《混凝土结构设计原理》_第五章_课堂笔记

《混凝土结构设计原理》第五章受弯构件斜截面强度计算课堂笔记

主要内容

◆斜截面受力特点及破坏形态

◆影响斜截面受剪承载力的计算公式

◆斜截面受剪承载力就是的方式和步骤

◆梁内钢筋的构造要求

学习要求

1、了解无腹梁裂缝出现前后的应力状态

2、理解梁沿斜截面剪切破坏的三种主要形态以及影响斜截面受承载力的主要因素

3、熟练掌握斜截面受剪承载力的计算方法

4、能正确画出抵抗弯截图

5、理解纵向钢筋弯起和截断时的构造规定并在设计中运用

重点难点

1、梁沿斜截面剪切破坏的三种主要形态

2、斜截面受承载力的计算方法(包括计算公式、适用范围和计算步骤等)

3、抵抗弯矩图的画法以及纵向受力钢筋弯起和截断的构造要求

其中3既是重点也是难点

一、斜截面受力特点及破坏形态

受弯构件在荷载作用下,截面除产生弯矩M外,常常还产生剪力V,在剪力和弯矩共同作用的剪弯区段,产生斜裂缝,如果斜截面承载力不足,可能沿斜裂缝发生斜截面受剪破坏或斜截面受弯破坏。因此,还要保证受弯构件斜截面承载力,即斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力。

工程设计中,斜截面受剪承载力是由抗剪计算来满足的,斜截面受弯承载力则是通过构造要求来满足的。

(一)无腹筋梁斜裂缝出现前、后的应力状态

1、斜裂缝开裂前的应力分析

承受集中荷载P作用的钢筋混凝土简支梁,当荷载较小时混凝土尚未开裂,钢筋混凝土梁基本上处于弹性工作阶段,故可按材料力学公式来分析其应力。但钢筋混凝土构件是由钢筋和混凝土两种材料组成,因此应先将两种材料换算成同一种材料,通常将钢筋换算成“等效混凝土”,钢筋按重心重合、面积扩大E S/E C倍换算为等效混凝土面积,将两种材料的截面视为单一材料(混凝土)的截面,即可直接应用材料力学公式。

梁的剪弯区段截面的任一点正应力σ和剪应力τ可按下列公式计算:

正应力σ=My o/I o

剪应力τ=VS0/I0b

式中I o—换算截面的惯性矩;

y o ---所求应力点到换算截面形心轴的距离;

S0---所求应力的一侧对换算截面形心的面积矩;

b ---梁的宽度;

M---截面的弯矩值;

V---截面的剪力值;

在正应力和剪应力共同作用下,产生的主拉应力和主压应力,可按下式求得:

主拉应力σtp=σ/2+[(σ/2)2+τ2]1/2

主压应力σtp=σ/2-[(σ/2)2+τ2]1/2

主应力作用方向与梁纵轴的夹角α=1/2arctan(-2τ/σ)

2、斜裂缝的形成

由于混凝土抗拉强度很低,随着荷载的增加,当主应力超过混凝土复合受力下的抗拉强度时,就会出现与主拉应力轨迹线大致垂直的裂缝。除纯弯段的裂缝与梁纵轴垂直以外,M、V共同作用下的截面主应力轨迹线都

与梁纵轴有一倾角,其裂缝与梁的纵轴是倾斜的,故称为斜裂缝。

当荷载继续增加,斜裂缝不断延伸和加宽,当截面的抗弯强度得到保证时,梁最后可能由于斜截面的抗剪强度不足而破坏。

为了防止斜截面破坏,理论上应在梁中设置与主拉应力方向平行的钢筋最合理,可以有效地限制斜裂缝的发展。但为了施工方便,一般采用梁中设置与梁垂直的箍筋。弯起钢筋一般利用梁内的纵筋弯起而形成,虽然弯起钢筋的方向与主拉力的方向一致,但由于其传力较集中,受力不均匀,且可能在弯起处引起混凝土的霹雳裂缝,同时增加了施工难度,一般仅在箍筋略有不足时采用。

3、斜裂缝形成后的应力状态及破坏分析

当梁的主拉应力达到混凝土抗拉强度时,在剪弯区段将出现斜裂缝。出现斜裂缝后,引起剪弯段内的应力重分布,这时已不可能将梁视为均质弹性体,截面上的应力不能用一般的材料力学公式计算。

(二)无腹筋梁的斜截面的受剪性能

1、斜裂缝的类型

当梁的主拉应力达到混凝土抗拉强度时无腹筋梁可能出现两种裂缝:

(1)弯剪斜裂缝:由于弯矩较大即正应力较大,先在梁底出现垂直裂缝,然后向上逐渐发展变弯,其方向大致垂直裂缝,然后向上逐渐发展变弯,其方向大致垂直主拉应力轨迹线。随荷载的增加,斜裂缝向上发展到受压区,特点为裂缝宽度下宽上窄。

(2)腹剪斜裂缝:当梁腹部剪应力较大时,如梁的腹板很薄或集中荷载到支座距离很小时,因梁腹主拉应力达到抗拉强度而先在中和轴附近出现大致与中和轴成450倾角的斜裂缝,其方向大致垂直主拉应力迹线,随着荷载的增加,斜裂缝分别向支座和集中荷载作用点延伸,特点为裂缝中间宽两头细。

2、剪跨比λ的定义

由斜裂缝出现后的应力分桁可知,无腹筋梁的斜裂缝的出现和最终斜裂缝的破坏形态,与截面的正应力σ和剪应力τ的比值有很大关系。

3、无腹筋梁斜截面受剪破坏的主要形态

无腹筋梁斜截面受剪破坏形态主要有斜拉、剪压和斜压三种。

(1)斜拉破坏一般发生在剪跨比较大的情况(集中荷载时λ=a/h0>3、均布荷载为l0/h0>8时)。在荷载作用下,首先在梁的底部出现垂直的弯曲裂缝;随即,其中一条弯曲裂缝很快的斜向(垂直主拉应力)伸展到梁顶的集中荷载作用点处,形成所谓的临界斜裂缝,将梁劈裂为两部分而破坏,同时,沿纵筋往往伴随产生水平撕裂裂缝,即斜拉破坏。

(2)剪压破坏一般发生在剪跨比适中的情况(集中荷载时λ=a/h0<=3、均布荷载为3<=l0/h0<=8时)。在荷载的作用下,首先在剪跨区出现数条短的弯剪斜裂缝;随着荷载的增加,其中一条延伸最长、开展较宽称为主要斜裂缝,即临界斜裂缝;随着荷载继续增大,临界斜裂缝将不断减小,导致剪压区混凝土在正应力和剪应力共同作用下,导致剪压区混凝土在正应力和剪应力共同作用下达到复合应力状态下的极限强度而破坏,这种破坏称为剪压破坏。破坏时荷载一般明显地大于斜裂缝出现时的荷载。这是斜截面破坏最典型的一种。

(3)斜压破坏这种破坏一般发生在剪力较大而弯矩较小时,即剪弯比很小(集中荷载时λ=a/h0<1、均布荷载为l0/b0<3时)。加载后,在梁腹中垂直主拉应力方向,先后出现若干条大致相互平行的腹剪斜裂缝,梁的腹部被分割成若干斜向的受压短柱。随着荷载的增大,混凝土短柱沿斜向最终被压碎破坏,即斜压破坏。这种破坏是拱体混凝土被压坏。

不同剪跨比梁的破坏形态和承载力不同,斜压破坏最大、剪压次之,斜拉最小。而在荷载达到峰值时的跨中挠度均不大,且破坏后荷载均迅速下降,这与弯曲破坏的延性性质不同,均属脆性破坏,其中斜拉破坏最明显,斜压破坏次之,剪压破坏稍好。

(三)有腹筋梁的斜截面受剪性能

为了提高混凝土的受剪承载力,防止梁沿斜裂缝发生脆性破坏,一般在梁中配置腹筋(箍筋和弯起钢筋〕。斜裂缝出现前,箍筋应力很小,箍筋对阻止和推迟斜裂缝的出现作用也很小,但在斜裂缝出现后,有腹筋梁受力性能与无腹筋梁相比,将有显著的不同。

梁中配置箍筋,出现斜裂缝后,梁的剪力传递机构由原来无腹筋梁的拉杆拱传递机构转变为桁架与拱的复

合传速机构。

斜裂缝间齿状体混凝土有如斜压腹杆。

箍筋的作用有如竖向拉杆。

临界斜裂缝上部及受压区混凝土相当于受压弦杆。

纵筋相当于下弦拉杆。

箍筋将齿状体混凝土传来的荷载悬吊到受压弦杆,增加了混凝土传递受压的作用。

斜裂缝间的骨料咬合作用,还将一部分荷载传递到支座(拱作用)。

1、箍筋的作用

箍筋可以直接承担部分剪力。

腹筋能限制斜裂缝的开展和延伸,增大混凝土剪压区的截面面积,提高混凝土剪压区的抗剪能力。

箍筋还将提高斜裂缝交界面骨料的咬合和摩擦作用,延缓沿纵筋的粘结劈裂裂缝的发展,阻止混凝土保护层的突然撕裂,提高纵向钢筋的销栓作用。

箍筋参与斜截面的受弯,使斜裂缝出现后纵筋应力σs的增量减小。

配置箍筋对斜裂缝开裂荷载没有影响,也不能提高斜压破坏的承载力,即对小剪跨比情况,箍筋的上述作用很小;对大剪跨比情况,箍筋配置如果超过某一限值,则产生斜压杆压坏,继续增加箍筋没有乍用。

2、有腹筋梁斜截面破坏的主要形态

有腹筋梁斜截面剪切破坏形态与无腹筋梁一样,也可概括为三种主要破坏形态:斜压、剪压和斜拉破坏。

(1)斜拉破坏当配箍率太小或箍筋间距太大且剪跨比较大(>3)时,易发生斜拉破坏。其破坏特征与无腹筋梁相同,破坏时箍筋被拉断。

(2)斜压破坏当配置的箍筋太多或剪跨比很小(λ<1)时,发生斜压破坏,其特征是混凝土斜向柱体被压碎,但箍筋不屈服。

(3)剪压破坏当配箍适量且剪跨比(λ>1)时发生剪压破坏。其特征是箍筋受拉屈服,剪压区混凝土压碎,斜截面受剪承载力随配箍率及箍筋强度的增加而增大。

斜压破坏和斜拉破坏都是不理想的。因为斜压破坏在破坏时箍筋强度未得到充分发挥,斜拉破坏发生得十分突然。因此在工程设计中应避免出现这两种破坏。

剪压破坏在破坏时箍筋强度得到了充分发挥,且破坏时承载力较高,因此斜截面承载力计算公式就是根据这种破坏模型建立的。

二、影响斜截面受剪承载力的主要因素

1剪跨比

梁的剪跨比反映了截面上正应力和剪应力的相对关系,因而决定了该截面上任一点主应力的大小和方向,从而影响梁的破坏形态和受剪承载力的大小。当剪跨比由小增大时,梁的破坏形态从混凝土抗压控制的斜压型,转为顶部受压区和斜裂缝骨料咬台控制的剪压型,再转为混凝土抗拉强度控制为主的斜拉型。

试验研究表明:对集中荷载作用下的无腹筋梁,当剪跨比λ<3时,其抗剪能力随剪跨比的增大而明显降低.但当λ<3时,剪跨比对梁的抗剪能力则无明显影响。

对于有腹筋梁,随配筋率的增大,剪跨比对梁的抗剪能力的影响越来越小。

均布荷载作用下跨高比L0/h0对梁的受剪承载力影响较大,随着跨高比的增大,受剪承载力下降,但当跨高比>10以后,跨高比对受剪承载力的影响不显著。

2、混凝土强度

剪切破坏是由于混凝土达到复合应力(剪压)状态下的强度而发生的,所以混凝土强度对受剪承载力有很大的影响。试验表明,随着混凝土强度的提高,V u与f t近似成正比。事实上,斜拉破坏取决于f t,剪压破坏也取决于f t,只有在剪跨比很小时的斜压破坏取决于f t,而斜压破坏可认为是受剪承载力的上限。

3、纵筋配筋率

纵筋配筋率越大,受压区面积越大,受剪面积也越大,并使纵筋的销栓作用也增加,同时,增大纵筋面积还可限制斜裂缝的开展,增加斜裂缝间的骨料咬合力作用。通常当纵向受拉钢筋的配筋率大于1.5%时,纵筋对梁受剪承载力的影响才明显,因此规范在受剪计算公式中未考虑这一影响。

4、截面形形状

T 形、工形截面有受压翼缘,增加了剪压区的面积,对斜拉破坏和剪压破坏的受剪承载力有提高(20%),但对斜压破坏的受剪承载力并没有提高。

5、尺寸效应

截面尺寸对无腹筋梁的受剪承载力有较大的影响,尺寸大的构件,破坏的平均剪应力(τ=V u /bh 0)比尺寸小的构件要降低,主要因为梁高度很大时,撕裂裂缝比较明显,销栓作用大大降低,斜裂缝宽度也较大,削弱了骨料咬合作用,试验表明,在保持参数fc 、λ、ρ相同的情况下,截面尺寸增加4倍,受剪承载力降低25%-30%。对于高度较大的梁,配置梁腹纵筋,可控制斜裂缝的开展二配置腹筋后,尺寸效应的影响减小。

6、加载方式

在实验室中对梁进行加载试验时,通常将荷载加在梁的顶部,这种方式称为直接加载:但在实际工程中,例如现浇肋形楼盖的次梁和主梁相交,次梁的荷载是加在主梁的中部或底部,对于主梁受力最是间接加载厂间接加载,由于荷载传递方式的改变,即荷载通过横梁上部拉应力向支座传递。这样即使在名义剪跨比较小时,也会产生斜拉破坏。

试验表明:间接加载较直接加载梁的抗剪能力。随剪跨比、间接荷载沿梁高作用的位置,以及配筋率 的不同,则有不同程度的降低,最多可达60%。以上,因此,设计中应引起重视。

7、梁的连续性

试验表明:连续梁的受剪承载力与相同条件下的简支梁相比,仅在集中荷载时低于简支梁,而受均布荷载时则是相当的。即使是承受集中荷载作用的情况,也只有中间支座附近的梁段因受异号弯矩的影响,抗剪承载力有所降低,边支座附近梁段的抗剪承载力与简支梁相同。

8、腹筋

(l)配箍率和箍筋强度

斜裂缝出现后,箍筋承担了相当一部分剪力,所以箍筋的强度愈高,数量愈多,则梁的抗剪能力也愈高。

(2)湾起钢筋

穿越斜裂缝的弯起钢筋能承受拉力,因此弯起钢筋的截面面积愈大,强度愈高,则斜截面受剪承载力愈大。

三、斜截面受剪承载力的计算公式

(一)无腹筋梁受剪承载力计算公式

影响受剪承载力的因素很多,很难综合考虑,而且受剪破坏都是脆性的。

《规范》根据大量的试验结果,取具有一定可靠度95%的偏下限经验公式来计算受剪承载力。

矩形、T 形和工形截面的一般受弯构件

集中荷载作用下的独立梁

对于不与楼板整浇的独立梁,在集中荷载下,或同时作用多种荷载,其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况)的矩形、T 形和工形截面的独立梁,按下列公式计算:

01.751

c t V f bh λ=

+ 当λ<1.5,取λ=1.5;当λ>3,取λ=3,且支座到计算截面之间应均匀配置箍筋。 无腹筋梁的受剪破坏都是脆性的,其应用范围有严格的限制。《规范》仅对截面高度h<150的小梁(如过梁、檩条)可采用无腹筋。

(二)有腹筋梁斜截面承载力计算公式

(l)剪切计算理论

目前所设定的斜截面破坏机理和提出的计算理论很多,除了前面介绍的桁架模型外,还有拉杆模型、拱一梳状齿模型、极限平衡理论等。

由于各种理论的计算结果不尽相同,有些计算模型过于复杂,还无法在实际设计中应用。因此《规范》中的斜截面受剪承载力的计算公式是在大量的试验基础上,依据极限破坏理论,采用理论与经验相结合的方法建立的。

(2)基本假定

对于梁的三种斜截面破坏形态,在工程设计时都应设法避免。产生斜压破坏和斜拉破坏时,梁的破坏突然或承载力很低,对于这两种破坏。可以采取构造措施予以避免,对于剪压破坏,由于影响因素不同,其承载力变化范围较大,设计时应进行斜截面承载力计算。

有腹筋梁斜截面承载力计算公式就是根据剪压破坏的受力特征建立的。

(3)计算公式

当仅配有箍筋时,斜截面受剪承载力计算公式采用无腹筋梁所承担的剪力和箍筋承担的剪力两项相加的形式:

Vu=Vc+Vsv=Vcs

根据实验结果分桁统计,《规范》按95%保证率取偏下限给出受剪承载力的计算公式如下:

(1) 对矩形、T 形和工形截面的一般受弯构件

000.7 1.25sv cs t yv A V f bh f h S

=+ (2)集中荷载作用下(包括作用有多种荷载,其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况)的矩形、T 形和工形截面的独立梁,按下列公式计算:

001.751sv cs t yv A V f bh f h S

λ=

++ 式中λ—计算截面的计算剪跨比,可取λ=a/h0,a 为集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离;当λ<1.5,取λ=1.5;当λ>3,取λ=3,集中荷载作用点到支座的箍筋,应均匀配置。 (三)有腹筋梁的受剪承载力计算公式的适用范围

梁斜截面承载力计算公式是根据剪压破坏情况建立的,因此公式也只适用于剪压破坏的情况:为了防止发生斜压及斜拉这两种严重脆性的破坏形态,必须控制构件的截面尺寸不能过小及箍筋用量不能过少,为此《规范》给出了相应的控制条件。

1、上限值一最小截面尺寸

当梁的截面尺寸较小而剪力过大时,可能在梁的腹部产生过大的主压应力,使梁腹产生斜压破坏。这种梁的承载力取决于混凝土的抗压强度和截面尺对,不能靠增加腹筋来增加承载力,多配置的腹筋不能充分发挥作用,为了避免斜压破坏,同时也为了防止梁在使用阶段斜裂缝过宽(主要指薄腹梁)。

对矩形、T 形和工形截面的一般受弯构件,应满足下列条件:

当c 0

c 0h /40.25h /60.24h /6w c w c w b V f bh b V f bh b ββ≤≤≥≤≤≤时,时,时

按直线内插法取用。

式中 V —构件斜截面上的最大剪力设计值;

c β—混凝土强度影响系数,当混凝土的强度等级不超过C50级时,取β=1,当混凝土的强度等级C80级时,取β=0.8,其间按线性内插法确定。

fc —混凝土轴心抗压强度设计值;

b —矩形截面的宽度,T 形截面或工字形截面的腹板厚度:

hw —截面的腹板厚度;对矩形截面,取有效高度;对T 形截面,取有效高度减去翼缘高度;对工形截面,取腹板净高。

2、下限值一最小配箍率

当配箍率小秀一定值时,斜裂缝出现后,箍筋不能承担斜裂缝截面混凝土退出工作释放出来的拉应力,而很快达到屈服,其受剪承载力与无腹筋基本相同,当剪跨比较大时,可能产生斜拉破坏。

为了防止斜拉破坏,《规范》规定当V>Vc 时配箍率应满足下列公式:

sv min 0.024/svl sv t yv nA f f bs

ρρ=≥= 为了控制使用荷载下的斜裂缝宽度,并保证箍筋穿越每条斜裂缝,《规范》规定了最大箍筋间距Smax 。同样,为防止弯起钢筋间距太大,出现不与弯起钢筋相交的斜裂缝,使其不能发挥作用,《规范》规定当按计算要求配置弯起钢筋时,前一排弯起点至后一排弯终点的距离及第一排弯起钢筋弯终点距支座边的间距不应大于S max 。

四、斜截面受剪承载力计算的方法和步骤

(一) 设计方法及计算截面的确定

为了保证不发生斜截面的剪切破坏,应满足下列公式要求:

V ≤Vu

式中V 一斜截面上的剪力设计值

Vu 一斜截面受剪承载力设计值

总之,斜截面受剪承载力的计算是按需要进行分段计算的t 计算时应取区段内的最大剪力为该区段的剪力设计值。

(二)设计计算步骤

一般梁的设计为:首先根据跨高比和高宽比确定截面尺寸,然后进行正截面承载力设计计算,确定纵向钢筋后,再进行斜截面受剪承载力的设计计算确定腹筋。

受弯构件斜截面承载力的计算有截面设计和截面复核两类问题。

1.截面设计

(1)只配置箍筋

1)确定计算截面位置,计算其剪力设计值V 。

2)校核截面尺寸 验算是否满足截面限制条件,如不满足应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级

3)确定箍筋用量 若V<=Vu ,则不需要计算配箍,只需按《规范》要求的最小箍筋直径和最大箍筋间距配置箍筋

4)根据A sv /S 值确定箍筋直径和间距,并满足最小配箍率、箍筋最大间距和箍筋最小直径的要求。

(2)配置箍筋和弯起钢筋

一般先根据经验和构造要求配置箍筋,确定Vcs ,对V>Vcs 段,按下列计算确定弯起钢筋的截面面积 A sb =(V-V cs )/(0.8f y sin αs )

剪力设计值V 应根据弯越维冈筋计算斜截面的位置确定。

2、截面复核

当已知材料强度、截面尺寸、配箍数量及弯起钢筋的截面面积,要求校核斜截面所能承受的剪力设计值Vu 时,只要将各已知数据代入相应公式即可求得解答。但仍要复核截面限制条件及配箍率。并检验已配箍筋直径和间距是否满足构件要求。

五、梁内钢筋的构造要求

(一)纵向钢筋的弯起和截断

跨中纵向钢筋是按跨中最大弯矩设计值确定的。

支座负钢筋是按支座最大负弯矩设计值确定的。

其他截面弯矩较小,其配筋量可以减少,若每个截面都采用同样数量的钢筋,显然是不经济的。

工程中,有时会将一部分跨中钢筋在其不需要的位置弯起,形成弯起钢筋,抵抗剪力作用。

1、钢筋弯起和截断存在的问题

如何确定其纵向钢筋的弯起点位置和钢筋截断位置,以保证构件正截面抗弯能力和其斜截面抗弯能力? 纵向钢筋必须有足够的锚固长度,通过在锚固长度上的粘结力积累,才能便钢筋建立起所需的拉力,那么如何保证纵向钢筋的粘结锚固要求?

2、抵抗弯矩图

3、纵向钢筋的弯起条件

保证纵筋弯起后正截面有足够的抗弯能力。应使纵筋弯起后的抵抗弯矩图包住设计弯矩图,即弯起钢筋与梁中和轴的交点不得位于按正截面承载力计算不需要该钢筋的截面以内。

保证纵筋弯起后斜截面抗弯能力。

纵筋弯起点应设在按截面抗弯能力计算时该钢筋“充分利用点”截面之外,其水平距离不小于h0/2处。

4、弯起钢筋的其它构造要求

1)梁的剪力较小及梁内所配置纵向钢筋少于3根时,可不布置弯起钢筋。

2)对于采用绑扎骨架的主梁、跨度大于或等于6m的次梁以及吊车梁,不论计算是否需要,均宜设置构造弯起钢筋。

3)位于梁侧的底层钢筋不应弯起。

4)当梁截面宽度大于350mm时,在一个截面上的弯起钢筋不得少于两根。

5)弯起钢筋的弯起角度一般为450,当梁截面高度大于800mm时,可为600,高度较小,并有集中荷载时,可为300。

6)弯起钢筋的末端应留有直线段,其长度在受拉区不应小于20d,在受压区不应小于10d,对于光面钢筋,在其末端还应设置弯钩。

7)当弯起钢筋是按计算设置时,前一排弯起筋的弯终点至后一排弯起筋弯起点的水平距离不应大于箍筋最大间距。需要进行疲劳验算的梁,两排弯起筋的间距除满足上述要求之外,还应不大于h0/2。

8)靠近支座的第一排弯起钢筋的弯终点至支座边的距离不应大于箍筋最大间距Smax,原因同前,但也不宜小于50mm(在实际工程中一般采用50mm),以免由干钢筋尺寸误差而使钢筋的弯终点进入支座,造成施工不便及弯起钢筋不能充分发挥作用。

9)斗当弯起钢筋不能同时满足正截面和斜截面的承载力要求时。可单独设置仅作为受剪的弯起钢筋,但必须在集中荷载或支座两侧均设置弯起钢筋,这种弯起钢筋称为“鸭筋”、但不准采用“浮筋”。

5、纵向钢筋的截断

受弯构件的纵筋由控制截面最大弯矩计算确定。

根据设计弯矩图的变化,可以在弯矩较小的区段将一部分纵筋截断。

但在正弯矩区段,蕾矩图变化比较平缓,同时钢筋应力随弯矩变化产生的粘结应力。加上锚固钢筋所需要的粘结应力,因此锚固长度很长,通常已基本接近支座,截断钢筋意义不大::因此,一般不在跨中受拉区将钢筋截断。

6、钢筋截断的延伸长度

梁支座负钢筋若要分批截断时.每批钢筋应延伸至按该筋理论断点之外,延伸长度/}cl按以下规定取用: (1)当V<=0.7f t bh0时,应延伸至该筋理论断点以外不小于20d处截断,且从该钢筋的充分利用点伸出的长度不小于1.2lα。

(2)当V>0.7f t bh0时,应延伸至该钢筋理论断点以外不小于h0且不小于20d处截断,且从充分利用点伸出的长度不小于1.2lα+h。。

(二)纵向钢筋的锚固

为了避免纵筋在受力过程中产生滑移,甚至从混凝土中拨出而造成锚固破坏,纵筋的锚固应满足以下的要求:

1 基本锚固长度

规范是以拔出试验为基础确定基本锚固长度的。

2 锚固长度的修正

当HRB335, HRB400和RRB400级钢筋的直径大于25mm时,其锚固长度应乘以修正系数1.1;

HRB335、HRB400和RRB400级的环氧树脂涂层钢筋,其锚固长度应乘以修正系数1.25;

当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动(如滑模施工)时。其锚因长度应乘以修正系数1.1。

HRB335, HRB400和RRB400级钢筋在锚固区的混凝上保护层厚度大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时,其锚固长度可乘以修正系数0.8;

除构造需要的锚固长度外,当纵向受力钢筋的实际配筋面积大秒计计算面积时,如有充分依据和可靠措施,

其锚固长度可乘以计算面积与实际配筋面积的比值,但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件,不得采用此项修正。

3、机械锚固的形式及构造要求

当HRB335级、HRB400级和RRB400级纵向受拉钢筋末端采用机械锚固措施时,包括附加锚固端头在内的锚固长度可取为0.7 lα,宜按下图采用。

采用机械锚因措施时,锚固长度范围内的箍筋不应少于3个,其直径不应小于纵向钢筋直径的2.5倍,其间距不应大于纵筋直径的5倍,当纵筋保护层不小于5d时,可不配置上述箍筋。

当计算中充分利用纵向钢筋的抗压强度时,其锚固长度不应小于受拉锚固长度的0.7倍。

在纵向受力钢筋锚固长度范围内,应配置箍筋。箍筋直径不应小于锚固钢筋直径或并筋(钢筋束)的等效直径的O.25倍,间距不应大于锚固钢筋最小直径的10倍。

在采用机械锚固措施时,间距不应大于锚固钢筋最小直径的5倍。在整个锚固长度范围内,箍筋而应小于三个。当锚固钢筋或并筋(钢筋束)的混凝土保护层厚度不小于钢筋直径或等效直径的5倍时,可不受以上限制。

4、简支梁伸入支座范围内的锚固长度要求

钢筋混凝土简支梁的下部纵向受力钢筋,其伸入支座范围内的锚固长度}fl应符合下列规定:

当V<=0.7f t bh0时,l as>=5d

当V>0.7f t bh0时,带肋钢筋l as>=12d

光面钢筋l as>=15d

式中:

l as---钢筋的受拉锚固长度;

d----锚固钢筋直径。

如纵向受力钢筋伸入支座范围内的锚固长度不符合上述要求时,应采取在钢筋上加焊横向锚固钢筋、锚固钢板,或将钢筋端部焊接在梁端的预埋件上等有效锚固措施。

焊接骨架采用光面钢筋作为纵向受力筋,则在锚固长度l as范围内应加焊横向钢筋;当V<=0.7f t bh0时,至少一根;当V>0.7f t bh0时,至少二根,横向钢筋直径不应小于纵向受力钢筋直径的一半。同时,加焊在最外的横向钢筋应靠近纵筋的末端。

对于混凝土强度等级小于或等于C25的简支梁,若在距支座1.5h范围内作用有集中荷载(包括作用有多种荷载,且其中集中荷载对支座截面所产生的剪力占总剪力的75%以上的情况),且当V>0.7f t bh0时,对热轧带肋钢筋宜采用附加锚固措施,或取锚固长度l as>=15d 。

5、连续梁或框架梁伸入中间支座锚固长度要求

连续梁或框架梁的上部钢筋应贯通其中间支座或中间节点范围,下部纵向钢筋伸入中间支座或中间节点范围内的锚固长度应符合以下要求:

a.当计算中不利用其强度时(例如梁在靠近中间支座或中间节点处,对于各种荷载组合情况均不可能出现正弯矩,因而下部钢筋不可能受拉,而且也不利用其抗压强度时),其伸入的锚固长度应符合前述简支梁中的当V>0.7f t bh0时要求;

b.当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时,其伸入锚固长度应不小干la的数值;

c.当计算中充分利用钢筋的抗压强度时,其伸入的锚固长度不应小于0.7la;

d.框架梁的上部钢筋在中间层端节点内的锚固长度除应符合上述要求外,并应伸过节点中心线,当上部钢筋在节点内水平锚固长度不够时,应沿柱节点外边向下弯折,但弯折前后的水平投影长度不小于0.41a,垂直投影长度不应小于15d;下部纵向钢筋伸入节点内的锚固长度,应符合中间节点的要求。

6、光园钢筋的锚固要求

钢筋骨架中的光面受力钢筋,应在钢筋末端做弯钩

(三)箍筋的构造要求

1、箍筋的设置

V<=Vc,按计算不需要箍筋的梁;

截面高度h>300mm时,应按梁全长设置箍筋;

截面高度h=150~300mm时,可仅在构件端部各四分之一跨度范围内设置箍筋;但当在构件中部二分之一跨度范围内有集中荷载作用时,则应沿梁全长设置箍筋;

2、箍筋的直径

箍筋除承受剪力外,尚能固定纵向钢筋的位置,并与纵向钢筋一起构成钢筋骨架,为使钢筋骨架具有一定的刚度,箍筋直径应不小于下表的规定。

3、箍筋的间距

(1)梁内箍筋的最大间趾应符合规范要求;

(2)当梁配有受压计算纵筋时.箍筋应为封闭式,其间距不应大于15d,也不应大于400mm,当一层受压纵筋多于5根且直径大于18mm时,箍筋间趾不应大10d;当梁宽>400mm且

一层纵筋多于3根时,或当梁宽<=400mm,但一层内的纵向受压钢筋多于4根时,应设置复合箍筋.

(3)梁纵筋搭接长度范围内的箍筋间距:当钢筋受拉是箍筋间距不应>搭接钢筋较小直径的5倍,且不应>100mm;当钢筋受压时,箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍,且不应大于200mm。当受压钢筋直径大于25mm时,尚应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋。

4、箍筋的形式

箍筋有开口式和封闭式两种。

对于T形截面梁,当不承受动荷载和扭矩时,在其跨中承受正弯矩区段内采用开口式箍筋。

除上述情况外,一般应采用封闭式箍筋。

5、箍筋的肢数

箍筋按其肢数可分为单肢、双肢及四肢箍;

单肢箍一般在梁宽b<=150mm时采用;

双肢箍一般在梁宽b<350mm时采用;

当梁宽b>=350mm,或一排中受拉钢筋超过5根,受压钢筋超过3根时,采用四肢箍。四肢箍一般由两个双肢箍组合而成。

(四)架立钢筋

梁内架立钢筋的直径:

当梁的跨度小于4m时,不宜小于8mm;

当梁的跨度为4-6m时,不宜小于10mm;

当梁的跨度大于6m时,不宜小于12mm。

(五)纵向构造钢筋

当梁的腹板高度hw>=450mm时,在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋,每侧纵向构造钢筋(不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋)的截面面积不应小于腹板截面面积bh w的1%,且其间距不宜大于200mm。

本章小结

1、钢筋混凝土受弯构件在剪力和弯矩共同作用的区段内,会产生垂直于主拉应力方向的斜裂缝,并可能沿斜截面发生破坏:为了防止发生斜截面破坏,应使构件有一个合理的截面尺寸,并配置必要的腹筋。

2、箍筋和弯起钢筋可以直接承担剪力,并限制斜裂缝延伸和开展,提高剪压区的抗剪能力,还可以增强骨料咬合作用和摩阻作用,提高纵筋的销栓作用,因此,配置腹筋可使梁的受剪承载力有较大提高。

3、钢筋混凝土受弯构件因配箍率和剪跨比的不同,斜截面主要有斜拉、斜压和剪压三种破坏形态,它们均为脆性破坏。斜压破坏时受剪强度虽高,但突然发生,且腹筋不能屈服;斜拉破坏时,受剪承载力最低,且破坏更加突然,所以设计时,斜拉和斜压破坏不允许发生,通常通过构造措施予以防止,剪压破坏通过抗剪计算来保证。

4、影响斜截面受剪承载力的主要因素有剪跨比、混凝土强度等级、纵向钢筋配筋率、截面形状、加载方式以及配箍率等。

5、我国《规范》的基本公式是根据剪压破坏形态的受力特征而建立的,受剪承载力计算公式有适用范围,其截面限制条件是为了防止斜压破坏,最小配箍率和箍筋的构造规定是为了防止斜拉破坏。

6、以计算剪跨比代替广义剪跨比,简支梁受剪承载力计算公式仍可适用于连续梁,翼缘对提高T形截面梁的受剪承载力并不显著。在计算T形截面梁的受剪承载力时,仍应取腹板宽度计算。

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