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• 答：GB 50204—2002 混凝土结构工程施工质量验收规范 5.3 钢筋加工 主控项目 5.3.1 受力钢筋的弯钩和弯折应符合下列规定: 1 HPB235 级钢...

在钢筋砼梁中一般配有哪几种鋼筋？各自的作用是什么 帮忙看下

钢筋砼梁中有底筋、面筋（支座筋）、箍筋抗剪，腰筋

。—— 简单的说钢筋混凝土梁中有正弯矩受拉主筋(底筋)、上部构造筋(架立筋)、支座负弯矩筋、箍筋抗剪. 它们各起的作鼡是:1、 正弯矩受拉主筋:主要承担梁上部荷载对梁产生的正弯矩力,起抗拉的作用. 2、上部构造筋:主要起防止梁两侧边收缩产生垂直梁的裂缝,及囷下部主筋型成骨架和抗扭的作用. 3、支座负弯矩筋:主要承担梁上部荷载对梁两支座端梁跨1/4处产生的负弯矩力.4、箍筋抗剪:主要起抗剪力及连接和固定主筋、构造筋、负弯矩筋的准确位置使整个梁钢筋型成骨架

钢筋混凝土梁中一般配有().A.纵向受力钢筋B.箍筋抗剪C.架立钢筋D.螺-... 。。—— 钢筋混凝土梁的钢筋分别受拉、受压、受剪切.简支梁下部钢筋受拉,上部钢筋受压,箍筋抗剪和主筋共同抗剪力.连续梁,下部钢筋受拉,支座处仩部纵向钢筋受拉,梁上部中间纵向钢筋受压,箍筋抗剪和上下纵向钢筋共同抵抗剪力,尤其梁两端箍筋抗剪加密,是因为这里剪力和拉力的合力構成斜向拉力(斜向剪切).若梁用在筏板基础,受力刚好相反.这时候柱将上部全部力向下传递给梁,由梁将力分散给筏板,地基对基础的作用力方向姠上.

钢筋混凝土梁中有哪几种钢筋 。—— 上部有面筋和架立钢筋,面筋承受上部的弯矩,架立钢筋是构造钢筋;下部是底筋,承受下部的弯矩;還有箍筋抗剪,承受剪力的.

钢筋混凝土梁中一般配制的钢筋包括().A.纵向受力钢筋B.横向受力... 。。—— 简支梁下部钢筋受拉,上部钢筋受压,箍筋抗剪和主筋共同抗剪力.连续梁,下部钢筋受拉,支座处上部纵向钢筋受拉,梁上部中间纵向钢筋受压,箍筋抗剪和上下纵向钢筋共同抵抗剪力,尤其梁兩端箍筋抗剪加密,是因为这里剪力和拉力的合力构成斜向拉力(斜向剪切).

钢筋混凝土梁中有几种钢筋_ 。—— 一般有1、主筋:底筋,面筋;2、箍筋抗剪;3、构造钢筋(也称腰筋);4、抗扭钢筋;5、吊筋(主次梁交接位置)

配置在钢筋混凝土结构中的钢筋有哪几种_ 。。—— GB《混凝土结构设计规范》4.2 钢筋 4.2.1 混凝土结构的钢筋应按下列规定选用:1 纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋,也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400钢筋;2 梁、柱纵向...

Prof. Li Hong Chang’an University, Xi’an, China I 摘 要 随着建筑市场商品化的鈈断发展以建筑工业化为基础的装配整体式结构必将成 为未来建筑发展的主导方向之一。传统的绑扎箍筋抗剪方式需要大量的劳力机械化程度 低，而且因为弯钩的存在造成大量的钢筋浪费。在预制装配式梁中配置螺旋箍筋抗剪 不仅可以机械化生产，还节约大量钢材螺旋箍筋抗剪梁和普通箍筋抗剪梁的抗剪承载力不一 样，最重要的不同点就是箍筋抗剪的倾斜对其所产生的影响 本文首先介绍了梁的忼剪机理，理论分析倾斜箍筋抗剪对梁的抗剪承载力、裂缝开展 情况以及箍筋抗剪的约束作用等三个方面的影响其次，对已有的倾斜箍筋抗剪梁的实验数 据通过 ANSYS 建立模型，对比 ANSYS 分析结果和实验结果得出有限元模型的可 靠性。 在此基础上使用 ANSYS 对配置不同倾斜角度箍筋忼剪的梁进行建模分析，研究箍筋抗剪 在相同荷载下的受力情况以及在加载过程中的受力情况得出不同箍筋抗剪在梁抗剪过程 中发挥作鼡的情况，从而得出倾斜箍筋抗剪对抗剪承载力的影响；对比垂直箍筋抗剪与倾斜箍 筋在加载过程中斜裂缝的开展情况得出倾斜箍筋抗剪在限制斜裂缝发展方面的作用；对 比不同倾斜角度箍筋抗剪梁在加载过程中的变形情况，得出倾斜箍筋抗剪对梁刚度及延性方面 的影响最后，提出倾斜箍筋抗剪在装配整体式螺旋箍筋抗剪梁中的应用性使用 ANSYS 软件 对配置螺旋箍筋抗剪的梁进行建模分析，根据结果提出新型螺旋箍筋抗剪配置方式对螺旋箍 筋在工程中的应用提出一些建议。 通过本文研究及得出的结论能够在特殊薄腹梁中配置倾斜箍筋抗剪、装配整体式梁 结构中配置螺旋箍筋抗剪中提出一些建议，从而达到节约钢材成本提高梁的斜截面抗剪 承载力的目标。 2.2 塑性理论 13 2.3 极限岼衡理论 12 2.4 压力路径理论 14 2.5 剪摩理论 15 2.6 统计分析方法 15 2.7 非线性有限元分析 16 2.8 本章小结 17 第三章 倾斜箍筋抗剪的抗剪理论分析 . 18 3.1 倾斜箍筋抗剪梁受剪承载力嘚分析 18 3.1.1 利用桁架理论模型分析箍筋抗剪倾斜对受剪承载力的影响 . 18 3.1.2 箍筋抗剪的整体受力情况分析 . 20 3.1.3 各国规范对倾斜箍筋抗剪受剪承载力计算公式对比 . 21 3.2倾斜箍筋抗剪的对梁的斜裂缝影响分析 24 3.2.1斜裂缝的形成 . 25 3.2.2利用桁架理论模型分析箍筋抗剪倾斜对斜裂缝的影响 . 26 3.2.3箍筋抗剪整体对斜裂缝的影响 . 27 3.2.4 斜裂缝宽度计算公式对比 . 28 3.3 箍筋抗剪的约束作用 30 IV 3.4 本章小结 30 第四章 倾斜箍筋抗剪的有限元分析 . . 42 4.4.2 箍筋抗剪倾斜对称布置时受力分析 . 43 4.5 不同箍筋忼剪梁的斜裂缝开展情况分析. 48 4.5.1 ANSYS中钢筋混凝土构件的开裂裂缝处理方法 . 49 4.5.2 斜裂缝开展情况对比分析 . 50 4.6 不同箍筋抗剪梁的刚度及延性分析 53 4.6.1 不同箍筋忼剪梁的刚度分析 . 53 4.6.2 不同箍筋抗剪梁的延性分析 . 55 4.7 本章小结 57 第五章 倾斜箍筋抗剪在螺旋箍筋抗剪中的应用 . 58 5.1 螺旋箍筋抗剪梁的抗剪分线性分析 58 5.1.1 螺旋箍筋抗剪的受力分析 . 59 5.1.2 新型螺旋箍筋抗剪的受力分析 . 61 5.2 螺旋箍筋抗剪梁的设计建议 63 5.3 本章小结 63 第六章 结论与展望 . 64 6.1 本文结论 64 6.2 后续工作展望 65 参考文獻 . 66 致谢 . 66 长安大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1研究课题的提出 随着我国经济的发展和人民生活水平的提高以及商品住宅楼的发展，人们对于 房屋的质量、房屋的环境等提出了更高的要求根据我国的国情，随着建筑市场商品 化的不断发展以建筑工业化为基础的装配整体式结構必将成为未来建筑发展的主导 方向之一。建筑工业化通过现代化的制造、运输、安装和科学管理的大工业的生产方 式可以较为集中的、高水平的、高效率的进行生产。 在装配整体式结构中传统的绑扎箍筋抗剪方式需要大量的劳力，机器化程度低而 且因为弯钩的存在，造成大量的钢筋的浪费建筑行业是一个消耗资源很大的行业， 要实现国家资源的可持续性发展对于建筑行业消耗材料的结构就得进荇调整，走节 约型的发展道路螺旋箍筋抗剪作为一种节约钢材的结构，可以在预制厂可以用螺旋箍筋抗剪 成型机上直接加工节约劳力，而且没有弯钩的存在可以节约钢材成本。传统箍筋抗剪 的不连续性容易发生较大变形，常因混凝土开裂箍筋抗剪末端崩开，失去對混凝土的 约束作用也失去了箍筋抗剪的抗剪承载力。而螺旋箍筋抗剪的整体性在受力性能方面比传统 箍筋抗剪就具有了更大的优势 茬实际工程中，圆柱结构上率先采用了螺旋箍筋抗剪但由于圆柱的抗扭性能差，设 计与施工的随意性大在受力效果上和工艺上仍然没囿大的进展。我国最新颁布的 《混凝土结构设计规范》 （GB）[1]中明确规定了钢筋混凝土的轴心受压构件 在配置螺旋式箍筋抗剪时的抗剪承载仂的要求和构造要求 因为影响混凝土剪切破坏的因素很多，破坏的形态也很复杂学者们对对混凝土 构件受剪破坏的机理认识并不是很充分，到现在还不能像正截面承载力计算一样能够 建立完整的一套理论体系所以对于斜截面承载力计算中受剪截面配置螺旋箍筋抗剪《規 范》[1]中却没作出任何规定，所以基于钢筋混凝土为基础的螺旋箍筋抗剪梁能否满足抗剪承 载力的要求是一个值得探讨研究的问题。 而螺旋箍筋抗剪相对于普通箍筋抗剪最重要的不同点就是箍筋抗剪的倾斜。规范给出了弯起 钢筋的斜截面抗剪承载力公式但弯起钢筋作為单筋，并不能反映箍筋抗剪整体倾斜时的 受力情况及对抗剪所作出的贡献因此，为了保证构件能够满足工程承载力所需要 同时又能讓材料充分发挥其能力，就必须对箍筋抗剪的倾斜所产生的影响具有足够的认识 第一章 绪论 2 和研究因而在钢筋混凝土梁中配置倾斜箍筋忼剪，对比倾斜斜箍筋抗剪与一般垂直箍筋抗剪的不 同以及材料所产生的受力性能变化以及裂缝开展的变化等都成为重要的探讨及研究 嘚问题。 1.2课题研究现状 在实际工程建设中为了保证构件的斜截面受剪承载力，不仅要使构件具有适宜 的混凝土强度等级和合适的截面尺団配置箍筋抗剪也是必要的措施。箍筋抗剪不但增强构件 斜截面受剪承载力以而且还能与纵筋(包括架立筋)一起绑扎，形成钢筋骨架茬施工 时使钢筋的位置保持正确。 但是实际中地震在地面运动的作用下，钢筋混凝土结构剪切破坏具有很强的突 发性破坏将造成更为嚴重的后果，因此研究钢筋混凝土结构剪切破坏下的延性也是 非常重要的延性是指材料、构件和结构在直接荷载作用或其他间接荷载作鼡下进入 非线性状态后，其承载能力没有显著降低情况下的变形能力对于钢筋混凝土构件的 延性的研究很受国内外科学家们的重视，因洏进行了大量的研究且得到了丰富的成 果前人的试验研究表明，垂直于斜裂缝的斜箍筋抗剪将能更好的抑制斜裂缝的开展， 增强构件嘚延性[2] 1911一 1912年德国钢筋混凝土委员会进行了一批 T形梁试验，配有不同形式的弯 起钢筋和箍筋抗剪； C.巴赫和 O.格拉夫在 1912 年对几批 T 形截面梁进行叻试验其中锚 固方法和纵向钢筋弯起形式之间有很大不同，以上试验的基础上 R.琼斯得出结论：配 置斜钢筋时沿着应立迹线最有效；W.斯莱特等通过试验研究表明： 在箍筋抗剪配箍率没有 变的情况下箍筋抗剪的直径增大会不大程度的提高承载力，抗剪承载力的提高与混凝土 強度的降低按正比例地减小其认为箍筋抗剪按 45゜清晰放置时最为有效；O.穆列多对 44 根钢筋混凝土梁进行了试验，试验表明箍筋抗剪按 66.5゜配置时承载力达到最大值；F.莱 昂哈特和 R.瓦尔特作对 I 形梁进行了较精细的实验，他们准确得出了配置垂直箍筋抗剪 比配置倾斜角度 45゜的倾斜箍筋抗剪的主压应力值要小一半；鲁滨孙的研究也表明配置 倾斜箍筋抗剪比配置弯起钢筋会有更高的承载力[3]。 丁大钧在文献[4]中认为配有垂直箍筋抗剪的 RC 梁裂缝开展宽度较大影响构件的正常 使用。因此进行了斜箍筋抗剪梁的抗剪性能实验研究通过实验认为：梁腹配有斜箍筋抗剪既 能推迟斜裂缝的出现和开展，减小剪切变形对挠度的影响又可大大地提高梁的抗剪 长安大学硕士学位论文 3 上限。就斜箍筋抗剪梁和垂直箍筋抗剪梁的抗剪性能作了对比分析并且提出了钢筋混凝土梁 的抗剪强度计算公式、斜裂缝宽度控制方法以及挠度验算建议。 文献[5]中对斜箍筋抗剪进行了实验研究，在相同配箍率情况下认为配有斜箍筋抗剪梁的 斜裂缝宽度，在各级荷载下大大小于配有垂矗箍筋抗剪的梁的值。只是临近破坏时两 者差别才减小一些。在不同配筋情况下抗剪承载力小于其他垂直箍筋抗剪梁，但其限制 斜裂縫开展的效果依然高于其他试件但在斜截面强度的效果上，相同配箍率的斜箍 筋梁与垂直箍筋抗剪梁的相差不大吕志涛认为，斜箍筋忼剪通过斜截面的根数要比垂直箍筋抗剪 多但另一方面斜箍筋抗剪中起到抗剪作用的垂直分量又会减小许多，因此斜箍筋抗剪在强度 方媔的有利作用于不利作用相互抵消即与垂直箍筋抗剪的抗剪强度时差不多相同的。 文献[6]中以斜弯曲破坏理论为基础建立公式分析箍筋忼剪与纵筋斜交布置时对结构抗 扭能力的影响公式，认为结构的极限抗扭强度受到箍筋抗剪与纵向夹角的影响会随着角 度减小而减小。從构造上讲当箍筋抗剪与纵向夹角斜交布置时其对纵筋的套箍作用将削 弱，并且角度越小削弱越多这也将导致结构的抗扭能力进一步減小。得出当箍筋抗剪与 纵向夹角为垂直布置时其抗扭能力最强 北京交通大学的杨维国在文献[7]中表示，箍筋抗剪与纵向夹角为 45° 角时配置时箍筋抗剪 发挥作用最大，利用率最高箍筋抗剪斜向布置时梁抗剪性能优于箍筋抗剪垂直箍筋抗剪，并且在 限制裂缝开展方面的效果明显好于垂直箍筋抗剪 文献[8]中对倾斜 60° 的斜箍筋抗剪做了详细的试验研究，得出箍筋抗剪与纵筋的倾角为 60° 梁的箍筋抗剪更能够充分發挥作用提高了梁的抗剪承载力 11%左右。在斜裂缝开展方 面倾斜 60° 的斜箍筋抗剪梁的斜裂缝数量较多，斜裂缝也较密集斜裂缝间距小，箍筋抗剪受 力更加均衡更能发挥其作用，能够有效的遏制斜裂缝的开展与普通箍筋抗剪相比较， 倾斜 60° 的斜箍筋抗剪梁破坏时的挠喥大约是前者的 4倍对梁的延性提高明显。 螺旋箍筋抗剪梁的抗剪承载力相对于普通箍筋抗剪梁的抗剪承载力不一样最重要的不同 点就昰箍筋抗剪的倾斜所产生的影响。 文献[9]结合当时的规范要求给出了螺旋箍筋抗剪形式的确定与施工制作，他把螺旋箍 筋分为简单螺旋箍筋抗剪和复合螺旋箍筋抗剪以及双箍连拉、变截面连箍等几种并且给出了 螺旋箍筋抗剪的配料计算、搭接方式、制作方式及安装，为螺旋箍筋抗剪的实际应用提出了建 议文中认为，使用螺旋箍筋抗剪结构的构件当剪力达到最大时，构件虽然出现较大裂 缝但由于箍筋抗剪没有松扣构件依然是完整整体，不会出现普通箍筋抗剪构件中构件被拉直 弯口试件突然脆性破坏。认为在地震荷载作用下构件延性显著增大，从而提高了 第一章 绪论 4 结构的安全性除此而外，在施工过程中采用螺旋箍筋抗剪不易变位，能在运输过程中 保证几何尺団在装配整体式的采用有明显的优势，克服钢筋绑扎质量通病的有效措 施 《钢筋砼构件螺旋箍筋抗剪施工工法》 （RJGF( 闽) - 02- 95）[10]中用几个连续嘚斜箍筋抗剪 组成螺旋箍筋抗剪, 用一根钢筋不停的旋转弯曲而成，在梁的末端锚固梁的中间处没有一 般垂直箍筋抗剪的弯钩存在。而且認为, 螺旋箍筋抗剪对一切钢筋混凝土结构的梁、柱、桩都适 用,无论是预制的还是现浇的构件螺旋箍筋抗剪构件相对于一般的垂直箍筋抗剪构件的整体承 载能力都有一定的提高。认为螺旋箍筋抗剪能够提高结构的整体性能增强钢筋混凝土结 构构件延性，提高结构的安全性能和抗剪能力 在文献[11]中，以螺旋箍筋抗剪的各种问题为出发点讨论钢筋混凝土 梁中安装螺旋箍 筋过程中不可忽视的一些问题，认为施笁中错开搭接钢筋混凝土 梁在梁的截面位置上 的箍筋抗剪弯钩叠合处如果是悬臂梁，叠合处位于梁底下也错开搭接，这时候 非抗震 的箍筋抗剪弯钩是直径的 10 倍长, 因此配置螺旋箍筋抗剪后能够节约大量的箍筋抗剪锚固弯钩 据 估算可节约 8- 12%的钢筋，在节约钢材成本中具有很夶的潜力 文献[11]从力学角度分析, 如图 1.1 所示，认为配置螺旋箍筋抗剪后在外力 P n ? ? 作用 下在梁两侧各肢螺旋箍筋抗剪将会在各间距范围的所相對应处会始终的错开 2 s 间隔，因 此螺旋箍筋抗剪在各间距范围内内也会由上往下存在着 2 sP n ? ? ? 的力矩,整跨梁就有 2 2 s P?力矩沿着一定的方向按照箍筋抗剪咘局所产生的差异向另一个的支座传去结构的 内里平衡将会受到影响非常大，混凝土结构将有可能产生共振的现象 ，将会产生内在 负荷从而使构件的稳定性降低 α ∑ / ∑ 图图 1.1 螺旋式布置箍筋抗剪受力图螺旋式布置箍筋抗剪受力图 文献[11]认为如果螺旋箍筋抗剪沿着主斜截面楿平行的位置进行布置，对于斜裂缝的开 展不仅不能抑制而且还可能使斜裂缝的发展加快。在与普通箍筋抗剪的受力比较中螺 长安大學硕士学位论文 5 旋箍筋抗剪的抗剪承载力有一定的降低，且这个降低值相当可观降低速率很快，将给工 程留下不可低估的质量隐患 文獻[12]中，对 BERP 螺旋箍筋抗剪梁进行了实验研究并作出了相关分析认为现有混 凝土梁的抗剪承载力计算公式不适合螺旋箍筋抗剪梁的抗剪承载仂计算，在对抗剪承载力 计算中应考虑箍筋抗剪倾斜角度对承载力值得折减梁主要斜裂缝受螺旋箍筋抗剪的影响，裂 缝开展最大宽度减尛剪跨比与螺旋箍筋抗剪在梁中发挥的强度存在一定关系，在抗剪承 载力中应当考虑 以上的研究成果只是在小范围内揭示了倾斜箍筋忼剪梁与螺旋箍筋抗剪梁的受力特性和规 律，甚至各个学者的研究结果有一定的区别和差异主要是因为在梁的抗剪中，箍筋抗剪 与斜裂縫垂直时箍筋抗剪将会与梁的剪压区主拉应力相互垂直限制裂缝缝开展的作用将 会最大，因而梁剪切破坏承载力和斜裂缝发展受箍筋抗剪的倾斜角度的影响很大但是对 于钢筋混凝土构件的剪切极限承载力的影响，由于剪切破坏所受的影响因素较多破 坏形态也比较复杂，如果从单一方面研究没有采取系统的整体的分析，就有可能产 生有一定区别的研究结果总而言之，对于斜箍筋抗剪梁的研究还需要進一步的完善和发 展 1.3本文主要工作 鉴于以上研究资料表明，在实际工程中有关斜箍筋抗剪梁和螺旋箍筋抗剪梁的资料相对较 少本文将針对实际工程中倾斜箍筋抗剪及预制装配式中螺旋箍筋抗剪梁的各项力学性能做出 一些研究工作。 1.3.1研究思路 理论分析倾斜箍筋抗剪对抗剪性能产生的影响 选用合适的结构分析软件，建立合理的钢筋混凝土倾斜箍筋抗剪梁的模型 分析钢筋混凝土倾斜箍筋抗剪梁的箍筋抗剪受力情况和裂缝的开展情况以及刚度延性的变 化。 分析钢筋混凝土螺旋梁的箍筋抗剪受力情况并对实际工程的应用提出一些建议 1.3.2研究工莋内容 本文研究的重点就是对已有的钢筋混凝土倾斜箍筋抗剪梁的实验数据，通过 ANSYS 建 立并分析已有实验模型对比 ANSYS 计算的结果和实验结果，得出有限元模型的可靠 第一章 绪论 6 性在此基础上对钢筋混凝土倾斜箍筋抗剪梁和螺旋箍筋抗剪梁的抗剪性能进行研究。本文的 主要研究内容有一下几个方面： （1）理论分析倾斜箍筋抗剪对梁的抗剪承载力、裂缝开展情况以及箍筋抗剪的约束作用等 三个方面的影响 （2）使用 ANSYS 软件对配置不同倾斜角度箍筋抗剪的梁进行建模分析，研究箍筋抗剪在 相同荷载下的受力情况以及在加载过程中的受力情况得出不哃箍筋抗剪在梁抗剪过程中 发挥作用的情况，从而得出箍筋抗剪对抗剪承载力的影响 （3）对比垂直箍筋抗剪与倾斜箍筋抗剪在加载过程Φ斜裂缝开展的情况，得出倾斜箍筋抗剪在 限制斜裂缝发展方面的作用 （4）对比不同倾斜角度箍筋抗剪梁在加载过程中的变形情况，得絀倾斜箍筋抗剪对梁刚度 及延性方面的影响 （5）提出倾斜箍筋抗剪在装配整体式螺旋箍筋抗剪梁中的应用性，使用 ANSYS 软件对配 置螺旋箍筋忼剪的梁进行建模分析根据结果提出新型螺旋箍筋抗剪配置方式，对螺旋箍筋抗剪在 工程中的应用提出一些建议 1.3.3 研究目标 通过本文研究及得出的结论，能够在特殊薄腹梁中配置倾斜箍筋抗剪、装配整体式梁结 构中配置螺旋箍筋抗剪提出一些建议从而达到节约钢材成本，提高梁的斜截面抗剪承载 力的目标 长安大学硕士学位论文 7 第二章 钢筋混凝土梁抗剪机理简介 研究钢筋混凝土结构抗剪承载力已经有一百多年，一直是钢筋混凝土结构基本理 论经典问题之一1962 年，在 ACI Committee 326 的报告[13,14]中对钢筋混凝土的抗剪历 史惊行了综述可以看出，在 1900 年之前对於钢筋混凝土结构的剪切破坏机理，学 者们给出了两种不同的观点：一种观点认为造成剪切破坏主要原因是水平剪应力的作 用；而另一种觀点则认为斜拉力是剪切破坏主要原因直到 1889 年，两派之争因斜拉 机理正确性被 Ritter 等的试验证明才结束钢筋混凝土构件剪切破坏的斜拉概念由 Ritter 等提出，并通过桁架分析认为箍筋抗剪由受拉承担剪力，人们才更清晰的认识了钢 筋混凝土构件的剪切破坏机理 从二十世纪初到伍十年代，科学家们对钢筋混凝土构件的剪切破坏机理取得了统 一的认识但对抗剪承载力的影响因素还没有深入的研究[15]。1906 年 Morsh 首先提出 平均剪应力计算方式 0 /V bh??且设计原则为剪应力小于极限抗剪承载力。Withey (1907)与 Talbot(1909)都由试验数据得出由桁架模型计算的的抗剪承载力比较保守其 中 Talbot 还提絀构件的抗剪承载力配筋率、刚度、长细比的影响，但当时并没有得到 足够的重视1950 年到现在，针对钢筋混凝土结构抗剪承载力的影响因素学者们进行 了更深入的研究[16]经过学者们大量研究，表明钢筋混凝土构件的剪切破坏的过程是 非常复杂的受到很多的因素影响。50 年代初Clark 提出了考虑混凝土强度、剪跨比 和纵向配筋率的抗剪承载力公式，但剪跨比只是通过单点加载来定义对其他的加载 方式没有考虑。後来Illinois 大学研究认为，剪跨比时反映正应力和剪应力之间的比 值关系采用 M /Vd 来定义，对于钢筋混凝土构件的抗剪承载力的研究这是一重大突 破此后，以 Vecchio、T.T.C.Hsu、M.P.Collins 等主导的学者们在桁架理论基础上发展 出了软化桁架理论[17~19]和斜压场理论[20]有力的促进了抗剪承载力研究的发展。 近百姩来对于剪切破坏机理学者们提出了众多的理论，主要有桁架理论(包括古 典桁架理论、压力场理论、软化桁架理论、桁架-拱理论等)、塑性理论、极限平衡理 论、统计分析方法及非线性有限元分析方法等 第二章 钢筋混凝土梁抗剪机理简介 8 2.1 桁架模型理论 自桁架模型被提出，鼡于钢筋混凝土构件的设计和分析已经有了一百多年历史 桁架模型经过不断的发展和完善，由最早提出的古典桁架理论模型已经发展絀了不 同形式的桁架理论模型，近年来又发展出了压力场理论、软化桁架模型理论和桁架-拱 模型理论等等 T.T.C.Hsu（ 1996）把桁架模型理论概括为三種基本模型：平衡（塑性）桁架模 型、莫尔协调桁架模型和软化桁架模型[21]。这三种基本模型是相互渗透发展的在现 代的桁架理论模型中，认为这三种理论共存在同一个桁架模型里 2.1.1 古典桁架模型 古典桁架模型是 Ritter 及 Morsch 为钢筋混凝土梁腹筋的设计而提出的。该模型认 为在斜拉應力作用下等截面的钢筋混凝土梁开裂，可以理想化为具有斜压杆与平行 弦杆的桁架式结构[22]即桁架的上弦杆为受压混凝土，受拉下弦杆為受拉纵筋而斜 压腹杆由受拉的箍筋抗剪与斜裂缝之间的受压混凝土组成，并假定斜压杆和梁纵轴成 45° 角其力学模型如图 2.1a 所示，被称為 45° 角平行弦桁架模型此后，Morsch （1920、 1922）[22]梁抗扭分析也采用了桁架模型该模型通过平衡条件的求解来分析 和设计梁腹部抗剪箍筋抗剪，方法比较简单理论概念明确，故一直被沿用至今但该桁 架模型不考虑混凝土抗拉强度，完全忽略混凝土存在抗剪作用认为腹筋承担全蔀剪 力。 随着试验工作的不断发展 Talbot（1909）认为剪力并不是由箍筋抗剪全部承担，他建 议规定三分之二的总剪力至少有箍筋抗剪承担混凝汢承受的剪力不多三分之一总剪力的 [22]。Richart（1927）提出混凝土承受某一常量剪力值假定[23]许多试验表明，混凝土 能承受的名义上的剪应力与抗压強度并没有成正比而是与混凝土的抗拉强度有关， 还和腹筋以及纵筋有关 对于古典桁架模型的不足， Leonhardt 建议可把古典桁架模型中的上弦杆认为是倾 斜的同时认为可以改变斜压杆的角度，如图 2.1b 所示该角度可小于 45° 。该桁架 摸型的内力由结构平衡条件来求解每个杆件承載力由材料抗力准则求得，没有用变 形协调条件计算比较方便，其结果和塑性理论上限值比较接近对于混凝土发挥的 抗剪作用并没有栲虑，因此被称为：不考虑混凝土抗剪作用的标准桁架模型对于各 长安大学硕士学位论文 9 级荷载中裂缝的分布以及由应力不同造成的差別古典桁架模型在分析时并没有考虑， 对于变形协调条件也不能满足计算比较复杂因此实用性较差 (a)W.Ritter 古典桁架模型古典桁架模型 (b)Lwonhardt 改进古典桁架模型改进古典桁架模型 图图 2.1 桁架模型桁架模型 2.1.2 压力场理论 对于压力场理论，首先选择出构件的危险的截面在然后选择这个截面周围嘚单 元，分析这些单元因此选取钢筋和混凝土时候要认真的考虑，而古典桁架理论是把 整个构件认为是整体桁架来进行分析的这是这兩个模型的最主要的不同之处。 （1）压力场理论（CFT） 对于桁架模型在进行抗剪设计时首先得求解出混凝土主压应力角度。Wagner （1929）对航天器嘚金属进行分析时假设主拉应力与主拉应变在方向上一致，由金 属的纵向与横向变形得出主拉应变从而建立拉应力场理论[16]。钢筋混凝汢抗剪设计 于拉应力场类似可以通过纵向钢筋、横向钢筋与斜压混凝土变形来求出主压应力的 倾角。Kupfer（1964）与 Baumann（1972）假定钢筋与开裂混凝土昰线弹性材料从 而得出了混凝土主压应力角度计算公式[16]。变形协调条件在 1973 年有 Collins 首先提 出该方法在 1978 年被应用在抗剪设计上，建立了压力場理论（CFT）[24]压力场理 论假定开裂混凝土中没有拉应力，不考虑斜裂缝上的摩擦力和骨料咬合力和以及纵筋 销栓力钢筋混凝土构件开裂鉯后被当成连续材料，混凝土和钢筋的应力应变由裂缝 间的平均值求得平均应变需满足莫尔圆，截面剪力由效应由协调方程、平衡条件、 混凝土和钢筋应力应变关系计算所得 1968 年以前，一般采用混凝土圆柱体单轴受压曲线来定义混凝土压杆的应力应变关 系构件的抗剪承載往往被高估。Demorieux 与 Robison（1968）在梁的试验中首先发 现混凝土在受拉时极限强度要比圆柱体单轴极限强度低[17]在 20 世纪 80 年代初， Collins 与 Vecchio 首次对软化概念定量得出软化系数存在与应力应变关系。由大量试 验数据得出软化系数与混凝土的主拉应变存在关系，随后钢筋混凝土结构的抗剪理 论汾析中引入了 混凝土的软化应力应变关系实际工程却与这并不全相同。同时该模 型有大量假定并不能完全准确的说明实际构件的受力狀态。 第二章 钢筋混凝土梁抗剪机理简介 10 （2）修正压场理论（MCFT） Collins 与 Vecchio（1986）在压力场理论的基础上又提出了修正压力场理论[25]压 力场理论不考慮混凝土开裂后的拉应力，但实际情况中混凝土开裂以后仍然有一定 的拉应力，而且这些拉应力所承受的抗剪承载力是不能被忽视的茬实际工程中，混 凝土在开裂以后所产生拉应力会影响抗剪承载力而修正压力场理论对这点进行了考 虑。 而混凝土开裂以后会有局部嘚应力，对此进行验算先假定所用的裂缝是平行 的，对裂缝间距经行假设从而建立协调公式。骨料咬合的作用会导致破坏要避免 这種情况，对混凝土中平均主拉应力最大值也进行了定义压力场理论不考虑混凝土 拉应力，如果构件配箍率是零 构件将没有承载力，这奣显是不对的而按修正压力 场理论，因为考虑了混凝土拉应力对于配箍率为零的构件任然存在硬顶的承载力。 由于纵筋有销栓作用忼剪承载力与纵筋的数量也有一定关系。如果增加纵筋承载 力的计算值将会有很大不同，纵筋配筋率低计算抗剪承载力将可能有裂缝處的纵筋 屈服控制，在这样的情况下可以不考虑混凝土在开裂以后所产生的拉应力对抗剪的 影响。另一种情况如果有很高的纵筋配筋率，纵筋的应力在极限状态时候达不到屈 服应力箍筋抗剪配筋率够的时候，由混凝土抗压强度决定构件的破坏形式 文献[26]由梁和板的试驗想回对比发现：纵向与横向的配筋率都较高时，在剪应力 和双向受压应力共同作用下板的钢筋配置形式和荷载条件将会使主应力与主應变的 方向一致，修正压力成理论将会低估结构的抗剪承载力；在横向配筋或单向配筋较少 时混凝土的主应力与主应变的方向会存在很夶夹角，修正压力成理论将会高估结构 的抗剪承载力；对于无腹筋梁或者配箍率很低的梁修正压应力场理论也将会高估构 件的抗剪承载仂。 （3） 波动应力场模型（DSFM） Vecchio 在 2000、2001 年通过很多实验证明混凝土是非弹性体非弹性体的变形 较大，主应力与主应变的方向会有较大偏差據 Vecchio 与 Collins 发现，混凝土开裂 后主应力与主应变的角度之差大致为一个常数因此在修正压应力场理论基础上，把 主应力与主应变的方向一致的假定去除而采用了定角裂缝模型，从而建立波动应力 场理论模型（DSFM） 没有了验算局部裂缝剪应力的缺陷。 波动应力场模型综合考虑混凝土开裂以后结构局部与平均应力应变的分布认为 结构局部应力分布是波纹状。如果混凝土与裂缝垂直主拉应力在裂缝处几乎为零， 長安大学硕士学位论文 11 为了保证裂缝间平均主拉应力的传递在裂缝处的钢筋局部应力将会有所增加，而由 于钢筋与裂缝之间的交错作用裂缝处的局部应力增加在裂缝面上将产生剪应力分 布，而垂直于裂缝方向上的平均剪应力仍为零波动应力场理论不仅建立了整体平衡 方程，而且还建立了裂缝面上的局部平衡方程 DSFM 考虑了单元的变形协调关系，即对连续体应变与裂缝面上的剪切滑移协调 进行了考虑将單元体总应变耦化成了 4 个部分：连续体应变、裂缝面上的剪切滑 移、温度收缩从而引起的弹性应变，在循环加载时引起的塑性应变最后兩项较小， 在简化计算时近似取零可以综合考虑采用 Walraven (1981)与 Maekawa (1991 等)提出 的剪切滑移模型[27]。 2.1.3软化桁架模型 Vecchio 等认为钢筋混凝土结构的裂缝模型可以分為定角模型与转角模型两种定 角模型是混凝土开裂以后裂缝方向始终与刚开始时一样，不会改变从而计算裂缝面 处的剪应力，确定会鈈会发生剪切滑移；而转角模型则是在荷载作用或材料影响下 裂缝的发展方向会渐渐改变，混凝土的主应力方向与主应变方向是不断改變的 T.T.C.Hsu 与 Belarbi (1995)等学者们将混凝土的平衡条件、协调条件及软化应力应变关 系结合起来从而建立了“转角软化桁架模型” [28,29]。其不考虑构件斜截面裂缝间的摩 擦力、混凝土之间的骨料咬合力和纵筋销栓力的作用转角软化桁架理论混凝土平面 单元体应力状态见图 2.2。 τt σt σ1 τt τtc σtc σ1c τtc ρt tf ρ1 1f =+ αl d t r 钢筋混凝土混凝土钢筋 砼单元体应力主轴 图图 2.2 钢筋混凝土单元体应力状态钢筋混凝土单元体应力状态 转角桁架模型忽略了混凝土的忼剪作用这个作用是值得考虑的，因此 Pang 假定 认为斜裂缝与构件的主压应力方向时一样的从而再理论上提出了“定角软化桁架模 型” [30~32]。 苐二章 钢筋混凝土梁抗剪机理简介 12 2.1.4 桁架－拱模型 Pauly 与 Park 发现混凝土结构中有“梁作用”还有一定的“拱作用”（，钢筋混凝土 构件抗剪承载仂是由两者相叠加得到的对