钢筋混凝土受弯构件的斜截面承载力计算

第四章 钢筋混凝土受弯构件的斜截面 承载力计算

钢筋混凝土受弯构件的斜截面承载力计算

4.1 概述

剪弯段

纯弯段 剪弯段

在主要承受弯 矩的区段内， 矩的区段内，产生 正截面受弯破坏； 正截面受弯破坏； 而在剪力和弯 矩共同作用的支座 附近区段内，则会 附近区段内， 产生斜截面受剪破 产生斜截面受剪破 坏或斜截面受弯破 坏。

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斜裂缝、 4.2 斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏 形态4 .2 .1 斜裂缝的形成斜裂缝是因梁中弯矩和剪力产生的主拉应变超过 斜裂缝 混凝土的极限拉应变 极限拉应变而出现的。斜裂缝主要有两类： 极限拉应变 腹剪斜裂缝和弯剪斜裂缝 弯剪斜裂缝。 腹剪斜裂缝 弯剪斜裂缝 在中和轴附近，正应力小， 剪应力大，主拉应力方向大致为 45°。当荷载增大，拉应变达到 混凝土的极限拉应变值时，混凝 土开裂，沿主压应力迹线产生腹 腹剪斜裂缝 部的斜裂缝，称为腹剪斜裂缝 腹剪斜裂缝。 腹剪斜裂缝 腹剪斜裂缝中间宽两头细，呈枣核形，常见于薄腹 梁中，如图所示。

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在剪弯区段截面的下边缘，主拉应力还是水平向 的。所以，在这些区段仍可能首先出一些较短的垂直 裂缝，然后延伸成斜裂缝，向集中荷载作用点发展， 这种由垂直裂缝引伸而成的斜裂缝的总体，称为弯剪 弯剪 斜裂缝，这种裂缝上细下宽，是最常见的，如下图所 斜裂缝 示。

弯剪斜裂缝

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4 .2 .2 剪跨比剪跨比λ为集中荷载到临近支座的距离a与梁截面 剪跨比 有效高度h0的比值，即λ=a/ h0 。 某截面的广义剪跨比为该截面上弯矩M与剪力和截 面有效高度乘积的比值，即 λ=M/ (Vh0)。 剪跨比反映了梁中正应力与剪应力的比值。 1、承受集中荷载时， λ =M a = Vh 0 h0

2、承受均布荷载时，设βl为计算截面离支座的距 离，则 β β2 l M = λ= Vh 0 1 2 β h0

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4 .2 .3 斜截面受剪破坏的三种主要形态 1、无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态1)斜拉破坏 斜拉破坏：当剪跨比较大(λ>3)时，或箍筋配置不 斜拉破坏 足时出现。此破坏系由梁中主拉应力所致，其特点是斜 裂缝一出现梁即破坏，破坏呈明显脆性，类似于正截面 承载力中的少筋破坏。其特点是当垂直裂缝一出现，就 迅速向受压区斜向伸展，斜截面承载力随之丧失。

斜拉破坏

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2)斜压破坏 斜压破坏：当剪跨比较小(λ<1)时，或箍筋配置过 斜压破坏 多时易出现。此破坏系由梁中主压应力所致，类似于正 截面承载力中的超筋破坏，表现为混凝土压碎，也呈明 显脆性，但不如斜拉破坏明显。这种破坏多数发生在剪 力大而弯矩小的区段，以及梁腹板很薄的T形截面或工 字形截面梁内。破坏时，混凝土被腹剪斜裂缝分割成若 干个斜向短柱而被压坏，破

坏是突然发生。

斜压破坏

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3)剪压破坏 剪压破坏：当剪跨比一般(1<λ<3)时，箍筋配置适 剪压破坏 中时出现。此破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力联合 作用所致，类似于正截面承载力中的适筋破坏，也属脆 性破坏，但脆性不如前两种破坏明显。其破坏的特征通 常是，在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直裂缝， 它们沿竖向延伸一小段长度后，就斜向延伸形成一些斜 裂缝，而后又产生一条贯穿的较宽的主要斜裂缝，称为 临界斜裂缝，临界斜裂缝出现后迅速延伸，使斜截面剪 临界斜裂缝 压区的高度缩小，最后导致剪压区的混凝土破坏，使斜 截面丧失承载力。

剪压破坏

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如图为三种破坏形态的 荷载挠度(F-f)曲线图，从 F0 图中曲线可见，各种破坏形 态的斜截面承载力各不相同， 斜压破坏时最大，其次为剪 压，斜拉最小。它们在达到 峰值荷载时，跨中挠度都不 大，破坏后荷载都会迅速下 降，表明它们都属脆性破坏 类型，而其中尤以斜拉破坏 为甚。

斜压破坏 剪压破坏 斜拉破坏

f

设计中斜压破坏和斜拉破坏主要靠构造要求来避 斜压破坏和斜拉破坏 斜压破坏 免，而剪压破坏则通过配箍计算来防止。

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2、有腹筋梁的斜截面受剪破坏形态与无腹筋梁类似，有腹筋梁的斜截面受剪破坏形 态主要有三种：斜压破坏 剪压破坏 斜拉破坏 斜压破坏、剪压破坏 斜拉破坏。 斜压破坏 剪压破坏和斜拉破坏 当λ>3,且箍筋配置的数量过少，将发生斜拉破 斜拉破 坏；如果λ>3,箍筋的配置数量适当，则可避免斜拉破 坏，而发生剪压破坏 剪压破坏；剪跨比较小或箍筋的配置数量 剪压破坏 过多，会发生斜压破坏 斜压破坏。 斜压破坏 对有腹筋梁来说，只要截面尺寸合适，箍筋数量 适当，剪压破坏是斜截面受剪破坏中最常见的一种破 坏形式。

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4.3

斜截面受剪破坏的主要影响因素 斜截面受剪破坏的主要影响因素 破坏的主要影响4.3.1 剪跨比对斜截面受剪承载力的影响

试验表明，剪跨比越大，有腹筋梁的抗剪承载力 越低，如图所示。对无腹筋梁来说，剪跨比越大，抗 剪承载力也越低，但当λ≥3 ,剪跨比的影响不再明显。

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4.3.2 混凝土强度对斜截面受剪承载力的 影响斜截面破坏是因混凝土到达极限强度 混凝土到达极限强度而发生的， 混凝土到达极限强度 故斜截面受剪承载力随混凝土的强度等级的提高而提 高。梁斜压破坏时，受剪承载力取决于混凝土的抗压 强度。梁为斜拉破坏时，受剪承载力取决于混凝土的 抗拉强度，而抗拉强度的增加较抗压强度来得缓慢， 故混凝土强度的影响就略小。剪压破坏时，混凝土强 度的影响则居于上述两者之

间。

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4.3.3 纵向钢筋配筋率对斜截面受剪承载 力的影响试验表明，梁的受剪承载力随纵向钢筋配筋率ρ的提 高而增大 。这主要是纵向受拉钢筋约束了斜裂缝长度 的延伸，从而增大了剪压区面积的作用。

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4.3.4 配筋率和箍筋强度对斜截面受剪承 载力的影响有腹筋梁出现斜裂缝后，箍筋不仅直接承受相当部 分的剪力，而且有效地抑制斜裂缝的开展和延伸，对提 高剪压区混凝土的抗剪能力和纵向钢筋的销栓作用有着 积极的影响。试验表明，在配箍最适当的范围内，梁的 受剪承载力随配箍量的增多、箍筋强度的提高而有较大 幅度的增长。 配箍量一般用配箍率(又称箍筋配筋率)ρsv 表示， 即

Asv n Asv1 ρ sv = = bs bs

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如图表示配箍率与箍筋强度fyv 的乘积对梁 受剪承载力的影响。当其它条件相同时，两者 大体成线性关系。如前所述，剪切破坏属脆性 破坏。为了提高斜截面的延性，不宜采用高强 度钢筋作箍筋。

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4.3.5截面尺寸和截面形状对斜截面受剪 承载力的影响 1.截面尺寸的影响截面尺寸对无腹筋梁的受剪承载力有影响，尺寸 大的构件，破坏时的平均剪应力(τ=V/bh0),比尺寸 小的构件要降低。有试验表明，在其他参数(混凝土 强度、纵筋配筋率、剪跨比)保持不变时，梁高扩大 4倍，受剪承载力可下降25%~30%。 对于有腹筋梁，截面尺寸的影响将减小。