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第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 无腹筋梁的斜截面上的应力状态及破坏形式 有腹筋梁的斜截面受剪承载力计算 钢筋混凝土梁的斜截面受弯承载力 钢筋骨架的构造 钢筋混凝土构件施工图 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 如图4-1所示,简支梁在两个对称 荷载作用下产生的效应是弯矩和剪力。 按材力公式分析,在弯剪区段,由于 M和V的存在产生正应力和剪应力以及 主拉应力和主压应力。 主拉应力: 主压应力: tp cp 2 2 2 4 2 4 2 2 主应力的作用方向与梁轴线的夹角: tg 2 图4-1 主应力迹线 2 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 随着荷载的增加。当弯剪区的主拉应力tp > ft时, 就会产生与主应力的方向相垂直的斜裂缝。如果斜截 面受剪承载力不足,就可能沿某一主要斜裂缝截面发 生破坏。––– 称斜截面破坏。 为了防止梁沿斜截面破坏,就需要在梁内设置足够 的抗剪钢筋,其通常由与梁轴线垂直的箍筋和与主拉应 力方向平行的斜筋共同组成。斜筋常利用正截面承载力 多余的纵向钢筋弯起而成,所以又称弯起钢筋。 箍筋与弯起钢筋通称腹筋。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 有腹筋梁:箍筋、弯起钢筋(斜筋)、纵筋 无腹筋梁: 是指不配箍筋、弯起钢筋的梁 实际中一般都要配箍箍筋,有时还配有弯起钢筋。 图4-2 梁的钢筋骨架 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.1 无腹筋梁的抗剪性能 4.1.1 斜裂缝发生前后梁内应力状态的变化 1. 斜裂缝的形态: ◆弯剪斜裂缝 特点:裂缝下宽上窄 ◆腹剪斜裂缝 特点:裂缝中间宽两头窄 图4-3 斜裂缝的形态 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 取斜裂缝以左部分梁为隔离体来分析它的受力状态。 从图4-4中可知,荷载 在斜截面AB上引起的弯矩为 MA,剪力为VA,而在斜截面 AB上的抵抗力有以下几部分: CC A′ Va B MBB M ①纵向钢筋承担的拉力T; ②余留截面混凝土承担的剪力VC; 图4-4 梁隔离体受力图 ③斜裂缝上端余留截面混凝土承担的压力C; ④纵向钢筋承担的剪力Vd(纵筋的销栓力); ⑤骨料咬合力的竖向分力Vay。 MM A A 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 由力的平衡条件可得平衡VA的抗剪力 VA= Vc+ Vay + Vd≈ Vc 梁的抗剪能力主要是余留截面上混凝土承担的Vc。 由力矩平衡条件可得T 和C形成的平衡MA的抗弯力矩 MA = T z+ Vd c≈T z 式中 T——纵向钢筋承受的拉力; z——钢筋拉力T到混凝土压应力合力C点的力臂。 c——斜裂缝的水平投影长度。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 斜裂缝发生前后梁内应力状态的变化 ★剪压区内的混凝土压应力、切应力将大大增加; ★纵向钢筋应力突然增加; ★钢筋与混凝土之间粘结应力的增加,有可能出现沿纵向钢 筋的粘结裂缝或撕裂裂缝。 图4-5 粘结裂缝和撕裂裂缝 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.1.2 无腹筋梁的受剪破坏形态 随着剪跨比λ的变化,无腹筋梁主要有以下三种破坏形态 剪跨比λ是剪跨a和截面有效高度h0的比值,即λ=a/ h0。 a——集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离。 对于承受均布荷载的梁,剪跨比的影响可用跨高比l/ h表示。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 1. 斜拉破坏 ★ 发生条件:当剪跨比λ较大时(一般λ>3), ★破坏特点:整个破坏过程急速而突然,破坏荷载比 斜裂缝形成时的荷载增加不多。 ★破坏原因:余留截面上的主拉应力超过了混凝土的 抗拉强度所致。 图4- 6 斜拉破坏形态 抗剪承载力取决于混凝土的抗拉强度 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 2. 剪压破坏 ★ 发生条件:当剪跨比λ适中时(一般1<λ≤3), ★破坏特点:破坏过程缓慢,破坏时的荷载明显高于斜裂 缝出现时的荷载。 ★破坏原因:余留截面上混凝土的主压应力超过了混凝土 在压力和剪力共同作用下的抗压强度。 图4- 7 剪压破坏形态 抗剪承载力主要取决于混凝土在复合应力下的抗压强度 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 3.斜压破坏 ★ 发生条件:当剪跨比λ较小时(一般λ≤1), ★破坏特点:斜裂缝细而密,破坏时的荷载也明显高于斜 裂缝出现时的荷载。 ★破坏原因:主压应力超过了混凝土的抗压强度所致。 图4-8 斜压破坏形态 抗剪承载力取决于混凝土的抗压强度 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 P 无腹筋梁的受剪破坏都是脆性的 斜压破坏 ◇斜拉破坏为受拉脆性破坏, 脆性性质最显著; 剪压破坏 ◇斜压破坏为受压脆性破坏; 斜拉破坏 ◇剪压破坏界于受拉和受压脆 性破坏之间。 三种破坏形式的承载力: f 图4-9 斜截面破坏的P-f 曲线 斜拉破坏最高,剪压破坏次之,斜拉破坏最低。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.1.3 影响斜截面受剪承载力的主要因素 1. 剪跨比λ 按斜压破坏(λ<1)、 剪压破坏(1<λ<3)和斜拉 破坏(λ>3)的顺序变化, 其受剪承载力则逐渐减 弱。当λ>3时,剪跨比的 影响将不明显 图4-10 剪跨比的影响 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 2. 混凝土强度fcu 剪跨比λ一定时,受剪 承载力随混凝土强度fcu的 提高而提高,两者基本呈 线性关系。 3. 纵筋配筋率 图4-11 混凝土强度的影响 由于纵筋的增加相 应地加大了剪压区混凝 土的高度,间接地提高 了梁的抗剪能力。影响 程度和剪跨比有关 图4-12 纵筋配筋率的影响 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.2 有腹筋梁斜截面受剪承载力计算 4.2.1 斜裂缝发生前后梁内受力特点 1. 拱形桁架模型 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。 4-13 有腹筋梁的剪力传递图 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.2.2 腹筋的作用 (1)与斜裂缝相交的腹筋本身能承担很大一部分剪力。 (2)腹筋能阻止斜裂缝开展过宽,延缓斜裂缝向上伸展,保 留了更大的剪压区高度,从而提高了混凝土的受剪承载力Vc。 (3)腹筋能有效地减少斜裂缝的开展宽度,提高斜截面上的 骨料咬合力Va。 (4)箍筋可限制纵向钢筋的竖向位移,有效地阻止混凝土 沿纵筋的撕裂,从而提高纵筋的“销栓作用” Vd。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.2.3 有腹筋梁的斜截面破坏形态 (1)斜拉破坏 :当λ >3,且箍筋配置的数量过少,将发 生斜拉破坏。破坏特征与无腹筋梁相同,破坏时箍筋被拉断。 (2)剪压破坏:箍筋的配置数量适当,且剪跨比 1<λ<3 时,发生剪压破坏。其特征是箍筋受拉屈服,剪压区混凝土 压碎,斜截面承载力随配箍率及箍筋强度的增大而增大。 (3)斜压破坏:剪跨比较小或箍筋的配置数量过多,会发 生斜压破坏。其特征是混凝土斜向柱体被压碎,但箍筋不屈服。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.2.4 影响有腹筋梁受剪承载力的因素 影响腹筋梁的受剪承载力因素有:剪跨比、混凝土的强度、 纵向钢筋用量及腹筋用量。箍筋用量以配箍率ρsv来表示。 4-14 有腹筋梁的剪力传递图 ρsv=Asv/(bs) Asv=nAsv1 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.2.5 有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式 1. 仅配箍筋梁的受剪承载力Vu Vc 如图4-12所示,由隔离体 上的竖向力平衡条件得到: Vu=Vc+Vsv =Vcs VsV Vu 图4-15 受剪承载力的组成 式中 Vc –––剪区区混凝土的抗剪能力; Vu ––– 梁斜截面抗剪承载力; Vsv –––箍筋的抗剪剪力; Vcs–––斜截面上混凝土和箍筋的抗剪承载力设计值 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 规范给出的Vcs计算公式如下: 一般梁时: Vcs=0.07fcbh0 +1.25 fyv Asv h0 /s 式中 fc ——混凝土轴心抗压强度设计值; b——矩形截面的宽度或T形、工形截面的 腹板宽度; h0——截面有效高度; fyv ——箍筋抗拉强度设计值。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 2. 承受以集中荷载为主的梁: (当集中荷载对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) Asv 0.2 Vcs f c bh0 1.25 f yv h0 1.5 s 式中 λ——计算剪跨比,λ=a/ h0 当λ<1.5 时,取λ=1.5; 当λ>3时,取λ=3。 当λ<1.5 、λ>3时,往往发生斜压和斜拉破坏 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.3 钢筋混凝土梁的斜截面受弯承载力 如果按照梁弯矩最大截面算出的配筋全部贯通布置, 则正、斜截面抗弯强度都没有问题。为了节约钢筋,常根 据弯矩M图,把部分钢筋弯起或截断,纵向钢筋在切断或 弯起时,斜截面受弯承载力的问题,在设计中一般是通过 画正截面抵抗弯矩图的方法,通过构造措施加以保证。 4.3.1 抵抗弯矩图的绘制 抵抗弯矩图简称MR图,就是各正截面实际能够抵抗 弯矩的图形。是由各截面尺寸和钢筋用量所决定的正截面 极限弯矩Mu(也即抵抗弯矩MR)沿构件长度的变化图形。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.3.2 纵筋的理论切断点与充分利用点 一根钢筋的不需要点也称作该钢筋的“理论切断点”;在 理论上便可予以切断。但实际切断点还将伸过一定长度。 一根钢筋的强度需要充分发挥的点称作该钢筋的“充分利用 点”,这根钢筋如果变化,就会导致该正截面抗弯要求不满足。 图4-16 纵筋截断、弯起时的抵抗弯矩图 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.3.3 如何保证斜截面受弯承载力 1. 切断纵筋时如何保证斜截面的受弯承载力 在正截面受弯承载力已不需要某一根钢筋时,将该钢筋伸 过其理论切断点一定长度lw后才能将它切断;钢筋强度充分利用 截面以外延伸ld后再截断钢筋。 图示:纵钢筋切断点及延 伸长度要求A—A:钢筋① 的强度充分利用截面; B—B:按计算不需要钢筋 ①的截面(理论切断截面) 图4-17 纵筋截断位置图 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 (1)钢筋的实际切断点应伸过其理论切断点,延伸长度lw不 小于20d(d为切断的钢筋直径)。 (2)钢筋的充分利用点至该钢筋的实际切断点的距离ld还应 满足下列要求: 当V<Vc 时,ld≥1.2la ; 当V≥Vc 时,ld≥1.2la + h0 (3)若按上述确定的截面切断点仍位于负弯矩受拉区内,则 应延伸至钢筋的理论切断点以外不小于1.3h0且不小于20d处切断, 且钢筋的充分利用点处延伸的长度不小于1.2la +1.7 h0 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 2. 纵筋弯起时如何保证斜截面的受弯承载力 如果发生斜裂缝AB,若要求斜截面AB 的受弯承载力仍足以抵抗MA,必须满足: z u n si b u 即: zb≥z zb =asin+ zcosz co s u As①fyzb≥As①fyz a≥(1-cos)z/sin 图4-19 钢筋弯起时斜截面受弯承载力 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 α 一 般 为 45º~60º , 取 z= ( 0.91~0.77 ) h0 , 则 a=(0.37~0.52)h0,规范取a≥0.5h0。 钢筋弯起的要点 1)钢筋弯首先应满足斜截面抗弯要求,即弯起点是在 离钢筋被充分利用截面0.5h0处以外; 2)弯起钢筋先考虑其斜截面受弯承载力,再考虑满足 斜截面的抗剪要求,主要根据计算和抗剪构造确定; 3) 当a≥0.5h0与s≤smax出现矛盾,则应首先满足抗弯要 求,另设鸭筋抗剪。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.4 钢筋骨架的构造 4.4.1 箍筋构造 1.箍筋的形状 箍筋的采用封闭式;箍筋端部弯钩通常用135º,弯钩端部 水平直段长度不应小于5d和50mm;箍筋的肢数分单肢、双肢 及复合箍(多肢箍),由梁宽b及纵向受压钢筋的根数确定。 2. 箍筋的最小直径 对截面高度h≤ 800mm的梁,其箍筋直径不宜小于6mm;对 截面高度h>800mm的梁,其箍筋直径不宜小于8mm。当梁中 配有计算需要的纵向受压钢筋时,箍筋直径尚不应小于纵向受 压钢筋最大直径的0.25倍。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.箍筋的最大间距 (l)梁中箍筋的最大间距宜符合表 4-1的规定。 表4-1 梁中箍筋的最大间距(mm) 梁高h V>0.07f cbh0 V≤0.07f cbh0 300 150 200 500 200 300 800 250 350 h > 800 300 400 (2) 当梁中配有按计算需要的纵向受压钢筋时,箍筋的间 距不应大于15d(d为纵向受压钢筋的最小直径) 同时不应大 于400mm;当一层内的纵向受压钢筋多于5根且直径大于 18mm时,箍筋问距不应大于10d。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 3. 箍筋的布置 对按计算不需要配箍筋的梁: (l)当截面高度h>300mm时,应沿梁全长设置箍筋; (2)当截面高度h=150~300mm时,可仅在构件端部各 四分之一跨度范围内设置箍筋;但当在构件中部二分之一 跨度范围内有集中荷载作用时,则应沿梁全长设置箍筋; (3)当截面高度h<150mm时,可不设箍筋。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.4.2 纵向钢筋的构造 1. 纵向受力钢筋在支座中的锚固 1) 简支梁、悬臂梁 图4-120 简支梁、悬臂梁纵向钢筋端部的锚固措施 下部受力钢筋其伸入支座范围内的锚固长度las应符合下列规定: 1. 当 V≤0.07fcbh0时,las≥5d 2. 当 V≥0.07fcbh0时, 光面钢筋 las≥15d;带肋钢筋 las≥12d 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 2)连续梁及框架梁支座 中间支座:①连续梁中间支座的纵向钢筋符合前述对截断 钢筋的要求。②下部纵向钢筋当计算中不利用其强度时,其伸入 长度应符合上述对简支梁支座V>Vc的规定;当计算中充分利用 其强度时,伸入长度不小于la,受压钢筋不小于0.7la。受拉钢筋 也可采用带90º弯折的锚固形式。 图4-21 梁下部纵向钢筋在中间节点或中间支座范围内的锚固与搭接 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 中间层端支座:上部纵 向钢筋伸入支座或节点的长度, 当采用直线锚固形式时,不应 小于la ,且伸过柱中心线不宜 小于5d;当柱截面尺寸不足时, 纵向钢筋应伸至节点对边应向 图4-22 下弯折。 中间层端支座梁上部纵向钢筋的锚固 顶层端支座:要求 与柱纵向钢筋按图示搭 接。且应伸过梁下边缘 后分批切断。 图4-23 顶层端支座纵向钢筋的锚固 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 3. 架立钢筋的配置 架立钢筋直径与梁的跨度有关。当梁的跨度小于4m时,架 立钢筋的直径不宜小于6mm;当梁的跨度为4—6m时,架立钢 筋的直径不宜小于8mm;当梁的跨度大于6m,不宜小于10mm。 4. 腰筋及拉筋的设置 当梁的高度超过700mm,在梁的两个 侧面应沿高度配置纵向构造钢筋,直径不 小于10mm,并用拉筋联系起来。 图4-24 腰筋及拉结筋 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 5. 弯起钢筋(斜筋)的构造 1)弯起角度: 一般为45°,当梁高h>700mm时也可用60°。 底层钢筋中的角筋不应弯起,顶层钢筋中的角筋不应弯下。 2)锚固长度:水平段长度在受拉区≥20d,在受压区≥10d。 3)间距:符合表4-1的规定。 4)形式:当不能弯起纵向受拉钢筋抗剪时,可设置单独的受 剪弯起钢筋。弯起钢筋应采用“鸭筋”,而不应采用“浮筋”。 受拉区 受压区 图4-25弯起钢筋的锚固 图4-26 鸭筋和浮筋 (a)鸭筋; (b) 浮筋 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 4.5 钢筋混凝土构件施工图 4.5.1模板图:用于注明构件的外形尺寸,以制作模板之用, 同时用来计算混凝土方量。 4.5.2配筋图:表示钢筋骨架的形状以及在模板中的位置,主 要为绑扎骨架用。配筋图中的钢筋编号很重要,否则就容易混乱。 4.5.3 钢筋表:列表表示构件中所有不同编号的钢筋品种、 规格、形状、长度、根数、重量等;主要为断料及加工成型用, 同时可用来计算钢筋用量。 4.5.4 说明或附注:包括说明之后可以减少图纸工作量的内 容以及一些在施工过程中必须引起注意的事项。 第5章 钢筋混凝土受弯构件斜截面 承载力计算 图4-27 梁配筋图 KL-1 配筋图(详图法)