大学课程《水工结构计算基础》PPT教学课件:4-项目四.pptx
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项目四钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算l受弯构件斜截面受剪破坏分析l有腹筋梁斜截面受剪承载力计算l钢筋混凝土梁的斜截面受弯承载力l钢筋骨架的构造规定受弯构件在荷载作用下,受弯构件在荷载作用下,同时产生弯矩和剪力。
同时产生弯矩和剪力。
在弯矩区段,产生正截面在弯矩区段,产生正截面受弯破坏;受弯破坏;在剪力较大的区段,产生在剪力较大的区段,产生斜截面受剪破坏。
斜截面受剪破坏。
荷载小时钢筋混凝土梁应荷载小时钢筋混凝土梁应力状态同匀质弹性梁。
力状态同匀质弹性梁。
v为防止正截面破坏,须配为防止正截面破坏,须配纵向钢筋纵向钢筋。
v为防止斜截面破坏,须配为防止斜截面破坏,须配弯起钢筋及箍筋弯起钢筋及箍筋(腹筋)(腹筋)。
任务一受弯构件斜截面受剪破坏分析一一.有腹筋梁斜截面受剪破坏形态有腹筋梁斜截面受剪破坏形态通过试验发现,有腹筋梁斜截面受剪破坏形态通过试验发现,有腹筋梁斜截面受剪破坏形态主要和剪跨比、腹筋用量等因素有关。
主要和剪跨比、腹筋用量等因素有关。
剪跨比的定义:
剪跨比的定义:
剪跨比反映了梁中弯矩和剪力的组合关系。
剪跨比反映了梁中弯矩和剪力的组合关系。
试验表明,斜截面破坏可分为:
斜拉破坏、剪压试验表明,斜截面破坏可分为:
斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏三种。
破坏和斜压破坏三种。
当当梁梁的的剪剪跨跨比比较较大大且且腹腹筋筋数数量量过过少少时时,一一般般会会发发生生这这种种破破坏。
坏。
其其破破坏坏特特征征是是:
随随着着荷荷载载的的增增加加,梁梁一一旦旦出出现现斜斜裂裂缝缝,很很快快就就形形成成一一条条主主要要斜斜裂裂缝缝,并并迅迅速速向向受受压压边边缘缘发发展展,直直到到将整个截面裂通,使整个构件斜拉为两部分而破坏。
将整个截面裂通,使整个构件斜拉为两部分而破坏。
整整个个破破坏坏过过程程比比较较突突然然,破破坏坏荷荷载载与与出出现现斜斜裂裂缝缝时时的的荷荷载载相相当当接接近近,破破坏坏前前梁梁的的变变形形很很小小,并并且且往往往往只只有有一一条条斜斜裂裂缝缝,破破坏坏具具有有明明显显的的脆脆性性,类类似似正正截截面面少少筋筋破破坏坏,设设计计时时必须防止。
必须防止。
斜拉破坏当当梁梁的的剪剪跨跨比比适适中中且且腹腹筋筋数数量量适适当当时时,一一般般会会发发生生这这种种破破坏。
坏。
其其破破坏坏特特征征是是:
随随着着荷荷载载的的增增加加,首首先先在在受受拉拉区区出出现现一一些些垂垂直直裂裂缝缝和和几几条条细细微微的的斜斜裂裂缝缝。
当当荷荷载载增增加加到到一一定定程程度度时时,多多条条斜斜裂裂缝缝中中的的一一条条形形成成主主要要斜斜裂裂缝缝。
荷荷载载进进一一步步增增加加,与与该该主主要要斜斜裂裂缝缝相相交交的的腹腹筋筋应应力力不不断断增增加加直直到到屈屈服服。
最最后后,该该主主要要斜斜裂裂缝缝末末端端的的混混凝凝土土在在剪剪应应力力和和正正应应力力共共同同作作用用下下达到极限强度而破坏。
达到极限强度而破坏。
其其破破坏坏过过程程比比斜斜拉拉破破坏坏要要缓缓慢慢些些,腹腹筋筋又又能能充充分分利利用用,因因此在设计中应把构件斜截面破坏控制在剪压破坏形态。
此在设计中应把构件斜截面破坏控制在剪压破坏形态。
剪压破坏当当梁梁的的剪剪跨跨比比较较小小且且腹腹筋筋数数量量过过多多时时,一一般般会会发发生生这这种种破破坏。
坏。
其其破破坏坏特特征征是是:
随随着着荷荷载载的的增增加加,首首先先在在荷荷载载作作用用点点与与支支座座间间梁梁的的腹腹部部出出现现若若干干条条平平行行的的斜斜裂裂缝缝。
当当荷荷载载增增加加到到一一定定程程度度时时,梁梁腹腹被被这这些些斜斜裂裂缝缝分分割割为为若若干干斜斜向向短短柱柱,最最后后因混凝土柱被压碎而破坏。
因混凝土柱被压碎而破坏。
这这种种破破坏坏没没有有预预兆兆,且且腹腹筋筋达达不不到到屈屈服服,类类似似于于正正截截面面超超筋破坏,设计中应当避免。
筋破坏,设计中应当避免。
斜压破坏三三.影响斜截面抗剪承载力的主要因素影响斜截面抗剪承载力的主要因素
(一)剪跨比
(一)剪跨比llll3,斜拉破坏;斜拉破坏;ll1,斜压破坏;斜压破坏;1ll3,剪压破坏。
剪压破坏。
随剪跨比的减小,斜随剪跨比的减小,斜截面受剪承载力增高。
截面受剪承载力增高。
(二)混凝土强度
(二)混凝土强度v混凝土强度反映了混凝混凝土强度反映了混凝土的抗压强度和抗拉强度,土的抗压强度和抗拉强度,对受剪承载力有很大的影对受剪承载力有很大的影响。
响。
v随着混凝土强度的提高,随着混凝土强度的提高,Vu与与fcu近似成正比。
近似成正比。
v斜压破坏是受剪承载力斜压破坏是受剪承载力的上限。
的上限。
(三)腹筋(三)腹筋v斜斜裂裂缝缝出出现现之之前前,钢钢筋筋和和混混凝凝土土一一样样变变形形很很小小,此此时腹筋的应力很低,对阻止斜裂缝开裂的作用甚微。
时腹筋的应力很低,对阻止斜裂缝开裂的作用甚微。
v斜斜裂裂缝缝出出现现之之后后,腹腹筋筋可可以以大大大大加加强强斜斜截截面面的的抗抗剪剪强强度度:
与与斜斜裂裂缝缝相相交交的的腹腹筋筋可可直直接接承承受受剪剪力力,腹腹筋筋还还可可阻阻止止斜斜裂裂缝缝开开展展,加加大大了了破破坏坏前前斜斜裂裂缝缝顶顶端端的的混混凝凝土土残残余余截截面面,从从而而提提高高了了混混凝凝土土的的抗抗剪剪能能力力;由由于于腹腹筋筋减减小小了了裂裂缝缝的的宽宽度度,因因而而也也提提高高了了斜斜截截面面上上的的骨骨料料咬咬合合力力;箍箍筋筋还还限限制制了了纵纵筋筋的的竖竖向向位位移移,阻阻止止了了混混凝凝土沿纵筋的撕裂,提高了纵筋的销栓作用。
土沿纵筋的撕裂,提高了纵筋的销栓作用。
(四)纵筋配筋率(四)纵筋配筋率越大,压区面积越大,受剪面积也越大,并使纵筋的销越大,压区面积越大,受剪面积也越大,并使纵筋的销栓作用也增加。
增大纵筋面积还可限制斜裂缝的开展,增栓作用也增加。
增大纵筋面积还可限制斜裂缝的开展,增加骨料咬合力。
加骨料咬合力。
(五)其他因素(五)其他因素截面形式、预应力和梁的形式等等。
截面形式、预应力和梁的形式等等。
无腹筋梁受剪承载力很低,且一出现斜裂缝就迅速发展为无腹筋梁受剪承载力很低,且一出现斜裂缝就迅速发展为临界斜裂缝,梁内一般不允许不配腹筋。
临界斜裂缝,梁内一般不允许不配腹筋。
任务二任务二梁的斜截面受剪承载力计算梁的斜截面受剪承载力计算一、有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式一、有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式(针对剪压破坏建立公式)(针对剪压破坏建立公式)VSVTVCDvsbs混凝土的受剪承载力;混凝土的受剪承载力;箍筋的受剪承载力;箍筋的受剪承载力;弯起钢筋的受剪承载力。
弯起钢筋的受剪承载力。
规规范范对对承承受受一一般般荷荷载载的的矩矩形形、T形形和和工工形形截截面面的的受受弯弯构构件件给出计算公式:
给出计算公式:
ft混凝土轴心抗拉强度设计值;混凝土轴心抗拉强度设计值;b矩形截面的宽度矩形截面的宽度或或T形形、工工形形截截面面的的腹腹板板宽宽度;度;h0截面有效高度;截面有效高度;fyv箍筋抗拉强度设计值,箍筋抗拉强度设计值,对对于于承承受受以以集集中中荷荷载载为为主主的的独独立立梁梁(包包括括有有多多种种荷荷载载作作用用,且且集集中中荷荷载载对对支支座座截截面面或或节节点点边边缘缘所所产产生生的的剪剪力力值值占占总总剪剪力力值值的的75%以以上上的的情情况况)如如水水电电站站厂厂房房中中的的吊吊车车梁,大坝的门机轨道梁,给出计算公式:
梁,大坝的门机轨道梁,给出计算公式:
设计时,如果设计时,如果则可不进行斜截面受弯承载力计算,仅需按构造要求配置则可不进行斜截面受弯承载力计算,仅需按构造要求配置箍筋箍筋。
若若,所配的箍筋不能满足抗剪要求。
,所配的箍筋不能满足抗剪要求。
解决办法:
解决办法:
v箍筋加密或加粗;箍筋加密或加粗;v增大构件截面尺寸;增大构件截面尺寸;v提高混凝土强度等级。
提高混凝土强度等级。
v纵筋弯起成为斜筋或加焊斜筋;纵筋弯起成为斜筋或加焊斜筋;纵纵筋筋可可能能弯弯起起时时,用用弯弯起起的的纵纵筋筋抗抗剪剪可可收收到到较较好好的的经济效果。
经济效果。
同同一一弯弯起起平平面面内内弯筋截面面积;弯筋截面面积;弯弯筋筋与与构构件件纵纵向向轴线的夹角。
轴线的夹角。
抗剪弯起钢筋的计算抗剪弯起钢筋的计算VSVTVCDvsbs斜截面受剪承载力计算公式,是根据剪压破坏形态斜截面受剪承载力计算公式,是根据剪压破坏形态建立的,所以这些公式有着一定的适用条件,必须防止建立的,所以这些公式有着一定的适用条件,必须防止斜压破坏和斜拉破坏的产生。
斜压破坏和斜拉破坏的产生。
1、防止斜压破坏的条件、防止斜压破坏的条件最小截面尺寸最小截面尺寸规范规定,构件截面需满足:
规范规定,构件截面需满足:
二、计算公式的适用条件二、计算公式的适用条件支座边缘截面的剪力设计值;支座边缘截面的剪力设计值;b矩形截面的宽度,矩形截面的宽度,T形或工形截面的腹板宽度;形或工形截面的腹板宽度;截面的腹板高度。
截面的腹板高度。
矩形bhwbhwT形工形hwb思考,不满足上述要求,怎么办?
思考,不满足上述要求,怎么办?
2、防止斜拉破坏的条件、防止斜拉破坏的条件最大腹筋间距、最小配箍最大腹筋间距、最小配箍率率限制腹筋的最大间距:
限制腹筋的最大间距:
规范规定当规范规定当时,配箍率应满足:
时,配箍率应满足:
箍筋的最小配筋率。
箍筋的最小配筋率。
HPB235钢筋钢筋HRB335钢筋钢筋1-12-23-3(a)1-14-4(b)斜截面受剪承载力计算位斜截面受剪承载力计算位置图置图.支座边缘的截面支座边缘的截面(截面(截面1-1)受拉区钢筋起弯点处的截面受拉区钢筋起弯点处的截面(截面(截面2-2、3-3)箍筋截面面积或间距改变的截面箍筋截面面积或间距改变的截面(截面(截面4-4)腹板宽度改变的截面腹板宽度改变的截面三、计算截面位置的确定三、计算截面位置的确定1、截面设计、截面设计计算剪力设计值计算剪力设计值,画出剪力图。
求剪力时的计算跨度取梁的净跨,画出剪力图。
求剪力时的计算跨度取梁的净跨ln。
验算梁的截面尺寸验算梁的截面尺寸当当hwb4.0时,应满足时,应满足KV0.25fcbh0当当hwb6.0时,应满足时,应满足KV0.20fcbh0,它们的中间直线内差。
,它们的中间直线内差。
如不满足上面公式如不满足上面公式,应加大截面尺寸或混凝土等级应加大截面尺寸或混凝土等级。
验算是否需按计算配置腹筋验算是否需按计算配置腹筋KV0.7ftbh0如如满满足足上上式式,则则不不需需要要按按计计算算配配置置腹腹筋筋,但但应应按按构构造造配配置置腹腹筋筋;如如不不满满足上式,应按计算配置腹筋。
足上式,应按计算配置腹筋。
四、斜截面受剪承载力计算步骤四、斜截面受剪承载力计算步骤腹筋的计算腹筋的计算梁梁内内腹腹筋筋通通常常有有两两类类配配置置方方法法:
只只配配箍箍筋筋;既既配配箍箍筋筋,又又配配置置弯弯起起筋筋。
至于采用哪种方法,视构件具体情况、至于采用哪种方法,视构件具体情况、V的大小及纵向钢筋的配置而定。
的大小及纵向钢筋的配置而定。
只配箍筋只配箍筋对矩形、对矩形、T形或形或I形截面的梁:
形截面的梁:
对集中荷载作用下的矩形截面独立梁:
对集中荷载作用下的矩形截面独立梁:
计算出计算出后,一般先确定箍筋的肢数(通常是双肢箍筋)和直径,计后,一般先确定箍筋的肢数(通常是双肢箍筋)和直径,计算单肢箍筋的截面面积,最后确定箍筋间距算单肢箍筋的截面面积,最后确定箍筋间距s。
既配箍筋又配弯起筋既配箍筋又配弯起筋当需要配置弯起筋参与承受剪力时,一般先选定箍筋的直径、间距和肢当需要配置弯起筋参与承受剪力时,一般先选定箍筋的直径、间距和肢数,然后按公式计算出数,然后按公式计算出VCS,如果,如果,则需要按下式计算弯起筋的截,则需要按下式计算弯起筋的截面面积:
面面积:
第一排弯起筋上弯点距支座边缘的距离应满足第一排弯起筋上弯点距支座边缘的距离应满足,习惯上一,习惯上一般取般取。
弯起筋一般由梁中纵向受拉钢筋弯起而成。
当纵向钢筋。
弯起筋一般由梁中纵向受拉钢筋弯起而成。
当纵向钢筋弯起不能满足正截面和斜截面受弯承载力要求时,可设置单独的钢筋作为受弯起不能满足正截面和斜截面受弯承载力要求时,可设置单独的钢筋作为受剪的弯起钢筋,这时,弯起筋应采用剪的弯起钢筋,这时,弯起筋应采用“吊筋吊筋”的形式。
的形式。
配筋率验算。
配筋率验算。
为了防止斜拉破坏,还需验算配箍率是否满足最小配箍率的要求。
为了防止斜拉破坏,还需验算配箍率是否满足最小配箍率的要求。
任务三梁的斜截面受弯承载力的保证措施一、问题的提出一、问题的提出v梁梁全全长长纵纵筋筋不不切切断断不不弯弯起起,必必然然满满足足任任何何斜斜截面的抗弯要求。
截面的抗弯要求。
v纵纵筋筋被被切切断断或或弯弯起起时时,斜斜截截面面抗抗弯弯有有可可能能成成为为问题。
问题。
为节约钢材,可根据设计弯矩图的变化将钢筋弯起作受为节约钢材,可根据设计弯矩图的变化将钢筋弯起作受剪钢筋或截断。
但钢筋的弯起和截断均应满足受弯承载剪钢筋或截断。
但钢筋的弯起和截断均应满足受弯承载力的要求。
力的要求。
二、抵抗弯矩图的绘制二、抵抗弯矩图的绘制v抵抵抗抗弯弯矩矩图图是是各各截截面面实实际际能能够够抵抵抗抗的的弯弯矩矩图图形。
形。
v图图形形上上纵纵坐坐标标是是截截面面实实际际能能够够抵抵抗抗的的弯弯矩矩值值,可可根根据据截截面面实实有有的的纵纵筋筋截面面积求得。
截面面积求得。
某梁的负弯矩区段的配筋情况某梁的负弯矩区段的配筋情况按钢筋的面积比划分各根钢筋承担的弯矩按钢筋的面积比划分各根钢筋承担的弯矩Mui(一一)纵筋的理论切断点与充分利用点纵筋的理论切断点与充分利用点F是钢筋是钢筋4的理论切断点和钢筋的理论切断点和钢筋1、2、3的充分利用点。
的充分利用点。
(二二)钢筋切断与弯起时钢筋切断与弯起时MR图的表示方法图的表示方法钢筋切断是一个陡坎,弯起是一斜坡。
钢筋切断是一个陡坎,弯起是一斜坡。
(三)(三)MR图与图与M图的关系图的关系MR图必须包住图必须包住M图以保证正截面的抗弯要求。
图以保证正截面的抗弯要求。
(一)切断纵筋时如何保证斜截面受弯承载力
(一)切断纵筋时如何保证斜截面受弯承载力三三.如何保证斜截面受弯承载力如何保证斜截面受弯承载力规范规定规范规定v实际切断点离充分利用实际切断点离充分利用点的距离点的距离:
V800mm800mm,8mm8mm;梁高梁高h250250800mm800mm,6mm6mm;梁高梁高h300mm,仍沿全梁布置;,仍沿全梁布置;h150300mm,在端部各,在端部各1/4跨度内布;跨度内布;h150mm,可不布箍筋。
,可不布箍筋。
v有集载时,仍沿梁全长布置。
有集载时,仍沿梁全长布置。
(四四)箍筋的最大间距箍筋的最大间距v不大于表不大于表4-1的数值。
的数值。
v有受压钢筋时:
有受压钢筋时:
绑扎骨架绑扎骨架15d,焊接骨架中焊接骨架中20d,在任何情况下在任何情况下400mm;v一排纵向受压筋多于一排纵向受压筋多于5根且直径大于根且直径大于18mm,10d。
v绑扎纵筋的搭接长度内,绑扎纵筋的搭接长度内,钢筋受拉,钢筋受拉,5d,且且100mm;钢筋受压,钢筋受压,10d,且,且200mm。
二二.纵向钢筋的构造纵向钢筋的构造(一一)纵向受力钢筋的接头纵向受力钢筋的接头(二二)纵向受力钢筋在支座中的锚固纵向受力钢筋在支座中的锚固
(1)
(1)VVcdlas5d;
(2)
(2)VVcdlas10d(等高肋钢筋等高肋钢筋);las12d(月牙肋钢筋月牙肋钢筋);las15d(光面钢筋光面钢筋)。
(三三)架立钢筋的配置架立钢筋的配置梁跨梁跨l6m,d10mm。
(四四)腰筋及拉筋的设置腰筋及拉筋的设置v梁高超过梁高超过700mm时,为防止温度变形时,为防止温度变形及混凝土收缩在梁中部产生竖向裂缝,及混凝土收缩在梁中部产生竖向裂缝,梁两侧沿高度每隔梁两侧沿高度每隔300400mm设设10mm的腰筋。
的腰筋。
v腰筋间用拉筋连接,拉筋直径可取与腰筋间用拉筋连接,拉筋直径可取与箍筋相同;拉筋间距常取为箍筋间距的箍筋相同;拉筋间距常取为箍筋间距的倍数,在倍数,在500700mm之间。
之间。
三三.弯起钢筋的构造弯起钢筋的构造v弯起钢筋的最大间距同箍筋。
弯起钢筋的最大间距同箍筋。
v梁宽较大梁宽较大(b250mm)250mm),宜在一个截面同时弯起两根钢筋。
,宜在一个截面同时弯起两根钢筋。
v弯起钢筋的弯折终点处应有足够长的锚固长度弯起钢筋的弯折终点处应有足够长的锚固长度。
v单独设置抗剪斜筋应成吊筋型式(鸭筋),不用单独设置抗剪斜筋应成吊筋型式(鸭筋),不用“浮筋浮筋”
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