第四章受弯构斜截面强度计算2.ppt

一、无腹筋梁受力特点及破坏机理 一般把箍筋和弯起（斜）钢筋统称为梁的腹筋。把配有纵向受力钢筋和腹筋的梁称为有腹筋梁；而把仅有纵向受力钢筋而不设腹筋的梁称为无腹筋梁。 1.无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态 图4－1为一无腹筋简支梁，作用对称集中荷载。CD段称为纯弯段；AC段和DB段内的截面上既有弯矩M又有剪力Q作用，故为剪弯段。 斜裂缝出现前，可近似地把钢筋混凝土梁视为弹性体，故可应用弹性理论的方法来分析其应力状态： 在弯矩和剪力的作用下，梁截面上将分别产生正应力和剪应力，其主应力轨迹线分布情况如图 4－1所示。从主应力迹线可以看出，在剪弯区段，梁腹部主拉应力方向是斜的，与梁轴线的交角约为45o，梁下边缘主拉应力方向接近于水平，其数值沿着某一条主拉应力轨迹线自上向下逐步增大。 由于混凝土抗压强度高于抗拉强度。在剪弯段中，当主拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，则出现斜裂缝。显然斜裂缝出现后截面应力状态发生了重分布，故不能用材料力学公式来计算截面上的正应力和剪力。 图4－2为一根出现斜裂缝后的无腹筋梁。 在隔离体AA’BCD，外荷载在斜截面AA’B上引起的弯矩为MA，剪力为QA，斜截面上的抵抗力则有：（1）压力Dc，剪力Qc；（2）纵向钢筋拉力Ts；（3）梁变形过程中裂缝面上的摩擦力，骨料咬合力，其合力为Sa；（4）纵筋销栓力Qα。 由于骨料咬合力和销栓力都又难以定量估计，为简化分析不予考虑，因而根据平衡条件可写出： ∑x=0 Dc=Ts ∑y=0 QA = Qc ∑MA=0 QAα= Ts·Z 由式（4－1）可以看出，斜裂缝出现后梁内的应力状态有如下变化： 1.?斜裂缝出现前，QA由梁全截面抵抗，裂缝出现后，剪压区的剪应力τ增大，同时压应力σ也要增大，这是出现裂缝应力重分布的一个表现。 2.?斜裂缝出现前，截面BB’处纵筋拉应力由该处的弯矩MB决定，其值较小，裂缝出现后该处的钢筋拉应力则由AA’截面的弯矩MA决定。因MA远大于MB故钢筋拉应力增大显著，这是应力重分布的另一个表现。 无腹筋梁相继出现斜裂缝后，裂缝的走向基本上都是沿着主压应力轨迹线，主压应力还能继续沿着斜裂缝之间的混凝土块体传递（图4－3）。 结论： 梁的受力状态可看作是一个设有拉杆的拱结构，斜裂缝部的残余截面为拱顶，纵筋为拉杆，拱顶至支座间的斜向受压混凝土为拱体。当拱顶的强度或拱体的抗压强度不足时，就会发生梁的斜截面破坏，这就是无腹筋梁沿斜截面破坏的拱机理。 2.无腹筋梁斜截面破坏形态 1）剪跨比m 广义剪跨比—剪弯区段中某个竖直截面的弯矩M和剪力Q之比被截面有效高度h0所除，即可表示为m= 。 狭义剪跨比—梁的剪跨与截面有效高度h0之比，即可表示为m= （a—为集中荷载作用点至梁支座之间的距离，称为剪跨） 2）斜截面破坏的主要形态 随着剪跨比m的变化，无腹筋梁沿斜截面破坏的主要形态有以下三种： （1）斜拉破坏[图4—4a]（m3） 垂直裂缝一出现，就迅速向受压区斜向伸展,一直到荷载作用点， 构件被斜向拉断，斜截面承载力随之丧失。破坏突然，和少筋梁相似。 （2）剪压破坏[图4—4b](1≤m≤3） 当荷载加到一定程度后，在众多的斜裂缝中将形成一条延伸最长扩 展最宽的主要裂缝，此时梁还能继续增加荷载，直到斜裂缝顶端（剪压 区）的混疑土被压碎而破坏，称为剪压破坏。 （3）斜压破坏[图4—4c] 当剪跨比较小时（m＜1），首先是加载点和支座之间出现一斜裂缝， 然后出现若干条大体相平行的斜裂缝，梁腹被分割成若干个倾斜的小柱体， 随着荷载增大，梁腹发生类似混疑土棱柱体被压坏的情况，裂缝多而密， 称为斜压破坏。 结论：不同剪跨比无腹筋梁的破坏形态虽有不同，但达到峰值荷载时梁的挠 度都不大，而且破坏后荷载都很快下降，均属脆性破坏，而其中斜拉破坏 最明显。 3.有腹筋梁受力状态、抗剪机理 1）腹筋的作用： （1）与斜裂缝相交的腹筋能直接承担一部分剪力。 （2） 能有效地抑制斜裂缝的发展，延缓了斜裂缝向上伸展，推迟了临界斜裂缝的出现，保留了大面积的