(二)斜截面承載力計(jì)算
1.梁沿斜截面破壞的主要形態(tài)
根據(jù)試驗(yàn)證明,由于荷載的類別(集中或均布荷載)、加載方式(直接加載或間接加載)、剪跨比、腹筋用量等因素的影響,梁沿截面破壞大致可歸納為三種主要破壞形態(tài),即:斜壓破壞、剪壓破壞、斜拉破壞。
(1) 剪跨比的概念
對(duì)于承受兩個(gè)集中荷載的簡(jiǎn)支梁(圖11—55),集中荷載至支座的距離a稱為剪跨,剪跨a與截面有效高度h0的比值稱為剪跨比,即:
式(11-115)表明,剪跨比λ反映了截面上彎矩與剪力的相對(duì)比值。
(2)三種主要破壞形態(tài)
1)斜壓破壞。當(dāng)剪跨比較小,或腹筋配置過多時(shí),可能產(chǎn)生斜壓破壞。破壞時(shí),首先在梁腹部出現(xiàn)若干條大體相互平行的斜裂縫,隨著荷載的增加,這些大體相互平行的斜裂縫將梁腹部分割成若干個(gè)傾斜的受壓小柱體,最后,這些小斜柱體的混凝土在彎矩和剪力復(fù)合作用下,被壓碎而破壞(圖11-56a),破壞時(shí)腹筋未達(dá)到屈服強(qiáng)度,因而,這種破壞屬于脆性破壞,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予避免。
2)斜拉破壞。當(dāng)剪跨比較大,或腹筋配置較少時(shí),可能產(chǎn)生斜拉破壞。破壞時(shí),斜裂縫一旦出現(xiàn),即很快形成一條主斜裂縫并迅速擴(kuò)展到集中荷載作用點(diǎn)處,梁被分成兩部分而破壞(圖11—56c)。這種破壞無明顯的預(yù)兆,危險(xiǎn)性較大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予避免。
3)剪壓破壞。當(dāng)腹筋配置適當(dāng),剪跨比適中時(shí),可能產(chǎn)生剪壓破壞。剪壓破壞的特征是,隨著荷載的增加開始先出現(xiàn)一些垂直裂縫和由垂直裂縫延伸出來的細(xì)微的斜裂縫。當(dāng)荷載增加到一定程度時(shí),在數(shù)條斜裂縫中,將出現(xiàn)一條較長(zhǎng)較寬的主要裂縫(即稱為臨界斜裂縫)。荷載再繼續(xù)增加,臨界斜裂縫不斷向上延伸,使與其相交的箍筋達(dá)到屈服,同時(shí),剪壓區(qū)混凝土在剪應(yīng)力和壓應(yīng)力共同作用下達(dá)到極限強(qiáng)度而破壞(圖 11—56b)。由于這種破壞是由于箍筋先屈服而后混凝土被壓碎,破壞有一定預(yù)兆,屬于塑性破壞。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把構(gòu)件控制在剪壓破壞類型。
規(guī)范中給出了梁中允許的最大配箍量以避免形成斜壓破壞;同時(shí)又規(guī)定了最小配箍量以防止發(fā)生斜拉破壞。 2.無腹筋梁斜截面承截能力計(jì)算公式
(1)均布荷載作用下無腹筋梁的斜截面承載力
均布荷載作用下,無腹筋梁的剪切破壞可能發(fā)生在支座附近,也可能發(fā)生在跨中,只要支座處最大剪力不大于0.7βhftbh0,即能保證梁不發(fā)生剪切破壞。因此,規(guī)范對(duì)均布荷載作用下無腹筋梁的斜截面承載力取為:
式中 Vc——構(gòu)件斜截面上的最大剪力設(shè)計(jì)值;
βh——截面高度影響系數(shù);
ft——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,按《規(guī)范》表4.1.4采用。
(2)集中荷載作用下矩形截面無腹筋梁的斜截面承載力
式中 λ——計(jì)算截面的剪跨比,取L=a/h0。a為集中荷載作用點(diǎn)至支座截面或節(jié)點(diǎn)邊緣的距離。
由于梁的破壞具有明顯的脆性,同時(shí)還應(yīng)考慮到溫度收縮應(yīng)力及施工時(shí)鋼筋骨架成型的需要,因此,從構(gòu)造上考慮,一般梁應(yīng)按構(gòu)造要求配置一定數(shù)量的箍筋。
3.有腹筋梁斜截面承載力計(jì)算公式
腹筋指箍筋和彎起鋼筋。對(duì)于有腹筋的梁,斜截面抗剪能力由三部分組成。見圖11-57。
式中 Vu——斜截面總抗剪能力;
Vc——剪壓區(qū)混凝土抗剪能力;
Vsv——與斜裂縫相交的箍筋的抗剪能力;
Vsb――與斜裂縫相交的彎起鋼筋的抗剪能力。
(1)計(jì)算公式及適用條件
1)同時(shí)配有箍筋和彎起鋼筋的斜截面承載力的計(jì)算。
對(duì)于承受均布荷載的矩形、T形及工字形截面梁,按下式計(jì)算:
式中V-—構(gòu)件斜截面上的最大剪力設(shè)計(jì)值;
ft——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
fyv——箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
Asv-一配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積,Asv =n Asv1 (n——在同一截面內(nèi)箍筋的肢數(shù),Asv1——單肢箍筋的截面面積);
s——箍筋的間距。
從式(11-120)可以看出,影響斜截面承載能力的主要因素是混凝土的強(qiáng)度等級(jí),箍筋的直徑、肢數(shù)和間距,梁的截面尺寸等,而與縱向鋼筋無關(guān)。
對(duì)于承受以集中荷載為主的矩形截面梁,按下式計(jì)算:
2)計(jì)算公式的適用條件
從上述公式中可以看出,增加箍筋(Asv/s)和彎起鋼筋(Asb)可以提高梁的抗剪承載力。但是不能隨意無限制地增加,試驗(yàn)表明,若配置的腹筋過多時(shí),在腹筋尚未達(dá)到屈服強(qiáng)度以前,梁腹部混凝土已發(fā)生斜壓破壞。同時(shí),斜壓破壞受腹筋影響很小,主要取決于梁的截面尺寸和混凝土軸心抗拉強(qiáng)度。因此,規(guī)范規(guī)定,對(duì)矩形、T形和工字形截面的受彎構(gòu)件,其受剪截面應(yīng)符合下列條件:
式中 V——構(gòu)件斜截面上的最大剪力設(shè)計(jì)值;
βc——混凝土強(qiáng)度影響系數(shù):當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50時(shí),取βc =1.0;當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí),取βc =0.8;其間接線性內(nèi)插法確定;
fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,按《混凝土規(guī)范》表4.1.4采用;
b——對(duì)矩形截面取截面寬度;對(duì)T形截面或工字形截面取腹板寬度;
h0——截面的有效高度;
hw——截面的腹板高度。對(duì)矩形截面取有效高度h0;對(duì)T形截面取有效高度減去翼緣高度;對(duì)工字形截面取腹板凈高。
通過上述公式經(jīng)過分析,可求得為了防止發(fā)生斜壓破壞時(shí)的最大配箍率為:
規(guī)范還對(duì)箍筋直徑和最大間距s加以限制(詳見《混凝土規(guī)范》第10.2.10、10.2.11條)。
(2)斜截面受剪承載力的計(jì)算位置
規(guī)范規(guī)定,下列各種斜截面應(yīng)分別計(jì)算受剪承載力是否滿足要求:
1)支座邊緣處的斜截面(圖1l-58截面1—1);
2)彎起鋼筋彎起點(diǎn)處的斜截面(圖1l—58截面2-2和3—3);
3)箍筋直徑或間距改變處的斜截面(圖11-58截面4-4);
4)腹板寬度改變處的斜截面。