混凝土-講稿05受剪性能

受彎構(gòu)件在荷載作用下，同時產(chǎn)生彎矩和剪力。在彎矩區(qū)段，產(chǎn)生正截面受彎破壞，而在剪力較大的區(qū)段，則會產(chǎn)生斜截面受剪破壞。

“強剪弱彎”第五章受彎構(gòu)件斜截面承載力計算5.1斜裂縫的形成

FormationofDiagonalCracks③①②①②③③①②彎剪斜裂縫5.1斜裂縫的形成

FormationofDiagonalCracks③①②腹剪斜裂縫5.1斜裂縫的形成

FormationofDiagonalCracks③①②①②③彎剪斜裂縫腹剪斜裂縫箍筋彎起鋼筋腹筋5.1斜裂縫的形成

FormationofDiagonalCracks5.2無腹筋梁的受剪性能一、斜裂縫出現(xiàn)后梁中受力狀態(tài)的變化★斜裂縫出現(xiàn)后，受剪面積的減小使受壓區(qū)混凝土剪力增大(剪壓區(qū))一、斜裂縫出現(xiàn)后梁中受力狀態(tài)的變化★斜裂縫出現(xiàn)后，受剪面積的減小使受壓區(qū)混凝土剪力增大(剪壓區(qū))★斜裂縫出現(xiàn)前，支座附近截面a-a的鋼筋應(yīng)力ss與Ma成正比；MaMb6.2無腹筋梁的受剪性能★斜裂縫出現(xiàn)后，受剪面積的減小使受壓區(qū)混凝土剪力增大(剪壓區(qū))★斜裂縫出現(xiàn)前，支座附近截面a-a的鋼筋應(yīng)力ss與Ma成正比★斜裂縫出現(xiàn)后，截面a-a

的鋼筋應(yīng)力ss取決于臨界斜裂縫頂點截面b-b處的Mb，即與Mb成正比?！镆虼?，斜裂縫出現(xiàn)使支座附近的ss與跨中截面的ss相近，這對縱筋的錨固提出更高的要求?！锿瑫r，銷栓作用Vd使縱筋周圍的混凝土產(chǎn)生撕裂裂縫，削弱混凝土對縱筋的錨固作用?！锪河稍瓉淼牧簜髁C制變成拉桿拱傳力機制一、斜裂縫出現(xiàn)后梁中受力狀態(tài)的變化5.2無腹筋梁的受剪性能二、荷載傳遞機構(gòu)

LoadTransferMechanism

梁機構(gòu)拱機構(gòu)三、無腹筋梁的剪切破壞形態(tài)

ShearFailureMode對集中荷載簡支梁剪跨比Shearspanratioh0a◆（l>3）■

剪跨比l較大，主壓應(yīng)力角度較小，拱作用較小?！?/p>

剪力主要依靠拉應(yīng)力（梁作用）傳遞到支座，■一旦出現(xiàn)斜裂縫，就很快形成臨界斜裂縫，荷載傳遞路線被切斷，承載力急劇下降，脆性性質(zhì)顯著?！銎茐氖怯捎诨炷粒ㄐ毕颍├瓑囊鸬?，稱為斜拉破壞?！鲂崩瓊髁C構(gòu)，取決于混凝土的抗拉強度。Pf斜拉破壞diagonaltensionfailure■最后，拱頂處混凝土在剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的共同作用下，達到混凝土的復(fù)合受力下的強度而破壞?！霾糠止白饔?，部分斜拉傳遞，取決于混凝土的復(fù)合應(yīng)力下（剪壓）的強度。Pf■

剪跨比較小，有一定拱作用

■

斜裂縫出現(xiàn)后，部分荷載通過拱作用傳遞到支座，承載力沒有很快喪失，荷載可以繼續(xù)增加，并出現(xiàn)其它斜裂縫。剪壓破壞shearcompressionfailure◆（1<l<3）◆（l<1）■

剪跨比很小，拱作用很大。荷載主要通過拱作用傳遞到支座?！?/p>

主壓應(yīng)力的方向沿支座與荷載作用點的連線?！?/p>

最后拱上混凝土在斜向壓應(yīng)力的作用下受壓破壞?！?/p>

斜壓傳力機構(gòu)，取決于混凝土的抗壓強度。Pf斜壓破壞diagonalcompressionfailure無腹筋梁的受剪破壞都是脆性的

斜拉破壞為受拉脆性破壞，脆性性質(zhì)最顯著；

斜壓破壞為受壓脆性破壞；

剪壓破壞界于受拉和受壓脆性破壞之間。不同破壞形態(tài)的原因主要是由于傳力路徑的變化引起應(yīng)力狀態(tài)的不同而產(chǎn)生的。四、影響受剪承載力的因素⑴剪跨比l

◆

影響荷載傳遞機構(gòu)，從而直接影響到梁中的應(yīng)力狀態(tài)

◆

剪跨比l大，荷載主要依靠拉應(yīng)力傳遞到支座◆

剪跨比l小，荷載主要依靠壓應(yīng)力傳遞到支座間接加載，由于荷載傳遞方式的改變，即荷載通過橫梁上部拉應(yīng)力向支座傳遞，這樣即使在名義剪跨比較小時，也會產(chǎn)生斜拉破壞。⑵混凝土強度◆

剪切破壞是由于混凝土達到復(fù)合應(yīng)力（剪壓）狀態(tài)下強度而發(fā)生的。所以混凝土強度對受剪承載力有很大的影響。

◆

現(xiàn)行《規(guī)范GBJ10-89》取無腹筋梁的受剪承載力Vu與fc成正比，這在普通強度等級情況下近似成立?！?/p>

試驗表明，隨著混凝土強度的提高，Vu與ft近似成正比。

◆事實上，斜拉破壞取決于ft，剪壓破壞也基本取決于ft，只有在剪跨比很小時的斜壓破壞取決于fc?！?/p>

而斜壓破壞可認為是受剪承載力的上限。⑶縱筋配筋率——縱筋配筋率越大，受壓區(qū)面積越大，受剪面積也越大，并使縱筋的銷栓作用也增加。同時，增大縱筋面積還可限制斜裂縫的開展，增加斜裂縫間的骨料咬合力作用。⑷截面形狀——T形截面有受壓翼緣，增加了剪壓區(qū)的面積，對斜拉破壞和剪壓破壞的受剪承載力有提高（20%），但對斜壓破壞的受剪承載力并沒有提高。⑸尺寸效應(yīng)——梁高度很大時，撕裂裂縫比較明顯，銷栓作用大大降低，斜裂縫寬度也較大，削弱了骨料咬合作用。試驗表明，在保持參數(shù)fc、r、l相同的情況下，截面尺寸增加4倍，受剪承載力降低25%~30%。對于高度較大的梁，配置梁腹縱筋，可控制斜裂縫的開展。配置腹筋后，尺寸效應(yīng)的影響減小。五、無腹筋梁受剪承載力的計算bh為截面尺寸效應(yīng)影響系數(shù)，當h<800mm時，取bh=1.0，當h>1500mm時，取bh=0.85；br為計算截面位置縱向受拉鋼筋配筋率影響系數(shù)，當r>1.5%時，取br=(0.7+20r)。

影響受剪承載力的因素很多，很難綜合考慮，而且受剪破壞都是脆性的。

《規(guī)范》根據(jù)大量的試驗結(jié)果，取具有一定可靠度（95%）的偏下限經(jīng)驗公式來計算受剪承載力?！?/p>

矩形、T形和工形截面的一般受彎構(gòu)件新規(guī)范：

Vc=0.7bhbrftbh0現(xiàn)規(guī)范：Vc=0.07fcbh0

影響受剪承載力的因素很多，很難綜合考慮，而且受剪破壞都是脆性的。

《規(guī)范》根據(jù)大量的試驗結(jié)果，取具有一定可靠度（95%）的偏下限經(jīng)驗公式來計算受剪承載力?！?/p>

矩形、T形和工形截面的一般受彎構(gòu)件新規(guī)范：

Vc=0.7bhbrftbh0現(xiàn)規(guī)范：Vc=0.07fcbh0

上式相當于受均布荷載作用的不同l0/h的簡支梁、連續(xù)梁試驗結(jié)果的偏下限，接近斜裂縫開裂荷載，因此當剪力設(shè)計值小于該值時，不會產(chǎn)生受剪破壞，同時在使用荷載下一般不會出現(xiàn)斜裂縫。五、無腹筋梁受剪承載力的計算◆集中荷載作用下的獨立梁

對于不與樓板整澆的獨立梁，在集中荷載下，或同時作用多種荷載，其中集中荷載在支座截面產(chǎn)生的剪力占總剪力的75%以上時，新規(guī)范：當剪跨比l<1.5，取l=1.5；當l>3.0，取l=3.0，且支座到計算截面之間均應(yīng)配置箍筋。無腹筋梁的受剪破壞都是脆性的，其應(yīng)用范圍有嚴格的限制?！兑?guī)范》僅對h<150的小梁（如過梁、檁條）可采用無腹筋?，F(xiàn)規(guī)范：需要說明的是：以上無腹筋梁受剪承載力計算公式僅有理論上的意義。實際無腹筋梁不允許采用《規(guī)范》中僅給出不配置箍筋和彎起鋼筋的一般單向板類構(gòu)件的受剪承載力計算公式Vc=0.7bhftbh0當h0小于800mm時取h0=800mm當h0≥2000mm時取h0=2000mm5.3有腹筋梁的受剪性能◆

梁中配置箍筋，出現(xiàn)斜裂縫后，梁的剪力傳遞機構(gòu)由原來無腹筋梁的拉桿拱傳遞機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殍旒芘c拱的復(fù)合傳遞機構(gòu)◆

斜裂縫間齒狀體混凝土有如斜壓腹桿◆

箍筋的作用有如豎向拉桿◆臨界斜裂縫上部及受壓區(qū)混凝土相當于受壓弦桿◆縱筋相當于下弦拉桿◆箍筋將齒狀體混凝土傳來的荷載懸吊到受壓弦桿，增加了混凝土傳遞受壓的作用◆斜裂縫間的骨料咬合作用，還將一部分荷載傳遞到支座（拱作用）一、箍筋的作用◆

斜裂縫出現(xiàn)后，拉應(yīng)力由箍筋承擔，增強了梁的剪力傳遞能力；◆

箍筋控制了斜裂縫的開展，增加了剪壓區(qū)的面積，使Vc增加，骨料咬合力Va也增加；◆吊住縱筋，延緩了撕裂裂縫的開展，增強了縱筋銷栓作用Vd；◆箍筋參與斜截面的受彎，使斜裂縫出現(xiàn)后縱筋應(yīng)力ss的增量減??；◆

配置箍筋對斜裂縫開裂荷載沒有影響，也不能提高斜壓破壞的承載力，即對小剪跨比情況，箍筋的上述作用很??；對大剪跨比情況，箍筋配置如果超過某一限值，則產(chǎn)生斜壓桿壓壞，繼續(xù)增加箍筋沒有作用。二、破壞形態(tài)影響有腹筋梁破壞形態(tài)的主要因素有剪跨比l和配箍率rsv三、按桁架模型推導(dǎo)的受剪承載力公式三、按桁架模型推導(dǎo)的受剪承載力公式三、按桁架模型推導(dǎo)的受剪承載力公式上式表明，箍筋用量越少，cotf越大，也即斜壓桿角度越小當為最小配箍率時，得到cotf的上限該上限還與剪跨比有關(guān)，剪跨比越大，cotf的上限也越大取斜拉破壞時的斜裂縫角度作為cotf的上限，試驗結(jié)果cotf=3左右。因此，當cotf大于3時，應(yīng)取等于3，即有，配箍率超過B點后，則在箍筋屈服前，斜壓桿混凝土已壓壞，因此B點為受剪承載力承載力的上限。5.4受剪承載力的計算一、計算公式Vc為無腹筋梁的承載力考慮到配置箍筋后尺寸效應(yīng)的影響減小，以及縱向鋼筋的影響并不是很大，故均取bh=1，br=1。系數(shù)asv與斜裂縫水平投影長度以及內(nèi)力臂z與有效高度h0的比值有關(guān)。矩形、T形和工形截面的一般受彎構(gòu)件新《規(guī)范》：集中荷載作用下的獨立梁新《規(guī)范》：現(xiàn)《規(guī)范》：現(xiàn)《規(guī)范》：矩形、T形和工形截面的一般受彎構(gòu)件集中荷載作用下的獨立梁二、截面限制條件◆

當配箍率超過一定值后，則在箍筋屈服前，斜壓桿混凝土已壓壞，故可取斜壓破壞作為受剪承載力的上限?！粜眽浩茐娜Q于混凝土的抗壓強度和截面尺寸?！?/p>

《規(guī)范》是通過控制受剪截面剪力設(shè)計值不大于斜壓破壞時的受剪承載力來防止由于配箍率而過高產(chǎn)生斜壓破壞◆受剪截面應(yīng)符合下列截面限制條件，當4￡bhw時，

025.0bhfVccb￡當63bhw時，

020.0bhfVccb￡當64<<bhw時，按直線內(nèi)插法取用。bc為高強混凝土的強度折減系數(shù)，當fcu,k≤50N/mm2時，bc=1.0，當fcu,k=80N/mm2時bc=0.8，其間線性插值。二、截面限制條件hw截面腹板高度★矩形截面取hw=h0★T形截面取hw=h0-hf'

★工形截面取hw=h0-hf'

-hfb為矩形截面的寬度或T形截面和工形截面的腹板寬度當4￡bhw時，

025.0bhfVccb￡當63bhw時，

020.0bhfVccb￡當64<<bhw時，按直線內(nèi)插法取用?！?/p>

當配箍率超過一定值后，則在箍筋屈服前，斜壓桿混凝土已壓壞，故可取斜壓破壞作為受剪承載力的上限?！粜眽浩茐娜Q于混凝土的抗壓強度和截面尺寸?！?/p>

《規(guī)范》是通過控制受剪截面剪力設(shè)計值不大于斜壓破壞時的受剪承載力來防止由于配箍率而過高產(chǎn)生斜壓破壞◆

受剪截面應(yīng)符合下列截面限制條件，三、最小配箍率及配箍構(gòu)造◆

當配箍率小于一定值時，斜裂縫出現(xiàn)后，箍筋因不能承擔斜裂縫截面混凝土退出工作釋放出來的拉應(yīng)力，而很快達到屈服，其受剪承載力與無腹筋梁基本相同?！舢敿艨绫容^大時，可能產(chǎn)生斜拉破壞?！?/p>

為防止這種少筋破壞，《規(guī)范》規(guī)定當V>0.7ftbh0時，配箍率應(yīng)滿足四、受剪計算斜截面⑴支座邊緣截面（1-1）；⑵腹板寬度改變處截面（2-2）；⑶箍筋直徑或間距改變處截面（3-3）；⑷受拉區(qū)彎起鋼筋彎起點處的截面（4-4）。五、僅配箍筋梁的設(shè)計計算

鋼筋混凝土梁一般先進行正截面承載力設(shè)計，初步確定截面尺寸和縱向鋼筋后，再進行斜截面受剪承載力設(shè)計計算。

◆

具體計算步驟如下：

⑴驗算截面限制條件⑵如V<0.7ftbh0⑶如0.25f