h0)21(,0,0,0010010101hhhbaVMhbVYAhbXcccssc由后二式cccff15.01实际上是剪压区的加载规律Vch0asAs1h0ccccff15.01Vch0asAs1h0c1时为斜压破坏，1=0较大时，1近似为纯弯时的b1值在0~b之间变化对不同的=1~5，采用线性插值可确定不同所对应的1。于是可得出一组对于不同的/fc-c/fc的关系直线（加载曲线）cccff15.01Vch0asAs1h0c0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.10.2cfccf2)(104.0095.00089.0cccccfffcccff12.024.0回归：=1=2=3=4=5Vch0asAs1h0c)21(,0,0,0010010101hhhbaVMhbVYAhbXcccssccccff12.024.0000'24.05.006.024.0bhfbhfbhfffVtccssccssc有腹筋简支梁抗剪机理1）在砼开裂之前，箍筋应力很低，对于提高梁的开裂荷载无显著作用。2）当这些裂缝和箍筋相交后，箍筋应力突然增大，约束裂缝的发展。3）腹筋的存在，使梁的斜截面抗剪承载力大大高于无腹筋梁。图4-7腹筋的传力Ⅲ(b)(a)ⅢⅡⅠⅠⅡ有腹筋简支梁抗剪机理图4-8拱形桁架模型1）可把开裂后的有腹筋简支梁模拟为拱形桁架（图4-8），拱体Ⅰ是拱形桁架的上弦压杆，裂缝间的齿块为桁架的受压腹杆，箍筋则可充当桁架的受拉腹杆。2）这一受力机制与无腹筋梁的受力机制区别在于：（1）箍筋作用明显（受拉作用）；（2）裂缝间的砼参加抗剪（受压）。图4-7腹筋的传力Ⅲ(b)(a)ⅢⅡⅠⅠⅡ有腹筋简支梁抗剪机理剪跨比（Shearspanratio）对矩形截面梁，任一截面的正应力和剪应力可表示为则：定义：——广义剪跨比：反映了梁截面上正应力与剪应力（或弯矩M与V）的相对大小，影响梁的剪切破坏形态。●较大，说明（或M）较大截面容易被拉坏；●较小，说明（或V）较大截面容易被压坏。02201bhVbhM021VhM0VhM影响抗剪强度的主要因素剪跨比是影响无腹筋梁破坏形态的最主要参数。混凝土强度不同剪跨比的梁，因破坏形态的差别，承载力分别取决于混凝土的抗压或抗拉强度，提高砼的强度等级，抗剪承载力的提高幅度明显有别。1）小剪跨比（m1）梁的斜压破坏取决于混凝土的抗压强度，约与立方强度成正比；2）大剪跨（m3）梁的斜拉破坏取决于混凝土的抗拉强度，其随立方体强度增长缓慢；3）中等剪跨（m=1～3）梁的剪压破坏取决于顶部的抗压强度和腹部的骨料咬合作用，抗剪承载力的提高幅度处于两者之间。截面尺寸对抗剪承载力的影响截面形状小剪跨梁通常发生腹压破坏，其抗剪强度主要取决于梁腹厚度，而与翼缘的存在与否无明显的关系；薄腹T形梁通常是腹压破坏决定其承载力，翼缘的大小对梁的抗剪强度影响不大。纵筋配筋率配筋率越大，受压区面积越大，剪压区面积也相应增大；另外，纵筋的销栓作用也增强，所以抗剪承载力随纵筋配筋率增大而增加。抗剪钢筋（箍筋）1.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；2.箍筋控制了斜裂缝的开展，增加了剪压区的面积;3.吊住纵筋，延缓了撕裂裂缝的开展，增强了纵筋销栓作用;4.箍筋有利于提高纵向钢筋与混凝土之间的粘结性能，延缓了沿着纵筋方向粘结裂缝的出现；5.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。配箍率太大时配箍率适中时配箍率较小时斜裂缝出现后，箍筋承担拉应力而很快被拉断。随荷载增加箍筋拉应力不断发展，剪压区剪应力和压应力迅速增加，最终发生剪压破坏。箍筋屈服前，混凝土斜压杆因压应力过大而产生斜压破坏。bSnAbSAsvsvsv1配箍率抗剪强度分析方法一、古典桁架模型二、变角桁架模型桁架模型把有斜裂缝的钢筋混凝土梁比拟为一个铰接桁架，压区混凝土为上弦杆，受拉纵筋为下弦杆，腹筋为竖向拉杆，斜裂缝间的混凝土则为斜压杆。如图示：桁架模型（a）450变角桁架模型（b）sinsinsdsVCZ(cotcot)dSj/sin(cotcot)sin(cotcot)sssddTVVSjj桁架模式分析sin(cotcot)svyvsdAfVSj若箍筋面积为Asv，间距为S，屈服强度为fyv,则有：近似取jd=0.9h0，则箍筋承受的剪力为：00.9sin(cotcot)svyvsAfVhS构件抗剪的几个问题变号弯矩对抗剪承载力的影响M=Va轴向力对抗剪承载力的影响NVa1.受弯构件正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力的计算中，钢筋强度的充分发挥是建立在可靠的配筋构造基础上的；2.配筋构造是计算模型和构件受力的必要条件，没有可靠的配筋构造，计算模型和构件受力就不可能成立。3.配筋构造与计算设计同等重要，由于疏忽配筋构造而造成工程事故的情况是很多的。故切不可重计算，轻构造。重要认识：钢筋的构造要求