[知识点]
1. 无腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态:①无腹筋梁斜裂缝出现前、后的应力状态;②无腹筋梁沿斜截面破坏的主要形态。
2.有腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态:①有腹筋梁斜裂缝出现前后的受力特点;②有腹筋梁沿斜截面破坏的形态。
3. 斜截面受剪承载力的主要影响因素:剪跨比、混凝土强度、配箍率、箍筋强度、纵筋配筋率。
4.受弯构件斜截面承载力计算公式: ①建立计算公式的原则;②斜截面受剪模型;③梁受剪承载力计算公式;④截面限制条件及最小配箍率。
5. 受弯构件斜截面承载力的计算方法:①计算截面位置;②截面设计;③截面复核。
6. 纵向钢筋的弯起和截断:①材料抵抗弯矩图;②纵筋弯起的构造要求;③纵向钢筋的截断和锚固;④箍筋的构造要求;⑤弯起钢筋的构造要求。
[理论目标]
1.了解受弯构件的斜截面承载力试验的基本知识,熟悉受弯构件斜截面破坏类型、破坏形态及影响因素。
2. 掌握无腹筋梁和有腹筋梁斜截面抗剪承载力的计算公式及适用条件,防止斜压破坏和斜拉破坏的措施。
3.了解材料抵抗弯矩图的画法,熟悉受力钢筋的弯起、截断和锚固方法。
[实践目标]
1.通过实验初步掌握钢筋混凝土梁斜截面受剪试验的试验方法和操作程序。了解钢筋混凝土梁受剪破坏的全过程、梁斜截面的受力特点、变形性能和斜裂缝开展规律。
2. 掌握有腹筋简支梁的受剪承载力的计算模型、计算公式及其适用范围的设计方法。
[学习重点]
1.影响斜截面承载力因素。
2.斜截面抗剪承载力计算的建立。
3. 截面设计和截面复核。
[学习难点]
1.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;
2.纵向钢筋的弯起和截断。
[学习指南]
混凝土构件的承载能力计算主要有三方面的内容:正截面、斜截面及扭曲截面。在内容上把正截面与斜截面分开讲述,但钢筋混凝土构件既要进行正截面承载能力验算,也要进行斜截面承载能力验算,有时还要进行扭曲截面承载能力计算。
达到正截面承载能力极限状态或斜截面承载能力极限状态,截面都处于开裂状态,都是通过配置钢筋来阻碍裂缝的发展,保证处于开裂状态的截面仍能抵抗外力作用。不同的是正截面配置的是纵向钢筋,斜裂缝配置的是箍筋或弯筋。在承载能力极限状态中,纵向钢筋或箍筋都达到屈服强度。纵向钢筋或箍筋只能阻碍裂缝的发展,但不能防止钢筋混凝土构件的受力开裂。
尽管计算斜截面承载能力所用的设计剪力与计算正截面所用的设计弯矩是对应的,但并不是说钢筋混凝土构件会同时发生受弯和受剪破坏。在实际设计时,按内力设计组合值进行设计,最大剪力和最大弯矩可能不发生在同一受荷工况下,根据最大弯矩和最大剪力所配置的钢筋,一般不会同时都达到极限状态。除此之外,斜裂缝剪切破坏为脆性破坏,为防止发生脆性破坏,一般要适当增加构件的抗剪能力,使构件的受弯破坏先于受剪破坏,这就是钢筋混凝土结构中“强剪弱弯”的设计概念。
正截面承载能力计算与斜截面承载能力计算都有一定的适用条件和最小配筋率的规定。满足适用条件的构件,其破坏状态是《规范》允许的性能良好的状态。不满足适用条件,则是《规范》不允许的破坏状态,一旦破坏其后果较为严重。最小配筋率或最小配箍率实际上都是在截面中起抵抗拉力作用的纵向钢筋或箍筋的体积配筋率,其作用也非常相似,一个是防止发生少筋破坏,一个是防止发生斜拉破坏。这两种破坏的共同特点都是裂缝一旦发生,会迅速发展至截面全高,构件瞬间丧失承载能力;不同的是裂缝一个斜向发展,一个垂直发展。
剪跨比对斜截面承载能力的影响很大。剪跨比的大小实际上反映了截面正应力与剪应力的大小对斜裂缝发生、发展及斜截面承载能力的影响。根据弹性应力分析,正应力与剪应力的变化直接影响主拉应力的变化及应力迹线的变化。试验研究表明,λ在1~3的范围内,对抗剪承载能力影响较大,剪跨比太小容易发生斜压破坏,剪跨比太大容易发生斜拉破坏。在这两种情况下,混凝土对抗剪的贡献基本保持不变,因此,《规范》在计算公式中给出了λ的取值范围。
轴向压力对抗剪有利,轴向拉力对抗剪不利。在偏心受力构件中,应特别注意轴向力对承载能力的影响,并注意轴向力的取值限制条件。从多轴应力强度看,混凝土的压应力达(0.6-0 7)fc都对抗剪强度有提高作用。但《规范》将轴向压力有利作用的上限定为0.3fcA,这主要是因为斜截面极限状态时,截面的剪压区不大,当轴向力达到0.3fcA 时,剪压区的实际压应力已经很大了。
斜截面承载能力公式是在试验基础上归纳总结的公式。尽管人们试图从理论上推导抗剪承载能力公式,也提出了一些模型,如带拉杆的梳形拱模型、拱形桁架模型以及桁架模型等,但这些模型只能用来定性地解释极限状态的受力特点及各部分对抗剪的贡献,定量分析难度较大。
截面尺寸的限制,实际是限制发生斜压破坏。在斜压破坏时,无法通过配置腹筋提高斜截面承载能力。因此,在斜截面承载能力计算中,验算截面限制条件非常重要,否则即使配置再多的腹筋也要发生斜压破坏。在验算截面限制条件时,要特别注意截面高度,一般取截面有效高度。因为腹板的厚度小,更容易发生斜压破坏,所以在I形截面中,使用hw.。T形等带翼缘的截面虽然能提高抗剪强度,但腹板更容易发生受剪破坏,所以在抗剪承载能力计算中,不考虑翼缘的有利作用。
2010版《规范》对抗剪承载能力公式进行了调整。调整的主要内容是,将受均布荷载作用和受集中荷载作用的公式中箍筋承担的剪力统一起来。
理解抵抗弯矩图及特征点,是掌握确定钢筋弯起与截断位置的基础。实际工程中,设计者一般很少通过绘制抵抗弯矩图确定钢筋弯起与截断的位置,主要是根据标准图确定。但作为初学者,掌握这些内容是非常必要的,对理解标准图中的一些做法以及发现实际工程中的配筋问题会很有帮助。对于一般的框架结构爱,承受的剪力不大,弯起钢筋的主要目的是将部分梁底钢筋过渡到梁顶承受负弯矩,不是考虑要弯起钢筋承受剪力。但对于重载的、截面较大的梁,往往需要弯起钢筋承受剪力。
结构设计包括三方面的内容,一是概念设计,二是计算设计,三是构造设计。概念设计的主要内容为结构选型与结构布置;计算设计的内容包括承载能力计算和正常使用极限状态验算等;构造设计的内容比较繁杂,凡是对结构整体安全、正常使用性能和耐久性能起保证和提高作用的措施都是构造设计的内容。
钢筋混凝土结构构造措施的理论依据来源于三个方面:一是钢筋与混凝土之间的粘结机理及其性能,二是构件的非弹性性能;三是混凝土的耐久性要求。《规范》规定的构造措施是在系统的实验研究及大量的工程经验总结基础上形成的。