1、第六章 构件受剪性能,混凝土结构基本原理,一、概述,弯剪段（本章研究的主要内容）,统称腹筋-帮助混凝土梁抵御剪力,有腹筋梁-既有纵筋又有腹筋 无腹筋梁-只有纵筋无腹筋,箍筋肢数,二、斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 1. 构件的剪切开裂,当主拉应力tpmaxft时，梁的剪弯段开裂，出现斜裂缝,根据a的不同(M和V比值不同),裂缝可能由截面中部开始出现（腹剪斜裂缝） 裂缝可能由截面底部开始出现（弯剪斜裂缝）,在中和轴附近，正应力小，剪应力大，主拉应力方向大致为45。当荷载增大，拉应变达到混凝土的极限拉应变值时，混凝土开裂，沿主压应力迹线产生腹部的斜裂缝，称为腹剪斜裂缝。,腹剪斜裂缝中间宽两头细
2、，呈枣核形，常见于薄腹梁中，如图所示。,在剪弯区段截面的下边缘，主拉应力还是水平向的。所以，在这些区段仍可能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，称为弯剪斜裂缝，这种裂缝上细下宽，是最常见的，如下图所示。,二、斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 1. 构件的剪切开裂,引入一概念：剪跨比,注：对于受均布荷载的梁（厚板）剪跨比为：,l为计算截面离支座的距离,二、斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 2.1 斜截面受剪破坏形态,判据：剪跨比及腹筋数量,三种破坏形态：,斜压破坏,剪压破坏,斜拉破坏,1)斜压破坏：当剪跨比较小(1)时，或箍
3、筋配置过多时易出现。此破坏系由梁中主压应力所致，类似于正截面承载力中的超筋破坏，表现为混凝土压碎。这种破坏多数发生在剪力大而弯矩小的区段，以及梁腹板很薄的T形截面或工字形截面梁内。破坏时，混凝土被腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱而被压坏，破坏是突然发生。,斜压破坏,1或较大但腹筋配置较多时，斜压破坏，腹筋在破坏时未屈服,二、斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 2. 裂缝的发展及破坏形态 2）斜压破坏,2)剪压破坏：当剪跨比一般(13)时，箍筋配置适中时出现。此破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力联合作用所致，类似于正截面承载力中的适筋破坏，但也属脆性破坏，只是脆性不如其它两种破坏明显。其破坏的特征通
4、常是，在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直裂缝，它们沿竖向延伸一小段长度后，就斜向延伸形成一些斜裂缝，而后又产生一条贯穿的较宽的主要斜裂缝，称为临界斜裂缝，临界斜裂缝出现后迅速延伸，使斜截面剪压区的高度缩小，最后导致剪压区的混凝土破坏，使斜截面丧失承载力。,剪压破坏,二、斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 2. 裂缝的发展及破坏形态 2）剪压破坏,1 3时，剪压破坏，腹筋屈服后，剪压区混凝土压碎,3)斜拉破坏：当剪跨比较大(3)时，或箍筋配置不足时出现。此破坏系由梁中主拉应力所致，其特点是斜裂缝一出现梁即破坏，破坏呈明显脆性，类似于正截面承载力中的少筋破坏。其特点是当垂直裂缝一出现，就迅速向受
5、压区斜向伸展，斜截面承载力随之丧失。,斜拉破坏,3且腹筋配置量较小时，斜拉破坏，腹筋用量太少，起不到应有的作用,二、斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 2. 裂缝的发展及破坏形态 3）斜拉破坏,如图为三种破坏形态的荷载挠度（F-f）曲线图，从图中曲线可见，各种破坏形态的斜截面承载力各不相同，斜压破坏时最大，其次为剪压，斜拉最小。它们在达到峰值荷载时，跨中挠度都不大，破坏后荷载都会迅速下降，表明它们都属脆性破坏类型，而其中尤以斜拉破坏为甚。,二、斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 2. 裂缝的发展及破坏形态,二、斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态 2. 裂缝的发展及破坏形态,设计中斜压破坏和斜拉
6、破坏主要靠构造要求来避免，而剪压破坏则通过配箍计算来防止。,三、影响抗剪承载力的因素 1. 剪跨比,试验表明，剪跨比越大，梁的抗剪承载力越低，如图所示。但当3 ，剪跨比的影响不明显。,三、影响抗剪承载力的因素 2. 混凝土的强度与纵筋的配筋率,斜截面破坏是因混凝土到达极限强度而发生的，故斜截面受剪承载力随混凝土的强度等级的提高而提高。梁斜压破坏时，受剪承载力取决于混凝土的抗压强度。梁为斜拉破坏时，受剪承载力取决于混凝土的抗拉强度。,纵筋的受剪产生了销栓力，限制了斜裂缝的伸展，从而扩大了剪压区的高度。,有腹筋梁出现斜裂缝后，箍筋不仅直接承受相当部分的剪力，而且有效地抑制斜裂缝的开展和延伸，对提高
7、剪压区混凝土的抗剪能力和纵向钢筋的销栓作用有着积极的影响。试验表明，在配箍最适当的范围内，梁的受剪承载力随配箍量的增多、箍筋强度的提高而有较大幅度的增长。,三、影响抗剪承载力的因素 3.配箍率和箍筋强度对斜截面受剪承载力的影响,单肢箍n=1,双肢箍n=2,四肢箍n=4,箍筋的形式,配箍量一般用配箍率（又称箍筋配筋率）sv表示，即,截面尺寸对无腹筋梁的受剪承载力有影响，尺寸大的构件，破坏时的平均剪应力（=V/bh0），比尺寸小的构件要降低。有试验表明，在其他参数（混凝土强度、纵筋配筋率、剪跨比）保持不变时，梁高扩大4倍，受剪承载力可下降25%30%。对于有腹筋梁，截面尺寸的影响将减小。,三、影响
8、抗剪承载力的因素 4.截面尺寸和截面形状对斜截面受剪承载力的影响,截面形状主要是指T形截面梁，其翼缘大小对受剪承载力有一定影响。适当增加翼缘宽度，可提高受剪承载力25%，但翼缘过大，增大作用就趋于平缓。另外，梁宽增厚也可提高受剪承载力。,四、受弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 1. 无腹筋梁的抗剪承载力,实际上是剪压区的加载规律,四、受弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 1. 无腹筋梁的抗剪承载力,1时为斜压破坏，1=0,较大时， 1近似为纯弯 时的b,1值在0b之间变化,对不同的=15，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）,四、受
9、弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 1. 无腹筋梁的抗剪承载力,四、受弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 1. 无腹筋梁的抗剪承载力,四、受弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 2. 有腹筋梁的抗剪承载力,简化成桁架,单元左侧：,四、受弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 2. 有腹筋梁的抗剪承载力,单元右侧：,四、受弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 2. 有腹筋梁的抗剪承载力,在所取的单元体上，沿水平面再切一单元体，则切面混凝土的斜向压力产生两个分量右侧：,由底部纵筋的拉力平衡,由箍筋的拉力平衡,四、受弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 2. 有腹筋梁的抗剪承载力,设Nv为单位长度上箍筋的拉力
10、则有：,当箍筋屈服时,四、受弯构件抗剪承载力分析 一、力学分析 2. 有腹筋梁的抗剪承载力,考虑到混凝土的抗剪贡献，且将hcor换为h0，则有,由试验确定,钢筋混凝土在复合受力状态下所牵涉的因素很多，用混凝土强度理论较难反映其受剪承载力。多数国家采用理论和试验相结合的方法，引入试验参数和基本假设，设立实用的计算公式用于工程设计。对于三种受剪破坏形式，工程设计中都应避免。其中：斜压破坏，通常用限制截面尺寸的条件来防止；剪压破坏，其承载力变化幅度较大，须通过计算来避免；斜拉破坏，则用满足最小配箍率条件及相应构造要求来防止。,四、受弯构件抗剪承载力分析 二、实用计算方法 1. 基本假设,基本假设一、
11、受剪承载力的力学模型假定梁的斜截面受剪承载力Vu由斜裂缝上剪压区混凝土的抗剪能力Vc，与斜裂缝相交的箍筋的抗剪能力Vsv和与斜裂缝相交的弯起钢筋的抗剪能力Vsb三部分所组成（图5-15）。由平衡条件Y=0可得：Vu= Vc +Vsv+Vsb,由于Vc和Vsv紧密相关，令Vcs为箍筋和混凝土共同承受的剪力，即Vcs=Vc+Vsv 则 Vu=Vcs+Vsb,四、受弯构件抗剪承载力分析 二、实用计算方法 1. 基本假设,2梁剪压破坏时，与斜裂缝相交的箍筋和弯起钢筋的拉应力都达到其屈服强度，但要考虑拉应力可能不均匀，特别是靠近剪压区的箍筋有可能达不到屈服强度。3斜裂缝处的骨料咬合力和纵筋的销栓力，在无
12、腹筋梁中的作用还较显著，两者承受的剪力可达总剪力的50%90%，但试验表明在有腹筋梁中，它们所承受的剪力仅占总剪力的20%左右。基本假设一中的计算公式未列入此项。,4截面尺寸的影响主要对无腹筋的受弯构件，故仅在不配箍筋和弯起钢筋的厚板计算时才予以考虑。5剪跨比是影响斜截面承载力的重要因素之一，但为了计算公式应用简便，仅在计算受集中荷载为主的梁时才考虑了的影响。,其它基本假设：,1均布荷载作用下矩形、T形和I形截面的简支梁，当仅配箍筋时，斜截面受剪承载力的计算公式,2对集中荷载作用下的矩形、T形和I形截面独立简支梁当仅配箍筋时，斜截面受剪承载力的计算公式,四、受弯构件抗剪承载力分析 二、实用计算
13、方法 2. 计算公式,混凝土结构设计规范（GB50010）取试验结果的下包值：,3配有箍筋和弯起钢筋时梁的斜截面受剪承载力，其斜截面承载力设计表达式为：,考虑到弯筋位于斜裂缝顶端时达不到屈服强度而引入的修正系数,4不配置箍筋和弯起钢筋的厚板类受弯构件，其斜截面的受剪承载力应按下列公式计算,截面高度影响系数，当h0小于800mm时，取h0等于800mm；当h0大于2000mm时，取h0等于2000mm。,抗剪承载力的上限,当hw/b 4时,矩形截面取h0；T形取h0-hf；I形取h-hf-hf,当hw/b6时,当4hw/b6时,按线性插值,对T形或I形截面的简支受弯构件，当有实际经验时，,四、受
14、弯构件抗剪承载力分析 二、实用计算方法 3. 计算公式的适用范围,1上限值最小截面尺寸,(厚腹梁),(薄腹梁),2下限值箍筋最小含量,为了避免发生斜拉破坏，规范规定，箍筋最小配筋率为,五、有轴力作用构件抗剪承载力 1. 轴向力对抗剪承载力的影响,五、有轴力作用构件抗剪承载力 2. 有轴向压力作用构件的抗剪承载力,当N0.3fcA时，取N=0.3fcA,柱的净高,五、有轴力作用构件抗剪承载力 2. 有轴向压力作用构件的抗剪承载力,五、有轴力作用构件抗剪承载力 3. 有轴向拉力作用构件的抗剪承载力,六、箍筋的形式和构造要求 1. 箍筋的形式,单肢箍n=1,双肢箍n=2,四肢箍n=4,六、箍筋的形式
15、和构造要求 2. 最小配箍率和箍筋的最大间距,最小配箍率,最大箍筋间距,原则,具体数值,教材表6-3,七、基本公式的应用 1. 设计构件,若不满足调整截面尺寸,按最小配箍率配箍筋,预先选定,七、基本公式的应用 2. 已有构件的承载力复核,七、基本公式的应用 3. 计算截面的位置,*支座边缘处截面1-1,*纵筋弯起点处截面2-2,*箍筋面积或间距改变处截面3-3,*腹板宽度改变处截面,下列各个斜截面都应分别计算受剪承载力：,（1）支座边缘的斜截面（见下图的截面1-1）,（2）弯起钢筋弯起点处的斜截面（见下图截面2-2、3-3）；,（3）箍筋直径或间距改变处的斜截面（见下图的截面4-4）；,（4）
16、腹板宽度或截面高度改变处的斜截面（如下图的截面5-5）。,以上这些斜截面都是受剪承载力较薄弱之处，计算时应取这些斜截面范围内的最大剪力，即取斜截面起始端处的剪力作为计算的外剪力。,七、基本公式的应用 4、斜截面受剪承载力计算步骤,斜截面受剪承载力的计算按下列步骤进行设计： 1求内力，绘制剪力图；2验算是否满足截面限制条件，如不满足，则应加大截面尺寸或提高混凝土的强度等级；3验算是否需要按计算配置腹筋。4计算腹筋 （1）对仅配置箍筋的梁，可按下式计算：对矩形、T形和工字形截面的一般受弯构件,对集中荷载作用下的独立梁,（2）同时配置箍筋和弯起钢筋的梁，可以根据经验和构造要求配置箍筋确定Vcs，然后
17、按下式计算弯起钢筋的面积。,也可以根据受弯承载力的要求，先选定弯起钢筋再按下式计算所需箍筋：,然后验算弯起点的位置是否满足斜截面承载力的要求。,【5-1】已知一矩形截面简支梁，荷载及支承情况如下图所示。 截面尺寸bh=200mm450mm（h0440mm），混凝土强度等级为C25级（ft=1.27N/mm2, fc=11.9N/mm2)，箍筋为热轧HPB235级钢筋(fyv=210N/mm2)。 求：此梁需配置的箍筋。,【解】,（1）求支座边缘截面剪力设计值,七、基本公式的应用 4、受剪承载力计算实例,（2）验算截面尺寸,所以，梁的左右两半区应按不同的公式计算受剪承载力。,【5-2】受均布荷载
18、作用的矩形简支梁，截面尺寸、支承情况如图所示。均布荷载设计值q90kN/m，纵筋为热轧HRB335级钢筋(fy=300N/mm2)，混凝土强度等级为C20级（ft=1.1N/mm2,fc=9.6N/mm2)，箍筋为热轧HPB235级钢筋(fyv=210N/mm2)。 求：此梁需配置的箍筋。,【解】,（1）求支座边缘截面的剪力设计值,（2）验算截面尺寸,（3）验算是否需要计算配置箍筋,（4）求配箍量,【5-3】条件同【5-2】，设箍筋配置为双肢 。求：此梁需配置的弯起钢筋并验算全梁的承载力。,【解】,（1）求Vcs,（2）求弯起钢筋的截面面积Vcb,根据已配的纵筋，可将中间一根直径为22mm的钢
19、筋弯起，则实有：,（3）验算全梁斜截面承载力,验算全梁斜截面承载力，主要是验算受力和配筋有突变的点，故本题只验算弯筋弯起点即可。,如右图所示，该处的剪力设计值为： V117000N 106154N 不满足要求。,方案一：加密箍筋,重选 ，则实有,方案二：单独设置弯起钢筋,如图所示，可以在弯起点的位置焊接一根鸭筋，也可满足要求，具体计算过程略。,八、保证斜截面受弯的措施 1. 基本概念,斜截面受弯承载力总能满足,支座处纵筋锚固不足,纵筋弯起、切断不当,需采取构造措施,八、保证斜截面受弯的措施 2. 抵抗弯矩图,抵抗弯矩,抵抗弯矩图,设计时，应尽量使抵抗弯矩图包住弯矩图，且两者越近越经济,八、保证
20、斜截面受弯的措施 3. 纵向受力钢筋在支座处的锚固,开裂前A处的弯矩为MA 开裂后斜截面的弯矩为MB,开裂后钢筋的拉力Ts明显增大。若las不够则容易发生锚固破坏,八、保证斜截面受弯的措施 3. 纵向受力钢筋在支座处的锚固,简支板或连续板下部纵筋伸入支座的长度,纵向钢筋的直径,八、保证斜截面受弯的措施 3. 纵向受力钢筋在支座处的锚固,简支梁或连续梁简支端下部纵筋伸入支座的长度,纵向钢筋的直径,如梁内支座处的锚固不能满足上述要求，应采取加焊锚固钢板等有效措施,八、保证斜截面受弯的措施 4. 纵向受力钢筋的弯起,纵筋的弯起必须满足三方面的要求：,*保证正截面的受弯承载力,*保证斜截面的受剪承载力
21、,*保证斜截面的受弯承载力,计算确定,构造确定,计算及构造确定,八、保证斜截面受弯的措施 4. 纵向受力钢筋的弯起,d在2点以外保证正截面受弯,保证斜截面受弯？,八、保证斜截面受弯的措施 4. 纵向受力钢筋的弯起,未弯起时,弯起后,八、保证斜截面受弯的措施 4. 纵向受力钢筋的弯起,八、保证斜截面受弯的措施 4. 纵向受力钢筋的截断,跨中受拉钢筋一般不宜截断，支座负筋的截断应符合下列规定,延伸长度，具体数值可参阅有关规范,九、深受弯构件的斜截面受剪承载力 1. 均布荷载下,当l0/h2.0时，取l0/h=2.0,九、深受弯构件的斜截面受剪承载力 2. 集中荷载下（包括集中荷载在支座截面产生的剪力超过75%的情况）,当l0/h2.0时，取=0.25；当2.0l0/h5.0，取=a/h0，（0.42 l0/h 0.58） （0.92 l0/h 1.58）,
