钢筋混凝土结构学 第四章钢筋混凝土受弯构件 斜截面承载力设计 新世纪土木工程系列教材套电子课件
第四章钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力设计 本章的重点是: 了解斜截面破坏的主要形态,影响斜截面坑剪承载力的主 要目因素; 掌握无腹筋梁和有腹筋梁的斜截面受剪承载为的计算公大 及适用条件,防止斜压破坏和斜拉破坏的措施; 了解受弯承载力图(材料图)的作法,弯起钢筋的弯起位置 和纵向受力钢筋的截断位置: 掌握纵向受力钢筋伸入支应的锚固要求和箍筋构造要求: 熟悉伸臂梁配筋图的绘制方法 掌握深受弯构件斜截面承载力计算方法及构造要求
本章的重点是： 了解斜截面破坏的主要形态，影响斜截面抗剪承载力的主 要目因素； 掌握无腹筋梁和有腹筋梁的斜截面受剪承载力的计算公大 及适用条件，防止斜压破坏和斜拉破坏的措施； 了解受弯承载力图(材料图)的作法，弯起钢筋的弯起位置 和纵向受力钢筋的截断位置： 掌握纵向受力钢筋伸入支应的锚固要求和箍筋构造要求： 熟悉伸臂梁配筋图的绘制方法： 掌握深受弯构件斜截面承载力计算方法及构造要求
§41概述 4.1.1受弯构件斜截面受力与破坏分析 1斜截面开裂前的受力分析 图4-1所示的矩形截面简支梁在对称集中荷载作下 在支应附近的AC和 DB区段内有弯矩和 剪力的共同作用。 构件在跨中正截面易11c B 抗弯承载力有保证 的情况下,有可能 在剪力和弯矩的联 合作用下,在支应 附近区段发生沿斜 MaFa 截面破坏。 图4·1对称加戴简支梁
§4.1.概述 4.1.1受弯构件斜截面受力与破坏分析 1.斜截面开裂前的受力分析 图4-ｌ所示的矩形截面简支梁.在对称集中荷载作下， 在支应附近的AC和 DB区段内有弯矩和 剪力的共同作用。 构件在跨中正截面 抗弯承载力有保证 的情况下，有可能 在剪力和弯矩的联 合作用下，在支应 附近区段发生沿斜 截面破坏
为了初步探讨截面破坏的原因,现按材料力学的方法 绘出该梁在荷载作用下的主应力迹线如图4-2所示(其中实 线为主拉应力迹线,由虚线为主压应力迹线) 位于中和轴处的微元体,其正应力为零切应力最大 主拉应力at和主压应力aa与梁轴线成450角; 位于受压区的微元体2,由于压应力的存在,主拉应力 减少,主压应力σ增大,主拉应力与梁轴线成45 位于受拉区的微元体3,由于拉应力的存在,主拉应为 增大,主压应力a减小主拉应力与梁轴线成夹角小于 45 对于均质弹性体来说,当主拉应力或主压应力达到材 料的抗拉或抗压强度时,将引起构件截面的开裂和破坏
为了初步探讨截面破坏的原因，现按材料力学的方法 绘出该梁在荷载作用下的主应力迹线如图4-2所示(其中实 线为主拉应力迹线，由虚线为主压应力迹线)。 位于中和轴处的微元体1，其正应力为零，切应力最大 ， 主拉应力σtp和主压应力σcp与 梁轴线成45o角； 位于受压区的微元体2，由于压应力的存在，主拉应力 σtp减少，主压应力σtp增大，主拉应力与梁轴线成45 o； 位于受拉区的微元体3，由于拉应力的存在，主拉应力 σtp增大，主压应力σcp减小主拉应力与梁轴线成夹角小于 45o 。 对于均质弹性体来说，当主拉应力或主压应力达到材 料的抗拉或抗压强度时，将引起构件截面的开裂和破坏
(a) 二二二二二 (b) 也2 C) 45 弯剪型 45 d 45 腹剪型 图4…2梁的应力状态和斜裂缝形态 (a)主应力迹线:b)单元体应力;(c)弯剪型斜裂缝;(d)覆剪型斜裂缝
对于钢筋混凝土梁,当主拉应力应力值超过混凝土抗 拉强度时,其裂缝走向与主拉应力的方向垂直,故是斜裂 缝。 在通常情况下,斜裂缝往往是由梁底的弯曲裂缝发展 而成的,称为弯剪型斜裂缝; 当梁的腹板很薄或集中荷载置支座距离很入时、斜裂缝 可能首先在梁腹部出现,称为腹剪型斜裂缝(图、 斜裂缝的出现和发展使梁内应力的分布和数值发生变 化,最终导致在剪力较大的近支座内不同部位的混凝土被 压碎或混凝土拉坏而丧失承载能力,即发生斜截面破坏
对于钢筋混凝土梁，当主拉应力应力值超过混凝土抗 拉强度时，其裂缝走向与主拉应力的方向垂直，故是斜裂 缝。 在通常情况下，斜裂缝往往是由梁底的弯曲裂缝发展 而成的，称为弯剪型斜裂缝； 当梁的腹板很薄或集中荷载置支座距离很小时，斜裂缝 可能首先在梁腹部出现，称为腹剪型斜裂缝(图4-2c,d)。 斜裂缝的出现和发展使梁内应力的分布和数值发生变 化，最终导致在剪力较大的近支座内不同部位的混凝土被 压碎或混凝土拉坏而丧失承载能力，即发生斜截面破坏
2无腹筋梁受力及破坏分析 腹筋是箍筋和弯起钢筋(图43)的总称。无腹筋梁是指不 配箍筋和弯起钢筋的梁。实际工程中的梁、般都要配箍筋, 有时还配有弯起钢筋。 (1)无腹筋梁斜裂缝出现前后的受力: 试验表明当荷载较小、裂缝尚未出现时,可将钢筋混 凝士梁视为匀质弹性材料的梁,其受力特点可用材料力学方 法分析 随着荷载增加,梁在支座附近出现斜裂缝,现以图4- 4中的斜裂缝CB为界取出隔离体,其中C为斜裂缝起点 B为斜裂缝端点,斜裂缝上端截面AB称为剪压区
2.无腹筋梁受力及破坏分析 腹筋是箍筋和弯起钢筋(图4-3)的总称。无腹筋梁是指不 配箍筋和弯起钢筋的梁。实际工程中的梁一般都要配箍筋， 有时还配有弯起钢筋。 （1）无腹筋梁斜裂缝出现前后的受力： 试验表明 当荷载较小、裂缝尚未出现时，可将钢筋混 凝土梁视为匀质弹性材料的梁，其受力特点可用材料力学方 法分析。 随着荷载增加，梁在支座附近出现斜裂缝，现以图4- 4中的斜裂缝CB为界取出隔离体，其中C为斜裂缝起点 ，B为斜裂缝端点，斜裂缝上端截面AB称为剪压区
与剪力平衡的力有:AB 面上的混凝土切应力合力 ;由于开裂面BC两侧 凹凸不平产生的骨料咬合 D 力V的竖向分力;穿过 斜裂缝的纵向钢筋在斜裂 缝相交处的销栓力v 与弯矩M平衡的力矩 主要是由纵向钢筋拉力T 和AB面上混凝上压应力 合力D组成的内力矩。 图4-4隔离体受力图
与剪力平衡的力有：AB 面上的混凝土切应力合力 Ｖc；由于开裂面BC两侧 凹凸不平产生的骨料咬合 力Ｖs的竖向分力；穿过 斜裂缝的纵向钢筋在斜裂 缝相交处的销栓力Ｖd。 与弯矩M平衡的力矩 主要是由纵向钢筋拉力T 和AB面上混凝上压应力 合力D组成的内力矩
由于斜裂缝的出现,梁在剪弯段内的应力状态将发生很 大变化主要表现在: ①开裂前的剪力是全截面承担的,开裂后则主要由剪压 区承担,混凝土切应力大大增加(随着荷我的增大,斜裂缝宽 度增加,骨料咬合力也迅速减小),应力的分布规律不同于斜 裂缝出现前的情况。 ②混凝士剪压区面积因斜裂缝的出现和发展而减小,剪 压区内的混凝土压应力将大大增加。 ③斜裂缝相交处的纵向钢筋应力,由于斜裂缝的现而 突然增大。因为该处的纵向钢筋拉力T在斜裂缝出现前是由 截面C处弯矩M决定的(见图4-4)。而在斜裂缝出现后,根据 力矩平衡的概念纵向钢筋的拉力T则是由斜裂缝端点处截面 AB的弯矩M所决定M比M要大很多
由于斜裂缝的出现，梁在剪弯段内的应力状态将发生很 大变化 主要表现在： ①开裂前的剪力是全截面承担的，开裂后则主要由剪压 区承担，混凝土切应力大大增加(随着荷载的增大，斜裂缝宽 度增加，骨料咬合力也迅速减小)，应力的分布规律不同于斜 裂缝出现前的情况。 ②混凝土剪压区面积因斜裂缝的出现和发展而减小，剪 压区内的混凝土压应力将大大增加。 ③斜裂缝相交处的纵向钢筋应力，由于斜裂缝的出现而 突然增大。因为该处的纵向钢筋拉力Ｔ在斜裂缝出现前是由 截面C处弯矩Mc决定的(见图 4-4)。而在斜裂缝出现后，根据 力矩平衡的概念.纵向钢筋的拉力T则是由斜裂缝端点处截面 AB的弯矩MB所决定 MB比Mc要大很多
④纵向钢筋拉应力的增大导致钢筋与混凝土间粘结应 力的增大。有可能出现沿纵向钢筋的粘结裂缝(图45a)或撕 裂裂缝(图4-5b) 加mz粘结裂缝 m撕裂裂缝 图45粘结裂缝和撕裂裂缝 无腹筋梁此时如同拱结构(图4-6)纵向钢筋成为拱的拉 杆较常见的破坏情形是临界斜裂缝的发展导致混凝土剪) 区高度的不断减小,最后在切应力和压应力的共同作用 ,剪压区混凝土被压碎(拱顶破坏)梁发生破坏,破坏时纵 向钢筋拉应力往往低于其屈服强度
④纵向钢筋拉应力的增大导致钢筋与混凝土间粘结应 力的增大。有可能出现沿纵向钢筋的粘结裂缝(图4-5a)或撕 裂裂缝(图4-5b)。 图4-5 粘结裂缝和撕裂裂缝 无腹筋梁此时如同拱结构(图4-6)纵向钢筋成为拱的拉 杆.较常见的破坏情形是临界斜裂缝的发展导致混凝土剪压 区高度的不断减小，最后在切应力和压应力的共同作用下 ，剪压区混凝土被压碎(拱顶破坏)梁发生破坏，破坏时纵 向钢筋拉应力往往低于其屈服强度