1、钢筋混凝土构件弯剪承载力,参考文献,很少纯剪构件，V与M共生，相互影响： 1.斜裂缝发展受到弯矩的影响弯剪承载力，远低于纯剪承载力； 2.弯、剪力作用二维应力场，斜向受拉； 3.剪应力的存在平截面假定不再成立(特别是深梁)； 4.破坏过程中有应力重分布，“梁”式截面应力分布规律不再适用； 5.破坏突然，过程促，延性小，明显的脆性破坏。,素混凝土梁开裂前线弹性分析结果,正应力：,剪应力：,主应力：,(剪应力中和轴处最大）,可见，其受力性能与正应力、剪应力的比例关系有关,剪跨比：,无腹筋梁开裂前的线弹性分析结果近似,影响破坏形态的重要因素：反映截面上弯矩与剪力的比值，实质为正应力与剪应力的比值。,
2、主压应力迹线 主拉应力迹线,开裂前特点及开裂原因,纯弯段（正截面）：剪力和剪应力为零，主拉应力为水平方向。梁截面下边缘的最大主拉应力超过混凝土的单轴抗拉强度时，出现垂直裂缝。平截面假定近似成立，纵筋应力分布与弯矩图成正比。,弯剪段（斜截面）： 剪应力的存在导致主应力方向倾斜。 剪拉区：斜向主拉应力超过混凝土的二轴（拉压）抗拉强度时，就会出现与主拉应力垂直的斜向裂缝(体现M对V的影响)； 截面下边缘：水平方 向的主拉应力可能导致 出现较小的垂直裂缝。,哪种裂缝先出现？,P 作用，无腹筋简支梁，剪弯段有两种斜裂缝：,腹剪斜裂缝：梁中和轴附近出现大致与中和轴成450的斜裂缝，并沿着主压应力迹线向集中
3、荷载作用点和支座延伸，裂缝两头细、中间粗。,出现情况： 较小处，如简支支座附近、连续梁反弯点附近(M小,V大)加载后期出现（仍以跨中受弯破坏控制） 很小(如深梁)，斜压破坏，斜向传递压力加载前期出现（以受剪破坏控制） 梁腹很薄时(如I形截面梁)的情况下。(s应力小,但t应力大),弯剪斜裂缝：梁底垂直裂缝将逐渐向上发展，并随着主拉应力作用方向的改变而发生倾斜，即沿主压应力迹线向集中荷载作用点延伸，坡度逐渐减缓，裂缝下宽上细。,出现情况： 较大情况（M大，V小）； M大对V承载力不利（二轴应力、弯裂后砼抗剪面积减小），因此剪压破坏时，弯剪缝出现时V比腹剪缝出现时小，即更早出现。,斜裂缝出现后，弯剪
4、段的混凝土和受拉纵筋的应力状态发生明显的应力重分布： 裂缝附近截面混凝土,全截面受压 最大压应力 位置下移 顶部压应力逐渐减小甚至受拉,斜裂缝出现后，弯剪段的混凝土和受拉纵筋的应力状态发生明显的应力重分布： 裂缝附近截面混凝土加载板附近截面顶部混凝土受压面积不断减小，剪应力增大 最后达到二维（拉压）抗拉强度而发生剪压破坏。 受拉纵筋 梯形应力分布 沿梁均匀分布 与纯弯段应力相等的区域逐渐扩大，最后除了支座附近外其余部分的应力接近常值。可能发生非计算配筋破坏或粘结破坏。,全截面受压 最大压应力 位置下移 顶部压应力逐渐减小甚至受拉,无腹筋梁剪压破坏时的计算模型：拉杆拱,无腹筋梁剪压破坏时的计算模
5、型：拉杆拱,Vd难保证 Vi后期作用小,从另一角度理解无腹筋梁的抗剪机制：,梁机制：未发生粘结破坏部分的纵筋拉力Ts大小沿梁不断变化，其力臂z 恒定不 变。q=dTs/dx称为单位长度纵筋的粘结力:,拱机制：发送粘结破坏部分的纵筋拉力Ts基本保持恒定不 变，即dTs/dx =0，增加的剪力由混凝土的斜向压力抵抗。,有腹筋梁的受力特点,1腹筋对梁开裂荷载、裂缝出现方向和位置无明显影响； 2斜裂缝的产生和发展导致与之相交的腹筋应力增大； 各腹筋的应力和分布各不相同；同一腹筋的应力沿截面高度方向的分布也不均匀； 屈服前，腹筋可有效限制斜裂缝宽度和开展速度；屈服后裂缝宽度增加导致裂缝间骨料咬合力减弱；
6、 3最后腹筋达到屈服，斜裂缝顶端的混凝土达到二维抗压强度，形成典型的剪压破坏形态。 注意：并非所有的腹筋都能得到充分利用，主要取决于：斜裂缝位置、开展宽度、腹筋的夹角以及最终的破坏形态。,腹筋：竖向拉杆和斜向拉杆 裂缝间混凝土：斜向压杆 纵筋：下弦水平拉杆,有腹筋梁剪压破坏时的计算模型：拉杆拱-桁架,Vd难保证 Vi后期作用小,腹筋的作用,1.直接承受部分剪力（Vs和Vb）; 2.限制斜裂缝的开展宽度，增强了斜裂缝间的骨料咬合力Vi; 3.约束纵筋撕脱混凝土保护层，增加了纵筋的销栓力Vd ；约束锚固区由于纵筋的销栓力导致的劈裂裂缝发展，防止粘结力的破坏； 4.抑制混凝土中弯拉应力的发展，利于形
7、成桁架机制； 5.与纵筋组成的骨架使核心部分的混凝土受到约束，增加了混凝土的抗压强度。,斜压破坏（1）：荷载与支座间的混凝土如斜向受压短柱，破坏时斜裂缝多而密，破坏取决于混凝土的抗压强度fc 。,对薄腹梁，也可能在较大时，也发生类似于斜压破坏,无腹筋梁斜截面破坏形态,无腹筋梁斜截面破坏形态,剪压破坏（13）：斜裂缝顶端混凝土在压应力和剪应力的共同作用下发生的主压应力破坏，取决于混凝土的二维（拉压）抗压强度。,斜拉破坏（356）：斜裂缝出现就很快向梁顶发展，形成临界裂缝并将残余混凝土截面斜劈成两半，同时沿纵筋产生劈裂裂缝。在压应力和剪应力高度集中的情况下，混凝土发生的主拉应力破坏取决于混凝土在复
8、合受力下的抗拉强度ft。,无腹筋梁斜截面破坏形态,无腹筋梁达到承载力时梁的挠度均不大，且破坏后荷载均急剧下降，这与适筋梁的正截面破坏特征是完全不同的。斜截面破坏均为脆性破坏的性质，其中斜拉破坏更为明显。,无腹筋梁斜截面破坏形态,有腹筋梁斜截面破坏形态,配箍率适当：斜裂缝出现后，箍筋应力增大限制了斜裂缝开展，使荷载可有较大的增长；当箍筋达到屈服后，其限制裂缝的作用消失，最后压区混凝土在剪应力和压应力的共同作用下达到构件的极限强度而发生剪压破坏，主要取决于混凝土强度及配箍率，剪跨比及纵筋配筋率的影响相对较小。,配箍率过低：如同正截面受弯的少筋梁一样，斜裂缝一出现，箍筋应力即达到屈服，箍筋对斜裂缝开
9、展的约束作用不复存在，相当于无腹筋梁。当剪跨比较大时，同样会产生斜拉破坏。,有腹筋梁斜截面破坏形态,配箍率过大：箍筋应力增长缓慢，箍筋尚未屈服时梁腹斜裂缝间混凝土即达到抗压强度而发生斜压破坏，主要取决于混凝土强度及截面尺寸，再增加配箍率对承载力已不起作用。,有腹筋梁斜截面破坏形态,基于上述特点： 为防止梁发生斜拉破坏，限值最小配箍率； 为防止梁发生斜压破坏，限值最大配箍率，并通 过剪压比（剪力与截面面积之比）反映。,剪跨比 ：反映了梁端弯剪破坏区的应力状态，即正应力和剪应力的比值,混凝土强度：斜截面破坏最终由混凝土材料的破坏控制。 当一定时，Vu随fcu的而，两者为线性关系。 小剪跨比梁与fc
10、成正比；大剪跨比梁与ft成正比。,纵筋s ：提供销栓力，能提高顶部混凝土面积（受压区高度）从而增加提高抗剪力，但加载后期受到混凝土撕脱的限制（箍筋的存在对此有改善），且对斜拉破坏影响不大。,箍筋sv：配箍率直接影响破坏形态,轴压力（包括预应力）存在构件的Vu，但有限。 轴拉力 则会承载力。,荷载形式 1.均布荷载 不存在剪力为常值的剪弯段，也不存在剪力和弯矩同时达到最大值。2. 集中荷载 相比均布荷载情况，截面上可能存在更不利的M与V组合，且其抗剪承载力与剪跨比l有更明确的相关性。,加载方式 梁腹加载：竖向正应力对梁腹产生拉应力，导致： 无腹筋梁一般发生斜拉破坏； 有腹筋梁承载力也会降低，弯剪
11、段内箍筋受力均匀，箍筋应均匀布置。甚至可由箍筋完全承担该部位剪力。,截面形状,顶边倾斜 角度不大：临界斜裂缝可以到达临近荷载截面。 角度较大：临界斜裂缝不能到达临近荷载截面。 底边倾斜 临界斜裂缝一般通过支座附近。 计算时应考虑倾斜纵筋的垂直分量。 梁端加腋：临界斜裂缝出现在梁的等高部分。,斜拉破坏：承载力20%左右，因部分翼缘发挥作用。 剪压破坏：受压区混凝土面积增加（有利），部分翼缘发挥作用。,T形截面,规范中忽略翼缘作用，只考虑腹板宽度的矩形截面。,结构类型（简支梁、连续梁、深受弯构件）,连续梁特点： 正负弯矩区都将出现弯剪或腹剪裂缝；M=0处上下纵筋均受拉。 随着剪跨比的不同，同样出现
12、斜压、剪压和斜拉破坏。 剪跨比与正、负弯矩比有关,弯剪承载力受M-及M+的大小影响：,当 x, M+为常值,变化a时: 梁顶纵筋拉应力随(M-/M+)增加而增大，导致粘结破坏，承载力下降； 剪跨比l+大于4时,发生斜拉破坏,但负弯矩影响小。 当 a 为常值,变化x时: 斜截面破坏发生在剪跨比较大的一侧； 当 时，达到最大承载力。,结构类型（简支梁、连续梁、深受弯构件）,深受弯构件特点： 跨高比小于5为深受弯构件，跨高比小于2的简支梁及跨高比小于2.5的连续梁为深梁。 1. 属于出现腹剪裂缝的斜压破坏 抗剪承载力比一般梁大；斜缝倾角小于45，腹筋采用水平与竖向筋形式，且水平腹筋作用更大。 2.抗
13、剪机理可简化为斜压杆-拉杆模型 受拉钢筋全长应力大，需要有良好锚固,斜截面承载力计算,简化力学模型 桁架拱模型、桁架模型（一般梁） 斜压杆-拉杆模型（深受弯梁） 经验回归公式（规范方法）：根据简化力学模型（桁架-拱或斜压杆-拉杆模型）和试验结果的下限值标定参数。,桁架拱模型,混凝土部分,总荷载,根据试验结果，一般取下限值，标定参数 和 通过最小截面规定，防止斜压破坏的发生。 通过最小配筋率规定，防止斜拉破坏。,桁架模型,桁架模型,非线性有限元分析模型,离散裂缝模型(discrete crack model) 裂缝单独处理，需重新划分单元； 需考虑裂缝间的骨料咬合（弹簧单元）、钢筋混凝土之间的粘
14、结滑移等复杂问题。,弥散裂缝模型(smeared crack model)非连续模型(discontinuous model),将裂缝弥散到混凝土单元中，无需重划分单元； 采用混凝土的平均应力应变本构关系、间接考虑粘结滑移的钢筋平均应力应变本构。,非线性有限元分析模型,弥散裂缝模型,修正压应力场理论(MCFT, Vecchio and Collins, 1986) 首次提出二维拉压软化系数； 混凝土采用平均应力平均应变本构关系、钢筋采用一般钢筋本构关系；需验算裂缝宽度。 扰动应力场理论(DSFT, Vecchio, 2002) 对MCFT理论进行修正；考虑了裂缝间滑移引起的不连续性。,弥散裂缝模型理论的发展：,软化桁架模型(STM, T.C. Hsu),钢筋本构关系考虑了粘结滑移的影响； 没有考虑裂缝引起的不连续性。,弥散裂缝模型理论的发展：,非连续模型的发展：,荷兰Delft工业大学、西班牙J. Oliver教授等课题组。 混凝土本构关系层次考虑裂缝引起的不连续，将非连续介质力学问题转化为连续介质力学方法来处理。,最核心问题混凝土材料的本构关系,推荐软件 ABAQUS, ADINA, DIANA, MSC.MARC,
