结构设计之剪跨比概念.pdf

结构设计之剪跨比概念 1 规范的规定 《混规》术语部分的定义： 《混规》6.3.4 计算梁受剪承载力时提到： 6.3.12 计算偏压构件受剪承载力时提到： 《抗规》6.2.9 对剪力设计值的规定： 条文说明： 2 剪跨比的含义 剪跨a 就是最大剪力作用点距离较近支座的距离，比就是除以截面有效高度h0。 狭义定义：a/h0 广义定义：M/Vh0 更深一层：主应力与切应力之比，延伸至延性与脆性，延性破坏和脆性破坏的博 弈。 广义剪跨比是指剪压区段平均压应力和剪应力的比值，λ= σ/ τ，而σ =M/(as*bh^2)，as*bh^2 为抗弯截面模量，τ=V/bh0,因此，λ=M/Vh0。 剪跨比实质上是截面上正应力 σ与剪应力 τ的比值关系，正应力 σ与剪应力 τ决定了主应力的大小和方向，所以必然对斜截面的抗剪性能和破坏形态起着 重要影响。 受剪承载力影响最大的就是剪跨比。所以：剪跨比包含在求解受剪 承载力的公式中。 概念理解： 剪跨比实际上反映的是发生剪切破坏的难易程度，剪跨比大弯曲易；剪跨比小剪 断易。 通俗来讲，地上竖根木桩，你要把它弄断有2 种断法，一种是踢（或蹬）木桩的 顶部，使它根部产生较大弯矩，属弯拉破坏；一种是蹬木桩根部，直接使它平移 断裂。对刚度大的木桩后者更为容易一些，对刚度小，较柔的木桩，使它弯折更 容易一些 。 3 对于梁的剪跨比 简支梁上集中荷载作用点到支座边缘的最小距离a （a 称剪跨）与截面有效高度 h0 之比，以 λ=a/h0 表示。 在其它因素相同时，剪跨比越大，抗剪能力越小。当剪跨比大于3 时，抗剪能力 基本不再变化。 剪跨比影响梁剪力的传力机制：  剪跨比较小时（小于1.5），开裂后剪压区是拱式传力机制，破坏形态是斜压 破坏，受剪承载力由混凝土抗压强度确定；  剪跨比增大（大于 1.5）大时，梁的传力机制由拱传力机制过渡到梁拱传力 机制过渡，最终破是剪压破坏，极限承载力由混凝土抗拉强度决定的；  剪跨比过大（大于 3）时是斜拉破坏，传力机制为梁式传力机制，极限承载 力由混凝土的抗拉强度决定，所以规范中Vc=1.75/(1+ λ)*Ft*b*h0 中用Ft 二不是Fc。 斜压破坏和斜拉破坏都属于突然的脆性破坏，结构设计时要尽量避免。 4 对于柱的剪跨比 当框架结构中的框架柱的反弯点在柱层高范围内时，可取λ=Hn/(2h0)，Hn 为柱 净高；当λ1.0 时，取λ=1.0；当λ3.0 时，取λ=3.0；  剪跨比λ2 时 （当柱反弯点在柱高度H0 中部时即H0/h04），称为长柱， 只要按照构造配置横向钢筋，一般都发生弯曲破坏。  剪跨比λ≤2 时，称为短柱，多数会出现剪切破坏。但当提高混凝土强度或 配有足够的横向钢筋，也可能出现延性较好的剪切受压破坏。当受拉钢筋配 筋率过大时，则可能出现粘结型破坏。一般在短柱中应当计算斜截面抗剪强 度，并限制纵筋含钢率。  剪跨比λ≤1.5 时，称为极短柱，一般都会发生剪切斜拉破坏，这种破坏属 于脆性破坏，抗震性能不好。设计时应发尽量避免这种极短柱，否则需要采 取特殊措施。 抗震设计的框架结构柱，柱端剪力一般较大，从而剪跨比 λ较小，易形成短柱 或极短柱，产生斜裂缝导致剪切破坏。柱的剪切受拉和剪切斜拉破坏属于脆性破 坏，在设计中应特别注意避免发生这类破坏。 从柱反弯点位置分析，短柱反弯点靠近柱端或无反弯点，长柱反弯点靠近柱中。 现实中，短柱不可避免，关键是控制剪跨比，加强构造措施比计算更重要。 由于框架柱中反弯点大都接近中点，为设计方便，常常用柱长细比近似表示剪跨 比的影响。 因为 λ=M/(Vh0)≈Hn/(2h0) 所以 当L/H≥4 时为长柱， 3L/H≤4 时为短柱，L/H≤3 时为极短柱 但是，对于高层建筑，梁、柱线刚度比较小，特别是底部几层，由于受柱底嵌固 的影响且梁对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的一半高得多，为2/3 净高的位置，甚至不出现反弯点，此时不宜按Ｈ／ｈ≤４来判定短柱，而应按短 柱的力学定义--剪跨比λ＝Ｍ／Ｖｈ≤２来判定才是正确的。 5 短梁、短柱的特殊要求 短梁： 《混规》附录G 条文中指出： 短柱： 剪跨比小于2 的柱为短柱，即：柱净高与柱截面高度之比Hn/h04 或者M/Vh02 的柱为短柱。 具体要求，待续。