第五章-受弯构件斜截面承载力计算
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第5章 受弯构件的斜截面承载力5.1概述上一章讲了钢筋混凝土受弯构件在主要承受弯矩的区段内,会产生垂直裂缝,如果正截面受弯承载力不够,将沿垂直裂缝发生正截面受弯破坏。
钢筋混凝土受弯构件在弯矩和剪力共同作用下,当正截面受弯承载力得到保证时,则有能产生斜截面破坏。
斜截面破坏包括斜截面受剪破坏和斜截面受弯破坏两方面。
因此为了保证受弯构件的承载力,除了进行正截面受弯承载力计算外,还必须进行斜截面受剪承载力计算,同时斜截面受弯承载力则是通过对纵向钢筋和箍筋的构造要求来满足的。
钢筋混凝土受弯构件在出现裂缝前的应力状态,由于它是两种不同材料组成的非均质体,因而材料力学公式不能完全适用。
但是当作用的荷载较小,构件内的应力也较小,其拉应力还未超过混凝土的抗拉极限强度、亦即处于裂缝出现以前的I a 阶段状态时,则构件与均质弹性体相似,应力-应变基本成线性关系,此时其应力可近似按一般材料力学公式来进行分析。
在计算时可将纵向钢筋截面按其重心处钢筋的拉应变取与同一高度处混凝土纤维拉应变相等的原则,由虎克定律换算成等效的混凝土截面,得出一个换算截面,则截面上任意一点的正应力和剪应力分别按下式计算,其应力分布见图5-1。
图5-1 钢筋混凝土简支梁开裂前的应力状态(a )开裂前的主应力轨迹线;(b )换算截面;(c )正应力σ图;(d )剪应力τ图正应力 0I My =σ (5-1) 剪应力 0bI VS =τ (5-2) 式中 I 0——换算截面惯性矩。
由于受弯构件纵向钢筋的配筋率一般不超过2%,所以按换算截面面积计算所得的正应力和剪应力值与按素混凝土的截面计算所得的应力值相差不大。
根据材料力学原理,受弯构件正截面上任意一点在正应力σ和剪应力τ共同作用下,在该点所产生的主应力,可按下式计算主拉应力 2242τσσσ++=tp (5-3)主压应力 2242τσσσcp +-= (5-4) 主应力的作用方向与构件纵向轴线的夹角α可由下式求得:στα22-=tg (5-5)在中和轴附近,正应力很小,剪应力大,主拉应力方向大致为45°。
第五章受弯构件斜截面承载力的计算内容的分析和总结钢筋混凝土受弯构件有可能在弯矩W和剪力V共同作用的区段内,发生沿着与梁轴线成斜交的斜裂缝截面的受剪破坏或受弯破坏。
因此,受弯构件除了要保证正截面受弯承载力以外,还应保证斜截面的受剪和受弯承载力。
在工程设计中,斜截面受剪承载一般是由计算和构造来满足,斜截面受弯承载力则主要通过对纵向钢筋的弯起、锚固、截断以及箍筋的间距等构造要求来满足的。
学习的目的和要求1.了解斜裂缝的出现及其类别。
2.明确剪跨比的概念。
3.观解斜截面受剪破坏的三种主要形态。
4.了解钢筋混凝土简支梁受剪破坏的机理。
5.了解影响斜截面受剪承载力的主要因素。
6.熟练掌握斜截面受剪承载力的计算方法及适用条件的验算。
7.掌握正截面受弯承载力图的绘削方法,熟悉纵向钢筋的弯起、锚固、截断及箍筋间距的主要构造要求,并能在设计中加以应用。
§5-1 受弯构件斜截面承载力的一般概念一、受弯构件斜截面破坏及腹筋布置1.梁受力特点CD段:纯弯段正截面受弯破坏,配纵向钢筋受剪破坏:配腹筋(箍筋和弯筋)AC段:弯剪段斜截面受弯破坏:构造处理图5-1 无腹筋梁斜裂缝出现前的应力状态2.腹筋的布置·将梁中箍筋斜放与斜裂缝正交时受力状态最佳。
但施工难实现;难以适应由于异号弯矩、剪力导致斜裂缝的改变方向。
·在支座附近弯矩较小之处可采用弯起部分纵筋以抵抗部分剪力。
3.关于腹筋布置的规定⑴梁高h<150mm 的梁可以不设置箍筋。
⑵h=150~300mm 时,可仅在梁端各1/4跨度范围内配置箍筋。
当构件中部1/2跨度范围内有集中荷载时,应沿全长布置箍筋。
⑶h>300mm 时,全跨布置箍筋。
二、钢筋混凝土梁开裂前的应力状态1.应力计算方法:接近弹性工作状态,可根据材力公式计算梁中应力。
钢筋按应变相等、合力大小及作用点不变的原则换算成等效混凝土面积αE A s ,把钢筋混凝土的截面变成混凝土单一材料的换算截面,其几何特征值A 0、I 0、S 0、y 0。
第5章 受弯构件的斜截面承载力5.1选择题1.对于无腹筋梁,当31<<λ时,常发生什么破坏〔 B 〕。
A . 斜压破坏;B . 剪压破坏;C . 斜拉破坏;D . 弯曲破坏;2.对于无腹筋梁,当1<λ时,常发生什么破坏〔 A 〕。
A . 斜压破坏;B . 剪压破坏;C . 斜拉破坏;D . 弯曲破坏;3.对于无腹筋梁,当3>λ时,常发生什么破坏〔 C 〕。
A . 斜压破坏;B . 剪压破坏;C . 斜拉破坏;D . 弯曲破坏;4.受弯构件斜截面承载力计算公式的建立是依据〔 B 〕破坏形态建立的。
A . 斜压破坏;B . 剪压破坏;C . 斜拉破坏;D . 弯曲破坏;5.为了避免斜压破坏,在受弯构件斜截面承载力计算中,通过规定下面哪个条件来限制〔 C 〕。
A . 规定最小配筋率;B . 规定最大配筋率;C . 规定最小截面尺寸限制;D . 规定最小配箍率;6.为了避免斜拉破坏,在受弯构件斜截面承载力计算中,通过规定下面哪个条件来限制〔 D 〕。
A . 规定最小配筋率;B . 规定最大配筋率;C . 规定最小截面尺寸限制;D . 规定最小配箍率;7.R M 图必须包住M 图,才能保证梁的〔 A 〕。
A . 正截面抗弯承载力;B . 斜截面抗弯承载力;C . 斜截面抗剪承载力;8.《混凝土结构设计规X 》规定,纵向钢筋弯起点的位置与按计算充分利用该钢筋截面之间的距离,不应小于〔 C 〕。
A .0.30hhB.0.4hC.0.5hD.0.69.《混凝土结构设计规X》规定,位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率,对于梁、板类构件,不宜大于〔 A 〕。
A.25%;B.50%;C.75%;D.100%;10.《混凝土结构设计规X》规定,位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率,对于柱类构件,不宜大于〔 B 〕。
A.25%;B.50%;C.75%;D.100%;5.2判断题1.梁侧边缘的纵向受拉钢筋是不可以弯起的。
第5章 受弯构件斜截面承载力计算知识点1.斜截面破坏的主要形态,影响斜截面受剪承载力的主要因素;2.无腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态及其破坏形态,无腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式;3.剪力传递机理,腹筋的作用及其对破坏形态的影响,截面限制条件及最小配箍率的意义;4.有腹筋简支梁和连续梁的抗剪性能,受剪承载力计算方法、计算公式及其适用范围;5.斜截面受弯承载力、抵抗弯矩图、纵筋锚固、弯起及截断、箍筋的构造要求。
要点1.在钢筋混凝土梁斜截面承载力计算中,若o c c bh f V β25.0>,则应采取的措施是加大截面尺寸。
2.对矩形、T 形和工字形截面的一般受弯构件,截面高度大于300mm ,当满足07.0bh f V t ≤时,仅按构造配箍。
3.剪跨比为计算截面至支座截面的距离与截面有效高度的比值。
4.钢筋混凝土简支梁当仅配置箍筋时,承受均布荷载斜截面承载力的计算公式V cs =0.7f t bh 0+1.25f yv (A sv /s)h 0。
5.钢筋混凝土简支梁当仅配置箍筋时,承受集中荷载斜截面承载力的计算公式V cs =)1(75.1λ+f t bh 0+f yv (A sv /s)h 0。
6.影响无腹筋简支梁斜截面受剪承载力的主要因素有:剪跨比、混凝土强度、纵筋配筋率、截面尺寸和形状等。
7.在受弯构件斜截面受剪承载力计算中,通常采用配置腹筋即配置箍筋和弯起钢筋的方法来提高梁的斜截面受剪承载能力。
8.《规范》规定,在梁的受拉区段弯起钢筋时,弯起点与按计算充分利用该钢筋截面面积点之间的距离不应小于o h 5.0。
9.箍筋一般采用HPB235,HRB335级钢筋,其形式有封闭式和开口式两种。
10.梁沿斜裂缝破坏的主要形态及其破坏特征:斜压梁破坏:破坏时,混凝土被腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱而压坏,破坏是突然发生的。
剪压破坏:临界裂缝出现后迅速延伸,使斜截面剪压区高度缩小,最后导致剪压区混凝土破坏,使斜截面丧失承载力。
第五章受弯构件斜截面承载力计算
本章的意义和内容:通过本章的学习了解梁弯剪区出现斜裂缝的种类和原因,斜截面破坏的主要形态;了解影响受弯构件斜截面受剪承载力的主要因素及如何通过设计、计算防止斜截面破坏的发生。
本章的主要内容有:斜截面破坏的主要形态,影响斜截面破坏的主要原因,影响受弯构件斜截面受剪承载力的主要因素,斜截面承载能力计算的方法和公式,防止斜截面破坏发生的设计方法。
本章习题内容主要涉及:受弯构件斜截面剪切破坏的主要形态,影响受弯构件斜截面受剪承载力的主要因素,防止受弯构件斜截面剪切破坏的方法及计算公式。
一、概念题
(一)填空题
1. 影响受弯构件斜截面受剪承载力的主要因素为:、、
、以及。
2. 无腹筋梁的抗剪承载力随剪跨比的增大而,随混凝土强度等级的提高而。
3. 防止板产生冲切破坏的措施包括:、、
、。
4. 梁的受剪性能与剪跨比有关,实质上是与和的相对比值有关。
5. 钢筋混凝土无腹筋梁发生斜拉破坏时,受剪承载力取决于;发生斜压破坏时,受剪承载力取决于;发生剪压破坏时,受剪承载力取决于。
6. 受弯构件斜截面破坏的主要形态有、和。
7.区分受弯构件斜截面破坏形态为斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏的主要因素为和。
8. 梁中箍筋的配筋率ρsv的计算公式为:。
9. 有腹筋梁沿斜截面剪切破坏可能出现三种主要破坏形态。
其中,斜压破坏是
而发生的;斜拉破坏是由于而引起的。
10. 规范规定,梁内应配置一定数量的箍筋,箍筋的间距不能超过规定的箍筋最大间距,是保证。
11. 在纵筋有弯起或截断的钢筋混凝土受弯梁中,梁的斜截面承载能力除应考虑斜截面抗剪承载力外,还应考虑。
12. 钢筋混凝土梁中,纵筋的弯起应满足的要求、
和的要求。
13. 为保证梁斜截面受弯承载力,梁弯起钢筋在受拉区的弯点应设在该钢筋的充分利用点以外,该弯点至充分利用点的距离。
14. 在配有箍筋和弯起钢筋梁(剪压破坏)的斜截面受剪承载力计算中,弯起钢筋只有在时才能屈服。
同时,与临界相交的箍筋也能达到其抗拉屈服强度。
15. 对于相同截面及配筋的梁,承受集中荷载作用时的斜截面受剪承载力比承受均布荷载时的斜截面受剪承载力。
(二)选择题
1. 在梁的斜截面受剪承载力计算时,必须对梁的截面尺寸加以限制(不能过小),其目的是为了防止发生[ ]。
(a)斜拉破坏;
(b)剪压破坏;
(c)斜压破坏;
(d)斜截面弯曲破坏。
2. 受弯构件斜截面破坏的主要形态中,就抗剪承载能力而言[ ]。
(a)斜拉破坏>剪压破坏>斜压破坏;
(b)剪压破坏>斜拉破坏>斜压破坏;
(c)斜压破坏>剪压破坏>斜拉破坏;
(d)剪压破坏>斜压破坏>斜拉破坏。
3. 受弯构件斜截面破坏的主要形态中,就变形能力而言[ ]。
(a)斜拉破坏>剪压破坏>斜压破坏;
(b)剪压破坏>斜拉破坏>斜压破坏;
(c)斜压破坏>剪压破坏>斜拉破坏;
(d)剪压破坏>斜压破坏>斜拉破坏。
4. 连续梁在主要为集中荷载作用下,计算抗剪承载力时剪跨比可以使用[ ]。
(a)计算剪跨比;
(b)广义剪跨比;
(c)计算剪跨比和广义剪跨比的较大值;
(d)计算剪跨比和广义剪跨比的较小值。
5. 钢筋混凝土梁剪切破坏的剪压区多发生在[ ]。
(a)弯矩最大截面;
(b)剪力最大截面;
(c)弯矩和剪力都较大截面;
(d)剪力较大,弯矩较小截面。
6. 防止梁发生斜压破坏最有效的措施是:[ ]。
(a)增加箍筋;
(b)增加弯起筋;
(c)增加腹筋;
(d)增加截面尺寸。
(三)判断题
1. 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的75%以上的情况)的钢筋混凝土独立梁斜截面受剪承载力计算公式与一般荷载作用下梁的斜截面受剪承载力计算公式不同。
[ ]
2. 钢筋混凝土梁的配筋中只有箍筋承受剪力,其它钢筋都不承受剪力。
[ ]
3. 受弯构件斜截面破坏的主要形态中:斜拉破坏和斜压破坏为脆性破坏,剪压破坏为塑性破坏,因此受弯构件斜截面承载能力计算公式是按剪压破坏的受力特征建立的。
[ ]
4. 当梁的剪跨比较大(λ>3)时,梁一定发生斜拉破坏,因此,设计时必须限制梁的剪跨比λ≤3。
[ ]
5. 纵向钢筋的多少只影响到钢筋混凝土构件的正截面承载能力,不会影响斜截面的承载能力。
[ ]
6. 为防止钢筋混凝土梁发生斜截面承载能力不足,应在梁中布置箍筋或箍筋和弯起钢筋。
[ ]
7. 受弯构件斜截面承载力是指构件的斜截面受剪承载力。
[ ]
8. 钢筋混凝土梁中纵筋的截断位置为,在钢筋的理论不需要点处截断。
[ ]
9. 箍筋的构造设置应同时满足箍筋最大间距和最小直径要求及最小配箍率要求。
[ ]
(四)问答题
1. 在无腹筋钢筋混凝土梁中,斜裂缝出现后梁的应力状态发生了哪些变化?
2. 影响梁斜截面受剪承载力的主要因素有哪些?影响规律如何?
3. 什么是广义剪跨比?什么是计算剪跨比?
4. 箍筋的作用是什么?
5. 对于偏心受压构件,轴向力对构件受剪承载力有何影响?原因何在?主要规律如何?
6. 受弯构件斜截面破坏的主要形态有几种?各发生在什么情况下?设计中如何避免破坏的发生?
7. 在进行钢筋混凝土简支梁受剪承载力计算时,对于均布荷载和有较大集中荷载应用了不同的计算公式,为什么?两者的主要区别是什么?
8. 在进行梁斜截面受剪承载力设计时,计算截面如何选取?
9. 对多种荷载作用下的钢筋混凝土受弯构件进行斜截面受剪承载力计算,什么情况下应采用集中荷载作用下的受剪承载力计算公式?
10. 钢筋混凝土受弯构件截面受剪承载力计算公式的适用条件是什么?βc是什么系数?如何取值?
11. 什么是抵抗弯矩图?它与设计弯矩图的关系怎样?什么是纵筋的充分利用点和理论截断点?
12. 什么是冲切破坏?抗冲切钢筋有哪些构造要求?
13. 箍筋的设置满足最大间距和最小直径要求是否一定满足最小配箍率的要求?
14. 《混凝土结构设计规范》对钢筋混凝土梁给出了几种受剪承载力计算公式,为什么给出几种不同的受剪承载力计算公式?
二、计算题
1. 一矩形截面简支梁,截面尺寸b×h=200mm×500mm。
两端支承在砖墙上,净跨5.74m。
梁承受均布荷载设计值p=38kN/m (包括梁自重)。
混凝土强度等级为C20,箍筋采用HPB235级。
若此梁只配置箍筋,试确定箍筋的直径和间距。
2.T形截面简支梁,梁的支承情况、荷载设计值(包括梁自重)及截面尺寸如图 6.1所示。
混凝土强度等级为C30,纵向钢筋采用HRB400级,箍筋采用HRB335级。
梁截面受拉区配有820纵向受力钢筋,h0=640mm。
求1)仅配置箍筋,求箍筋的直径和间距;2)配置双肢8@200箍筋,计算弯起钢筋的数量。
图6.1 T形截面简支梁
3. 一钢筋混凝土矩形截面外伸梁,(包括梁自重)如图6.2所示,h0=640mm级,箍筋采用HPB235级。
根据正截面受弯承载力计算,应配322+320。
求箍筋和弯筋的数量。
图6.2矩形截面外伸梁
4. 一两端支承于砖墙上的钢筋混凝土T形截面简支梁,截面尺寸及配筋如图6.3所示。
混凝土强度等级为C25,纵筋采用HRB400级,箍筋采用HPB235级。
试按斜截面受剪承载力计算梁所能承受的均布荷载设计值。
(kN)
图6.3 T形截面简支梁
5. 如图
6.4所示钢筋混凝土外伸梁,支承于砖墙上。
截面尺寸b×h=300mm×700mm。
均布荷载设计值80kN/m (包括梁自重)。
混凝土强度等级为C25,纵筋采用HRB400级,箍筋采用HPB235级。
求:进行正截面及斜截面承载力计算,并确定纵筋、箍筋和弯起钢筋的数量。
图6.4 两端外伸梁
6.框架柱截面b×h=300mm×400mm,柱净高H n=3m,柱端作用弯矩设计值M=115kNm,与剪力相应的轴向压力设计值N=710kN,剪力设计值V=170kN。
混凝土强度等级为C30,纵筋采用HRB400级,箍筋采用HPB235级。
试验算柱截面尺寸,并确定箍筋数量。
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