混凝土结构的弯剪承载力计算分析.doc

混凝土结构的弯剪承载力计算分析混凝土结构的基本原理是作为一个土木工程技术人员必须掌握的一门专业知识,本科的时候已经学****过钢筋混凝土基本构件和结构设计方面的课程,对于钢筋混凝土的特点和设计方法已经有了一定的了解。研究生阶段经过半年的学****对钢筋混凝土结构的原理又有了进一步的理解,许多知识从过去“知其然”的程度渐渐到了“知其所以然”的程度。在对教材全面学****的基础上,针对自己上课时所讲解的弯剪承载力一部分的内容再作以讨论,加深对此内容的掌握程度。在地震灾害作用下,建筑结构的破坏大都由压、弯、扭、剪的不同组合引起。即使在静力作用下,钢筋混凝土构件也会由于上述荷载的组合而产生压弯、弯扭和弯剪扭等受力状态。而目前的许多研究,大多是建立在试验回归的基础上,没有利用塑性力学、断裂力学和组合材料力学的研究成果,而一个成熟的理论应该是理论统一、形式简单,比如说钢结构。因此,钢筋混凝土的理论还不是很成熟。钢筋混凝土构件的受剪破坏一般是指构件在外力作用下沿斜裂缝发生的破坏,也称为斜截面破坏。斜裂缝由于出现的位置不同可分成两类,即斜裂缝由于已出现的弯曲裂缝延伸而成的弯剪裂缝和在梁腹中部出现的腹剪裂缝。许多的斜截面破坏是在纵筋尚未屈服的条件下发生的,这种钢筋混凝土梁的破坏属于脆性破坏。但在有些情况下,会出现纵筋先屈服,然后混凝土才被剪断的现象,这时梁的宏观破坏形态虽然与剪切破坏是一样的,但是在破坏时由于纵筋的屈服,梁已经有较大的变形。以图1中受对称集中荷载的钢筋混凝土梁为例,讨论三种破坏模式。随着剪跨比由大到小,可以分为三种不同的破坏模式:斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏。如图2所示为三种破坏模式的宏观表现以及加载的曲线。下面从破坏机理上对三种破坏模式进行具体的分析:A)斜拉破坏(一般出现在的情况下)在剪跨比较大时,随着荷载的加大,首先沿着主压应力迹线形成斜裂缝,当荷载增大到一定程度,形成临界斜裂缝,此时破坏机构形成,接着在荷载不变或增加很小的情况下就会达到极限荷载强度而发生破坏。此时,临界斜裂缝一出现就将穿过压区混凝土而直通梁顶,如图2(a)中,临界斜裂缝出现的b点与强度最大值c点几乎重合。所以这种破坏模式破坏机构的形成与压区混凝土达到强度破坏几乎是同时发生,荷载作用点下方局部压应力的影响很小(可以忽略),此时压区混凝土的应力状态如图2(a)中所示。破坏时最终压区混凝土在正应力和剪应力共同作用下的主拉应力达到而破坏,即斜拉破坏的本质是拉坏,决定斜拉破坏强度的是混凝土的单轴抗拉强度。图1钢筋混凝土梁在对称集中荷载作用下的情况图2三种破坏模式及其所对应的P2f曲线B)剪压破坏(一般出现在的情况下)当中等剪跨比的时候,在荷载的作用下,首先在剪弯段内沿主压应力迹线出现斜裂缝,当临界斜裂缝形成以后整个梁就形成了一个破坏机构(图2(b)中到达b点),当荷载继续增大到某一定值后(图2(b)中到达c点),剪压区的混凝土才达到剪压强度而破坏。这种破坏模式在破坏机构形成以后,构件还可以继续承载,破坏机构的形成与压区混凝土达到复合强度破坏两者之间有明显的区分,这也是这种破坏模式与斜拉破坏的最根本的区别。在剪跨比不大的情况下,由于弯矩所产生不大,而且破坏机构的形成与构件的最终破坏之间还是可以继续承受荷载作用的,在这段时间里荷载作用点下的局部压应力的影响则比较重要,它会引起应力的重分布,阻止斜裂缝的开展,从而提高抗剪强度,所以剪压破坏的抗剪强度比斜拉破坏高。所以,这种破坏模式是、、的共同作用下剪坏,决定它的强度的是混凝土的压剪复合强度。C)斜压破坏(一般出现在的情况下)在剪跨比几乎为零时,也就是集中荷载几乎就作用于支座上方,此时力直接通过荷载作用点与支座之间的混凝土传递,这部分混凝土就相当于是一个轴心受压的短柱,最终这个短柱在的作用下破坏。当剪跨比略有增大(仍满足时),它的破坏模式仍然相同,只是这个受压短柱倾斜了而已,最终的破坏都是由于受压短柱的破坏。这时裂缝的出现仍是沿着主压应力线而产生的,只不过这时在荷载作用点与支座之间的主压应力线比较密集,构件的最终破坏就类似于轴压柱。综上所述,划分三种破坏模式的实质是截面上正应力与剪应力之间的相对大小,而剪跨比是其外部表现。无腹筋梁的弯剪承载力有限,若不足以抵御荷载产生的剪力的时候,设置横向的箍筋是很有效的措施。本科阶段对于箍筋配置的计算也已经有所学****但根据相关文献的作者研究发现,现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)(以下简称《规范》)针对受弯、剪、扭构件,为防止发生少筋脆性破坏,在《规范》:在弯剪扭构件中,箍筋的配箍率。但规范中未对在此情况下的取值进行说明,导致的取值模糊不清。因此,对弯剪扭构件中的取值,一些文献资料中,人们的理解为(这里,n为箍筋肢数;为抗剪单肢箍筋截面面积;为抗扭单肢箍筋截面面