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1、单元4钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力计算,本章主要内容,4-0概述,4-1受弯构件斜截面的受力性能,4-2受弯构件斜截面承载能力设计计算,本章重点：受弯构件斜截面破坏的主要形态及主要因素；受弯构件斜截面承载力的计算公式及适用条件，防止斜压和斜拉破坏的措施；,受弯构件在荷载作用下，同时产生弯矩和剪力。在弯矩区段，产生正截面受弯破坏，而在剪力较大的区段，则会产生斜截面受剪破坏。,一.梁的内力,M,V,二.斜裂缝的形成,当梁上所施加的荷载较小，斜裂缝出现前，此时钢筋混凝土梁可足够精确地视为线弹性体而按材料力学的公式分析其应力状态。,当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂，梁内即有沿主压
2、应力方向（垂直于主拉应力方向）开展的斜裂缝产生，梁有可能沿斜截面发生破坏。梁内可设置抗剪腹筋（箍筋斜筋）来防止斜截面破坏发生。,腹剪斜裂缝,弯剪斜裂缝,首先出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，,沿主压应力迹线产生腹部的斜裂缝,三.两个名词,剪跨比,配箍率,4.2.1无腹筋梁的受力破坏特征,随着剪跨比的变化，无腹筋梁可能发生斜拉、斜压和剪压三种沿斜截面的破坏形态。一.斜拉破坏当剪跨比3时可能发生。,破坏特征剪跨比l较大，主压应力角度较小。一旦出现斜裂缝，就很快形成临界斜裂缝，荷载传递路线被切断，承载力急剧下降，脆性性质显著。破坏是由
3、于混凝土（斜向）拉坏引起的，称为斜拉破坏。斜拉传力机构，取决于混凝土的抗拉强度，故承载能力很低。,P,二.剪压破坏,剪跨比时可能会发生。,破坏特征,弯剪斜裂缝不只一条，当荷载增加到某一值时，几条弯剪裂缝形成一条主要的斜裂缝(临界斜裂缝)临界斜裂缝出现后，承载力没有很快丧失，荷载可以继续增加，并出现其它斜裂缝。最后，上端混凝土在剪应力和压应力的共同作用下，达到混凝土的复合受力下的强度而破坏。承载能力取决于混凝土的复合应力下（剪压）的强度。,剪跨比时可能会发生。,三.斜压破坏,破坏特征梁腹部出现若干大体平行的斜裂缝。混凝土在斜向压应力的作用下受压破坏。斜压传力机构，取决于混凝土的抗压强度，故承载能
4、力很高。,无腹筋梁的受剪破坏都是脆性破坏。斜拉破坏为受拉脆性破坏，脆性性质最显著；斜压破坏为受压脆性破坏；剪压破坏界于受拉和受压脆性破坏之间。不同破坏形态的原因主要是由于传力路径的变化引起应力状态的不同而产生的。,4.2.2有腹筋梁的受力破坏特征,一.梁内箍筋的作用斜裂缝出现后，拉应力由箍筋承担，增强了梁的剪力传递能力；箍筋控制了斜裂缝的开展，增加了剪压区的面积，骨料咬合力Va也增加；吊住纵筋，延缓了撕裂裂缝的开展，增强了纵筋销栓作用Vd；箍筋参与斜截面的受弯，使斜裂缝出现后纵筋应力ss的增量减小；直接参与抗剪，使传力机制发生变化。但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
5、，即对小剪跨比情况，箍筋的上述作用很小；对较大剪跨比情况，箍筋配置如果超过某一限值，则产生斜压破坏，继续增加箍筋没有作用。,二.破坏形态,随剪跨比和配箍率的变化，有腹筋梁同样可能发生斜拉、斜压和剪压三种沿斜截面的破坏形态。斜拉破坏：剪跨比较大且配箍率较小时会发生。通过构造要求来避免。剪压破坏：剪跨比和配箍率均较适中时会发生，破坏时与斜裂缝相交的箍筋一般能达到屈服。通过计算来避免。斜压破坏：剪跨比较小或配箍率均过大时会发生，破坏时与斜裂缝相交的箍筋不能达到屈服。通过构造要求来避免。,以上的三种剪切破坏形态，就它们的抗剪承载力而言，对同样的构件，斜拉破坏最低，剪压破坏较高，斜压破坏最高，但就破坏性
6、质而言，均属脆性破坏，其中斜拉破坏脆性最突然，斜压破坏次之，剪压破坏稍好，因此对于受弯构件，应尽可能设计成强剪弱弯，即若梁破坏，应尽可能使构件发生正截面破坏。受弯构件沿斜截面除了可能发生上述三种剪切破坏外，还可能发生沿斜截面的抗弯破坏，这种破坏亦通过构造要求来避免。,三.无腹筋梁和有腹筋梁的传力机构,无腹筋梁拉杆拱,有腹筋梁桁架机构,有腹筋梁的传力机构桁架机构的组成,缝上部及受压区混凝土相当于受压弦杆；梁中配置箍筋，出现斜裂缝后，梁的剪力传递机构由原来无腹筋梁的拉杆拱传递机构转变为桁架与拱的复合传递机构；斜裂缝间齿状体混凝土有如斜压腹杆；箍筋的作用有如竖向拉杆；临界斜裂纵筋相当于下弦拉杆；箍筋
7、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；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）,4.2.3影响受弯构件抗剪承载力的主要因素,一.剪跨比l影响荷载传递机构，从而直接影响到梁中的应力状态剪跨比l大，荷载主要依靠拉应力传递到支座剪跨比l小，荷载主要依靠压应力传递到支座,三.混凝土强度等级剪切破坏是由于剪压区应力达到复合应力（剪压）状态下强度而发生的，故混凝土强度对受剪承载力有很大影响。试验表明，随着混凝土强度的提高，Vu与ft近似成正比。事实上，斜拉破坏取决于ft，剪压破坏也基本取决于ft，只有在剪跨比很小时的斜压破坏取决于fc。而斜压破坏可认为是受剪
8、承载力的上限。,三.纵筋配筋率纵筋配筋率越大，受压区面积越大，受剪面积也越大，并使纵筋的销栓作用也增加。同时，增大纵筋面积还可限制斜裂缝的开展，增加斜裂缝间的骨料咬合力作用。,四.箍筋的配筋强度,在一定范围之内，随箍筋配筋强度的增大，梁的抗剪承载能力不断提高。,五.预应力的影响对构件施加预应力，在一定范围内可以提高构件的抗剪承载能力。,4.2受弯构件斜截面抗剪承载能力设计计算,一.基本假定,前已述及，受弯构件沿斜截面可能发生斜拉、斜压及剪压三种剪截破坏形态，而斜拉、斜压破坏将通过构造要求来予以避免，剪压破坏则通过计算来避免。因此，下面的计算公式是用来计算剪压破坏时斜截面承载能力的。影响受剪承载
9、力的因素很多，很难综合考虑，而且受剪破坏都是脆性的。规范是根据大量的试验结果，取具有一定可靠度（95%）的偏下限经验公式来计算受弯构件抗剪承载力。,基本假定根据梁的剪压破坏特征，建立以下的基本假定：1.忽略斜裂缝结合面上骨料咬合力以及纵筋销栓作用的抗剪能力，假定斜截面的抗剪承载力Vu由剪压区混凝土、箍筋和弯起钢筋三者提供，即：Vu=Vc+Vsv+Vsb2.梁沿斜截面发生剪压破坏时，假定与斜裂缝相交的箍筋与斜筋均达到其屈服强度，但考虑其应力不均匀的影响。,混凝土结构设计规范(GB50010-2010),二.计算公式,规范公式：根据无腹筋梁抗剪的实验数据点，满足目标可靠度指标=3.7,取偏下线作为
10、斜截面承载力的计算公式。,1.无腹筋梁受剪承载力计算公式,均布荷载作用下：,Vc0.7ftbh0,集中荷载作用下：,式中Vc无腹筋梁受剪承载力设计值,计算剪跨比,1.53,a集中荷载作用点至支座边缘的距离,不配箍筋的板类构件（无腹筋）：其中：截面高度影响系数：，取；，取,2.有腹筋梁受剪承载力计算公式,只适用于剪压破坏的情况,2.1仅配有箍筋的梁,规范公式是以剪压破坏的受力特征作为建立计算公式的基础：,VcsVc+Vsv,式中：Vsv配有箍筋梁的抗剪承载力的提高部分。,VCS/bh0与t及之间存在着线性关系，即有：VCS/bh0ctsvsvyv变成无量纲形式,相对名义剪应力,配箍系数,待定系数
11、，与截面形式、荷载情况有关,2.1.1矩形、T形和I形截面一般受弯构件,写成极限状态设计表达式为：,本公式适用于矩形、T形、工字形截面简支梁、连续梁、约束梁等一般受弯构件,2.1.2受集中荷载为主的矩形、T形和I形独立梁,受集中荷载为主指受不同荷载形式时，集中荷载在支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况。,独立梁不与楼板整体现浇的梁，包括简支梁、连续梁、约束梁,注意：,：取计算剪跨比，,a为计算截面到支座截面或节点边缘的距离,a取值示意,截面宽度b取值,b,b,2.2配有箍筋和弯起钢筋的梁,弯筋的抗剪承载力：,0.8应力不均匀系数,弯筋与梁纵轴的夹角，一般取45，h800
12、mm时取60,Vsb=fyAsbsin,Asb配置在同一弯起平面内的弯起钢筋的截面面积,VuVcs+Vsb,0.8,120,220,1、矩形、T形和I形截面一般受弯构件（一般情况）,2、受集中荷载为主的矩形、T形和I形独立梁(特殊情况),计算截面剪跨比，a/h0，1.53.0,2.3公式的适用范围,当配箍系数svyvt1.2或配箍率sv1.2tyv时继续增加箍筋用量，梁的斜截面受剪承载力几乎不再提高破坏时，剪压区砼被压碎，箍筋应力达不到屈服强度，即发生斜压破坏，将配箍率sv1.2tyv代入公式,综合取0.25ccbh0,为有腹筋梁斜截面受剪承载力的上限值,相应的配箍率称为最大配箍率，即,限制s
13、v,max,上限值：最大配箍率及最小截面尺寸,防止斜压破坏,限制最小截面尺寸。,一般梁,薄腹梁,V0.25cfcbh0,V0.2cfcbh0,规范取值,hw的取值：,c砼强度影响系数，当砼强度等级C50，c1.0；CC80，c0.8，其间内插。,下限值：最小配箍率及构造配箍条件,1、矩形、T形和I形截面一般受弯构件（一般情况）,2、受集中荷载为主的矩形、T形和I形独立梁(特殊情况),(1)当满足以下条件时：,不计算配箍，但应按构造配箍,箍筋最大间距SmaxP107表4-3,箍筋最小直径dminP107表4-2,最小配箍率,限值sv,min，Smax,防止斜拉破坏,(2)当V0.7ftbh0时,
14、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004),（1）混凝土与箍筋承载力受剪承载力,箍筋的抗剪承载力是指与斜截面相交的箍筋抵抗梁沿斜截面破坏的承载力，当两剪切破坏时，靠近剪压区的箍筋可能达不到屈服强度，要考虑拉应力的不均匀影响，应计入应力不均匀系数。,弯起钢筋对斜截面的抗剪作用，应为弯起钢筋抗拉承载力在竖直方向的分量，再乘以应力不均匀系数0.75，其计算公式,（2）弯起钢筋的受剪承载力,2.规范设计公式2.1基本公式,2.2适用条件（1）承载能力的上限值截面尺寸校核，防止斜压破坏当不满足下式时，表示截面尺寸偏小，需加大截面尺寸。,（2）承载能力的下限值按构造要求配箍的条件当
15、满足下式时，表示可按构造要求配置箍筋。,课题二等高度简支梁腹筋的初步设计,已知条件,1验算截面尺寸要求，即满足上限值公式的最小截面尺寸,设计步骤,2求按构造配腹筋的梁段区根据下限值公式计算,3公路桥规规定：箍筋与混凝土承担60%的最大计算剪力V，弯起钢筋承担40%V,L0,截面尺寸，fcu,k，fsd,fsv,As及布置,0Vd的分布.,(二)截面设计1.绘出剪力设计值包络图。用作抗剪配筋设计的最大剪力组合设计值按以下规定取值：简支梁和连续梁近边支点梁段取离支点h/2处的剪力设计值将或分为两部分，其中不少于60%由混凝土和箍筋共同承担；不超过40%由弯起钢筋承担，并且用水平线将剪力设计值包络图
16、分割。2.计算第一排弯起钢筋Asb1，时，对于简支梁和连续梁近边支点梁段，取用距支点h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力Vsb1；3.计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起Asb2，Asbi时，对于简支梁、连续梁近边支点梁段和等高度连续梁和悬臂梁近中间支点梁段，取用前一排弯起钢筋下面起弯点处由弯起钢筋承担的那部分剪力Vsb2，Vsbi，。,4.每排弯起钢筋的截面面积按下式计算：,设计步骤已知：尺寸、纵向钢筋面积、材料规格求：箍筋和弯起钢筋的配置a、核算截面尺寸是否满足要求,（距支点h/2处）,b、确定哪一部分需按计算配筋，哪一部分需按构造配筋,c、砼、箍、弯对剪力的承担,需要配筋,不需要配筋,d、箍筋设计解得,并验算是否大于最小配筋率的要求。选择箍筋直径、选择箍筋形式、通过公式确定箍筋间距。根据,可以求出并取整数。,4箍筋设计,设计步骤,课题二等高度简支梁腹筋的初步设计,*Vsbi按图中从距支点h/2处的0.4V为第一排值，然后依次取起弯点的分担剪力部分。后排弯终
