05斜截面承载能力计算

混凝土桥结构理论向天宇西南交通大学桥梁工程系Tel：13018204466E-Mail:[e-mail]第五章斜截面抗承载能力计算1、前言2、容许应力设计法3、斜截面破坏的力学行为4、无腹筋梁的抗剪机理和计算5、有腹筋梁的抗剪机理和计算6、深梁的设计与计算教材第六章1、前言钢筋混凝土梁在受弯的同时还受剪力作用，抗剪问题在设计中必须考虑由于剪切破坏属于脆性破坏，梁系结构一般按照强剪弱弯的原则设计Inthedesignofreinforcedconcretemember,flexureisusuallyconsideredfirst.Becauseashearfailureisfrequentlysuddenandbrittle,thedesignforshearmustensurethattheshearstrengthequalsorexceedstheflexuralstrengthatallpointinthebeam.1、前言钢筋混凝土结构的剪切行为极为复杂IABSE在1982年Delft年会上的一次非线性有限元计算比赛1、前言1995年日本核能工程公司对一大型剪力墙在循环动荷载下的极限承载能力和相应变形进行非线性有限元预测2、容许应力法设计——未开裂梁的应力计算对于弹性结构，剪应力按下式计算V——剪力S0——计算位置到外边缘区域对中性轴的静矩I——惯性矩B——计算位置的截面宽度IbVS02、容许应力法设计——未开裂梁的应力计算在弯剪共同作用下，主拉应力和主压应力的计算主拉应力主压应力2222t2222c2、容许应力法设计——未开裂梁的应力计算2、容许应力法设计——未开裂梁的应力计算2、容许应力法设计——未开裂梁的应力计算对于钢筋混凝土而言，一般弯曲裂缝先于剪切裂缝出现。弯曲裂缝出现后，不能用线弹性力学公式预测剪切裂缝的出现时机对于预应力混凝土，剪切裂缝有可能先于弯曲裂缝出现。这种情况下，可以用材料力学公式预测剪切裂缝出现时机2、容许应力法设计——开裂梁的应力计算2、容许应力法设计——开裂梁的应力计算对于开裂混凝土，混凝土不承受拉力，拉力全部由钢筋承担由弯矩平衡方程jdMTjdMMTTjdMT2、容许应力法设计——开裂梁的应力计算jdMTxVMjdxVT钢筋应力增量靠剪应力平衡xbTwdwjbVACI规定0hbVw2、容许应力法设计——开裂梁的应力计算（梁效应和拱效应）前面推导假设力矩jd为一常量。取消这一假设有如果jdTdxdVTdxjddjddxdTV0dxjddjddxdTVjdMTdT/dx代表剪力流，当梁效应存在时，剪力流存在2、容许应力法设计——开裂梁的应力计算（梁效应和拱效应）如果TdxjddjddxdTV0dxdTdxjddTV在这种情况下，剪力通过拱效应传递2、容许应力法设计——无腹筋梁[c]容许剪应力，取值参考教材，与具体规范有关cbhV02、容许应力法设计——有腹筋梁腹筋承担的剪应力cs3、斜截面破坏的力学行为剪跨比的定义对于简支梁0VhM000haVhVaVhM3、斜截面破坏的力学行为——无腹筋梁的斜截面破坏形态斜拉破坏剪压破坏斜压破坏3、斜截面破坏的力学行为——无腹筋梁的斜截面破坏形态斜拉破坏：2.5λ6，当临界斜裂缝一旦出现后，很快延伸到梁顶，把梁拉裂成两部分。Inslendershearspan,λfromabout2.5to6,theinclinedcracksdisruptsequilibriumtosuchanextentthatthebeamfailsattheinclinedcrackingload.Veryslenderbeamwithλgreaterthan6willfailinflexurepriortotheformationofinclinedcracks.3、斜截面破坏的力学行为——无腹筋梁的斜截面破坏形态剪压破坏：1.5λ3时，可能发生剪压破坏。这种破坏的特点是压区混凝土有明显的压坏现象。其原因是混凝土在压、剪复合作用下达到其复合受力强度所致Shortshearspan,λfrom1to2.5,developinclinedcracks,andafteraredistributionofinternalforce,areabletocarryadditionalload,inpartbyarchaction.Thefinalfailurewillbecausedbyabondfailure,asplittingfailure,oradowelfailurealongthetensionreinforcement,orbycrushingofthecompressionzone.Inthiscase,theinclinedcrackgenerallyextendshigherthanflexuralcrack.3、斜截面破坏的力学行为——无腹筋梁的斜截面破坏形态剪压破坏3、斜截面破坏的力学行为——无腹筋梁的斜截面破坏形态斜压破坏：λ1.5时，破坏发生在集中荷载作用点与支座之间，混凝土好象一斜向受压的短柱，破坏时产生多条大体平行的斜裂缝。其原因是主压应力过大。Veryshortspans,withλfrom0to1,developinclinedcracksjoiningtheloadandsupport.Thesecracksdestroythehorizontalshearflowandthebehaviorschangesfrombeamactiontoarchaction.Therebarservesasthetensiontieofatiedarch.Themostcommonfailuremodeisananchoragefailattheendtotensiontie.3、斜截面破坏的力学行为——无腹筋梁的斜截面破坏形态斜压破坏3、斜截面破坏的力学行为——有腹筋梁的斜截面破坏形态有腹筋梁的斜截面破坏形态大体上与无腹筋梁斜截面破坏形态相同有腹筋梁的斜截面破坏形态不仅与剪跨比有关，而且还与腹筋的配置和含量有关3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素剪跨比λ混凝土强度腹筋纵筋截面的尺寸效应轴向力支座约束条件间接加载重复加载3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素剪跨比λ的影响：λ较小时，拱作用比较明显，抗剪承载能力很大程度上取决于混凝土的抗压强度，因此可以获得较高的抗剪能力；当剪跨比较大时，梁的抗剪承载力更大程度上梁效应。特别是无腹筋梁，当主拉应力达到混凝土的抗拉极限强度时将出现斜裂缝，梁很快发生斜拉破坏，承载力较低。3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素剪跨比λ的影响3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素混凝土强度的影响：混凝土强度越高，斜截面抗剪承载能力也越高。由于剪切破坏形态的不同，抗剪强度可能主要取决于抗压强度（小剪跨比）或抗拉强度（较大剪跨比）3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素箍筋的抗剪作用箍筋有效地固定和支承纵筋，增强了纵筋的销栓作用，避免支座附近过早地出现撕裂裂缝与斜裂缝相交的箍筋，在斜截面破坏时，可以达到很高的应力水平甚至屈服限制了斜裂缝的扩展，使斜裂缝两侧的骨料咬合作用得以维持和加强配箍量较大时，能够对混凝土提供侧向约束箍筋对抗剪强度的贡献主要取决于配箍率和箍筋强度，而且必须保证箍筋与斜裂缝相交，因此箍筋的细部构造十分重要3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素纵筋的影响：纵筋的配筋率越高则纵筋的销栓作用越强3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素小剪跨比时，拱效应明显，纵筋相当于拱的拉杆，因而配筋率的影响比较明显大剪跨比时，梁效应增强，斜拉破坏主导破坏模式，降低了配筋率的影响3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素纵筋配筋率对抗剪强度的影响不如箍筋配筋率影响明显纵筋在支座附近突然切断会使临界斜裂缝在纵筋切断位置产生，降低梁的抗剪强度。所以，在纵筋切断位置附近宜适当加密箍筋3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素截面尺寸的影响：随着梁高增加，强度并非呈线性增加3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素截面尺寸的影响泰勒认为：粗骨料颗粒大小会影响骨料的咬合力，大尺寸构件仍采用颗粒较细的骨料，就会降低剪应力强度。如果骨料颗粒大小随截面尺寸比例变化，则截面尺寸的影响就小对于有腹筋梁，剪力由混凝土和腹筋共同承担，尺寸因素对于腹筋承担的那一部分剪力没有什么影响。所以，随着配箍率的增加，尺寸效应的影响有所减弱3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素轴向力的影响：轴向压力可延缓斜裂缝的出现，提高抗剪承载能力。轴向拉力会显著降低抗剪能力3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素轴向力对抗剪强度的影响可以写为NuuVVV03、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素支座约束条件的影响3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素间接加载的影响：间接加载时，构件的抗剪强度要降低。主要因受力性能和破坏形态的变化。不能形成拱作用，产生斜拉破坏3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素重复加载的影响：若斜截面未开裂或混凝土的名义剪应力较小，则重复荷载并没有引起混凝土抗剪机构的退化。若混凝土名义剪应力大，导致斜截面开裂，在交变荷载作用下，混凝土的抗剪机构退化较快，斜裂缝两侧的骨料咬合作用逐渐减弱，而箍筋的应力逐渐增加，随着循环荷载次数的增加，疲劳破坏的形式最终可能表现为与斜裂缝相交的箍筋断裂，其斜截面承载力降低3、斜截面破坏的力学行为——影响斜截面抗剪承载能力的主要因素重复加载的影响：重复加载对抗剪强度的影响主要取决于应力比、荷载水平、循环次数、箍筋的含量和箍筋的表面形状等4、无腹筋梁的抗剪机理和计算梁剪跨内的平衡dscuVVVVZctgVTZxVMduu4、无腹筋梁的抗剪机理和计算梁剪跨内的平衡压区混凝土承担的剪力约占总剪力的20%-40%；销栓力约占总剪力的15%-25%；骨料咬合力约占总剪力的35%-50%dscuVVVV4、无腹筋梁的抗剪机理和计算梁剪跨内的平衡尽管简支梁在支座处的弯矩为零，但如果支座附近产生斜裂缝，则钢筋的拉力不取决于支座的弯矩，而取决于斜裂缝末端的弯矩，这样纵筋的拉力就可能较大，这就是简支梁纵筋为什么在支座内需要一定锚固长度的原因4、无腹筋梁的抗剪机理和计算梁作用和拱作用TZMdxdZTdxdTZdxTZddxdMV)(4、无腹筋梁的抗剪机理和计算梁作用内力臂Z为常数，则dZ/dx=0为理想的等截面受弯构件的性能。拉力T是沿梁长逐点变化的，拉力T沿梁长的变化率dT/dx等于作用在单位梁长抗弯钢筋的粘结力q。只有当钢筋和混凝土之间有可靠的粘结时，“梁作用”才能成立qZdxdTZV4、无腹筋梁的抗剪机理和计算拱作用当由于某种原因使钢筋与混凝土之间的粘结沿剪跨全长遭到破坏时，拉力T就不能产生变化，因而dT/dx=0。在这种情况下，外剪力只能由内部的斜压力来承担。这一极端情况被称之为“拱作用”dxdZCdxdZTV4、无腹筋梁的抗剪机理和计算剪跨内的梁作用两条裂缝之间的块体可以看作像悬臂梁作用在悬臂梁上的力粘结力ΔT=T1-T2骨料咬合作用产生剪应力