構(gòu)件的抗剪性能及抗剪設(shè)計(jì)

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1、第3章構(gòu)件的抗剪性能及抗剪設(shè)計(jì)3.1對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪問(wèn)題的回顧①受彎構(gòu)件的受剪區(qū)段一定有彎矩作用剪彎區(qū)段彎矩與剪力的比值對(duì)構(gòu)件的抗剪性能往往起到較主要的作用，構(gòu)件的破壞形態(tài)會(huì)發(fā)生改變。②構(gòu)件的剪彎區(qū)段出現(xiàn)斜裂縫之后，其受力及破壞較為復(fù)雜，影響因素眾多，目前尚未能像正截面的分析一樣建立一套大家都能接受較為完整的理論體系，國(guó)外各主要規(guī)范以及國(guó)內(nèi)個(gè)本標(biāo)準(zhǔn)中的斜截面承載力的計(jì)算方法有較大的差別?！窦幽么蠖鄠惗啻髮W(xué)的M.P.Collins,D.Mitchell和F.J.Vecchio一直以來(lái)進(jìn)行研究，取得了較大的進(jìn)展（加拿大規(guī)范采納）；●宏觀模型為基礎(chǔ)并經(jīng)改進(jìn)的承載力的計(jì)算

2、方法和剪切變形計(jì)算方法；●分析影響因素，以大量試驗(yàn)為基礎(chǔ)建立的承載力計(jì)算方法。③構(gòu)件的剪彎區(qū)段形成平面受力（二維應(yīng)變）狀態(tài)，構(gòu)件的變形包括彎曲變形和剪切變形，當(dāng)構(gòu)件受力進(jìn)入非線性狀態(tài)（出現(xiàn)斜裂縫直至鋼筋屈服）以后，剪力—剪切變形關(guān)系受到的影響因素較為復(fù)雜，在構(gòu)件的變形中很難篩分剪切變形和彎曲變形，全過(guò)程分析有待進(jìn)一步研究和完善；斜裂縫寬度的計(jì)算方法目前研究不成熟，沒(méi)有公認(rèn)的計(jì)算模型和直接的控制方法。目前在工程中控制角度也是間接的、經(jīng)驗(yàn)性的。3.2無(wú)腹筋構(gòu)件的抗剪1.影響無(wú)腹筋構(gòu)件抗剪承載力的因素●剪跨比定義：廣義剪跨比：（針對(duì)計(jì)算截面）計(jì)算剪跨比：對(duì)于簡(jiǎn)支梁：如圖所示

3、：原《規(guī)范》GBJ10-89以混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度反映混凝土的抗剪承載力，取：；現(xiàn)行《規(guī)范》GB50010-2002以及本次修訂后以混凝土的抗拉強(qiáng)度反映混凝土的抗剪承載力，?。?。由圖可見(jiàn)對(duì)于高強(qiáng)混凝土原《規(guī)范》偏于不安全，而對(duì)于現(xiàn)行《規(guī)范》是偏于安全的。●混凝土強(qiáng)度或梁的最終破壞是有混凝土的材料破壞控制的，試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果的比值如下圖所示，可見(jiàn)混凝土的強(qiáng)度偏低時(shí)，計(jì)算結(jié)果安全裕量偏大。圖中為原《規(guī)范》GBJ10-89的計(jì)算結(jié)果，為現(xiàn)行《規(guī)范》GB50010-2002的計(jì)算結(jié)果?？梢?jiàn)現(xiàn)行《規(guī)范》計(jì)算結(jié)果偏于安全。美國(guó)ACI規(guī)范混凝土的抗剪承載力用表達(dá)。即混凝土的抗剪承載力

4、隨混凝土強(qiáng)度的提高不是線性增長(zhǎng)關(guān)系。●縱向鋼筋配筋率如圖所示，縱筋有“銷栓”作用，同時(shí)縱向鋼筋配筋量大，可使剪壓區(qū)的面積加大（保持軸向平衡），對(duì)提高承載力有有利作用。但提高的程度與有關(guān)。%●截面尺寸截面尺寸對(duì)梁的抗剪承載力有影響。截面高度變化的影響如下圖：此外，軸力、混凝土的骨料大小等也有影響。2.無(wú)腹筋構(gòu)件的宏觀傳力模型及抗剪承載力①梳齒模型該模型最早由Kani于上世紀(jì)1964年提出，后經(jīng)不斷研究與改進(jìn)，通過(guò)假定裂縫的傾角和間距、裂縫的高度，并對(duì)齒的受力機(jī)理進(jìn)行分析。Reineck于1991年以力學(xué)模型為基礎(chǔ)剪力的抗剪承載力計(jì)算公式如下：②拉桿—拱模型③經(jīng)驗(yàn)公式下圖

5、為清華大學(xué)施嵐青教授等人統(tǒng)計(jì)的國(guó)內(nèi)外無(wú)腹筋簡(jiǎn)支梁共293個(gè)集中加載抗剪試驗(yàn)結(jié)果，如圖所示。得出的回歸分析式為：其上限與下線的近似計(jì)算公式分別為；（上限）（＞0.0044，下限）Karim等人給出的經(jīng)驗(yàn)公式為：其中：—形狀調(diào)整系數(shù)，當(dāng)時(shí)，；時(shí)，目前已知的經(jīng)驗(yàn)公式有20余個(gè)?；旧鲜且曰炷翉?qiáng)度，剪跨比，縱筋率，截面尺寸為影響因素。3.3有腹筋構(gòu)件的抗剪1.有腹筋構(gòu)件的抗剪機(jī)理及模型箍筋除了能夠直接承受一部分作用剪力以外，它的存在還有助于：●加大剪壓區(qū)的面積，有利于截面抗剪；●減小裂縫寬度，有利于增大裂縫間的骨料咬合作用提高抗剪；●有利于縱筋“銷栓”作用的發(fā)揮，提高抗剪能

6、力；●對(duì)受力拱的混凝土提供約束作用，提高混凝土承載力。①桁架模型該模型最早是由德國(guó)的Ritter在19世紀(jì)初提出來(lái)的，開始時(shí)假設(shè)為平行弦桁架，斜裂縫的傾角為45°，即45°桁架模型。以后的研究者又提出了許多修正，例如：受壓腹桿的角度可以調(diào)整，受壓的上弦改為傾斜等。時(shí)達(dá)最大承載力，有：Rarmirez和Breen于1991年提出了一個(gè)考慮混凝土抗剪貢獻(xiàn)的變角桁架模型。混凝土的貢獻(xiàn)隨構(gòu)件中的作用剪力大小而有所改變，即：其中:；；②桁架—拱模型如圖所示，將梁分成五個(gè)區(qū)域：Ⅰ區(qū)為不受力的區(qū)域；Ⅱ區(qū)為垂直腹筋與混凝土斜向壓桿共同受力的區(qū)域，混凝土的應(yīng)力為，與水平軸的夾角為；Ⅲ區(qū)

7、為曲形拱壓桿承受均勻單向壓應(yīng)力的區(qū)域；Ⅳ為承受均勻單向水平壓應(yīng)力的區(qū)域；Ⅴ區(qū)為加載與支座處混凝土周邊受壓的區(qū)域。根據(jù)這五個(gè)區(qū)域的受力情況分別建立平衡方程，進(jìn)行代換，并經(jīng)簡(jiǎn)化后最終得到計(jì)算公式：其中：③斜壓場(chǎng)理論（CFT）這一理論最早是由D.Mitchell和M.P.Collins于上個(gè)世紀(jì)1974年提出的，經(jīng)歷了約30余年的發(fā)展，不斷進(jìn)行改進(jìn),取得了較大的進(jìn)展。與正截面解決問(wèn)題的條件一樣，需要滿足：●平衡條件；●變形協(xié)調(diào)條件；●鋼筋與混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。研究斜壓場(chǎng)的加載裝置試件（配筋板）的受力狀態(tài)基本假定：a）忽略裂縫之間混凝土的抗拉作用；b）主