第三章-受弯构件正截面.课件.ppt
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1、1水工钢筋混凝土结构第三章 受弯构件正截面承载力计算2主要内容主要内容: 1 1 受弯构件的一般构造受弯构件的一般构造 2 2 受弯构件正截面的试验研究受弯构件正截面的试验研究 3 3 正截面受弯承载力的计算原则正截面受弯承载力的计算原则 4 4 单筋矩形截面承载力计算单筋矩形截面承载力计算 5 5 双筋矩形截面承载力计算双筋矩形截面承载力计算 6 T6 T形截面承载力计算形截面承载力计算 学习指导3学习重点学习重点:正截面受弯承载力计算原则,单筋、:正截面受弯承载力计算原则,单筋、 双筋矩形截面和双筋矩形截面和T T形截面梁受弯承载力形截面梁受弯承载力的计算简图、计算公式和适用条件的计算简图
2、、计算公式和适用条件及设计步骤及设计步骤 学习难点学习难点:相对受压区高度;公式的适用条件。:相对受压区高度;公式的适用条件。 正截面承载力计算正截面承载力计算. . 学习指导43-1 3-1 受弯构件的一般构造受弯构件的一般构造图31 梁、板常见截面形式5一、截面形状及尺寸一、截面形状及尺寸 (一)梁的截面形状及尺寸(一)梁的截面形状及尺寸常见梁的截面形式有矩形和T形截面,如图31。在装配式构件中,为了减轻自重及增大截面惯性矩,也采用工字形、箱形和槽形等截面。截面尺寸时,通常应考虑以下规定:(1)梁的高度h通常取梁的跨度l0的18112,矩形截面粱的宽度b按高宽比hb23, T形截面粱的肋宽
3、b按高宽比hb2.54选择。(2)截面尺寸还应满足模数要求:梁高h常取为300、350、400、800,以50为模数递增;800mm以上取lOOmm为模数递增。矩形梁粱宽及T形粱梁肋宽常取为120、150、180、200、220、250,250mm以上以50mm为模数递增。 6一、截面形状及尺寸一、截面形状及尺寸 (二)板的截面形状及尺寸(二)板的截面形状及尺寸 常见板的截面有矩形实心板、空心板、槽形板等,如图31。 在水工建筑中,板的厚度变化范围很大,薄的可为1O0mm左右,厚的则可达几米。对于实心板的厚度一般不宜小于lOOmm,但有些屋面板厚度也可为60mm。板的厚度在250mm以下,以1
4、0mm为模数递增;板厚在250mm以上者以50mm为模数递增。 一般厚度的板,板厚约为板跨的112120。7二、混凝土保护层 (a)单排 (b)双排 图32 梁内保护层及钢筋净距 注意:注意:保护层厚度见保护层厚度见附录四附录四。选择钢筋直径、根数时要计算保护层和净距是否。选择钢筋直径、根数时要计算保护层和净距是否足够。足够。 8三、梁内钢筋图33粱的配筋 1梁中一般配置下列几种钢筋,如图33所示。 (1) 纵向受力钢筋。承受由M在梁内引起的拉力,配置在梁的受拉一侧。 (2) 箍筋。承受粱的剪力,改善梁的受剪性能,抑制斜裂缝开展,与纵筋形成骨架。 (3) 弯起钢筋。一般由纵筋弯起而成。其作用,
5、水平段承受弯矩M引起的拉力,弯起段承受由弯矩M和剪力V共同产生的主拉应力。 (4)架立筋。用来固定箍筋位置和形成钢筋骨架,还可承受因温度变化和混凝土收缩而产生的应力。 9四、板内钢筋板中配筋有纵向受力钢筋和分布钢筋,如图3-4。受力钢筋直径常用6、8、10、12。 板中受力筋的最大间距可取为:板厚 h200mm时:250mm 200mmh1500mm时:300 h1500时:0.2h及400mm钢筋的标注方式:直径+间距,如6250。分布钢筋的直径多用68mm,每米板宽内不少于3根。 图3-4 板的配筋 103-2 3-2 受弯构件正截面的试验研究受弯构件正截面的试验研究一、正截面工作的三个阶
6、段一、正截面工作的三个阶段图35 梁正截面工作的三个阶段正常配筋的梁(钢筋不过多也不过少,称适筋梁)中,截面的受力工作状态可以划分为三个阶段: 11 这个阶段是荷载施加的初期,由于荷载不大,这个阶段是荷载施加的初期,由于荷载不大,混凝土处于弹性工作阶段,应力混凝土处于弹性工作阶段,应力应变成正比。应变成正比。截面应力分布图形为三角形,符合平截面假定。截面应力分布图形为三角形,符合平截面假定。第第阶段:弹性阶段阶段:弹性阶段 第第阶段末期,受拉区的应阶段末期,受拉区的应力图形由于塑性的发展,转变为力图形由于塑性的发展,转变为曲线形式。而压区的砼仍然处于曲线形式。而压区的砼仍然处于弹性阶段,应力图
7、形为矩形。截弹性阶段,应力图形为矩形。截面弯矩达到面弯矩达到开裂弯矩开裂弯矩McrMcr,进入开,进入开裂临界状态。裂临界状态。 第第阶段末期阶段末期aa状态是计算状态是计算构件抗裂弯矩的依据。构件抗裂弯矩的依据。12该阶段为构件的正常工作阶段,进入带缝工作阶段。裂缝该阶段为构件的正常工作阶段,进入带缝工作阶段。裂缝首先从试件纯弯段内某一个最为薄弱的截面受拉边缘产生,而首先从试件纯弯段内某一个最为薄弱的截面受拉边缘产生,而后向中和轴延伸。同时受拉区的其它部位也会产生裂缝并向中后向中和轴延伸。同时受拉区的其它部位也会产生裂缝并向中和轴延伸。和轴延伸。第第阶段:裂缝开展阶阶段:裂缝开展阶段段 本阶
8、段应变(平均应变)分本阶段应变(平均应变)分布基本符合平截面假定。当钢筋布基本符合平截面假定。当钢筋应力达到屈服强度应力达到屈服强度f fy y的瞬间,我的瞬间,我们称为们称为aa阶段,此时截面弯矩称阶段,此时截面弯矩称为为屈服弯矩屈服弯矩M My y。 第第阶段是计算构件正常使用阶段是计算构件正常使用阶段变形和裂缝宽度的依据。阶段变形和裂缝宽度的依据。13钢筋由于达到了屈服,不能继续承受拉应力,变形急剧钢筋由于达到了屈服,不能继续承受拉应力,变形急剧增加,导致钢筋和砼之间的粘结力破坏,裂缝宽度不断增大增加,导致钢筋和砼之间的粘结力破坏,裂缝宽度不断增大的同时继续向梁顶面延伸,造成中和轴不断上
9、抬,受压区高的同时继续向梁顶面延伸,造成中和轴不断上抬,受压区高度减小,受压区边缘的砼压应变增大很多,应力图形出现下度减小,受压区边缘的砼压应变增大很多,应力图形出现下降趋势。降趋势。第第阶段:破坏阶段阶段:破坏阶段 当砼达到极限抗压强度的时候,当砼达到极限抗压强度的时候,受压区内砼由于受到挤压出现水平受压区内砼由于受到挤压出现水平的裂缝,构件宣告破坏,此时称为的裂缝,构件宣告破坏,此时称为aa阶段,对应的截面弯矩称为阶段,对应的截面弯矩称为极限极限弯矩弯矩MuMu。第第阶段末期阶段末期aa状态是承载力状态是承载力极限状态计算正截面受弯承载极限状态计算正截面受弯承载力的依据。力的依据。14图3
10、6 梁正截面破坏情况二、正截面破坏特征二、正截面破坏特征15 当梁所配的纵向受力钢筋比较合理,我们称之为当梁所配的纵向受力钢筋比较合理,我们称之为适筋梁。适筋梁。 minminmaxmax 其破坏特征可以归纳为其破坏特征可以归纳为“受拉区钢筋首先屈服,受拉区钢筋首先屈服,而后压区混凝土受压破坏而后压区混凝土受压破坏” 破坏特征:破坏始自受拉钢筋的屈服,而后压区破坏特征:破坏始自受拉钢筋的屈服,而后压区混凝土破坏。整个过程中裂缝开展较为平缓,构件混凝土破坏。整个过程中裂缝开展较为平缓,构件变形较大,破坏前具有明显的延性性质,属于变形较大,破坏前具有明显的延性性质,属于“延延性破坏性破坏”。设计计
11、算公式即依此破坏形式为模型。设计计算公式即依此破坏形式为模型。1、适筋梁、适筋梁16破坏特征:破坏始自受拉区混凝土的开裂。构件一旦开裂,拉区钢筋由于面积不足而迅速达到屈服强度,严重者被拉断。截面裂缝迅速开展到梁顶端,构建一断为二。构件破坏前没有明显的预兆,“一裂即坏”,属于典型的“脆性破坏”。设计和实际工程中严禁出现此破坏形式。少筋梁:梁内钢筋数量过少。min2 2、少筋梁、少筋梁17破坏特征:破坏始自受压区混凝土的破坏,此时拉区的钢筋并未达到屈服强度。构件破坏前由于拉区钢筋仍处于弹性阶段,裂缝和挠曲变形发展很不明显,破坏时无明显预兆,表现出“脆性破坏”的特征。由于超筋梁的破坏具有脆性特征,同
12、时对钢材也是一种浪费,因而设计和实际工程中不允许采用。超筋梁:梁内钢筋数量过多。max3 3、超筋梁、超筋梁180bhAs通过试验,我们知道受弯构件的破坏特征和截面内的钢筋数量有关,我们称之为配筋率,用希腊字母表示。计算公式:公式中As钢筋面积b截面宽度h截面高度h0h-as图37 梁的弯矩挠度关系曲线三、配筋率三、配筋率19对构件进行正截面承载力计算的时候,为了简化计算过程,同时符合国际惯例,引入四个基本假定:3-3 3-3 受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算一、四个基本假定一、四个基本假定20、截面应保持平面(平截面假定)内容:构件正截面弯曲变形后,其截面依然保持平面;截面内
13、任一点的应变与该点到中和轴的距离成正比,钢筋与外围混凝土的应变相同。21、不考虑混凝土的抗拉强度、不考虑混凝土的抗拉强度内容:内容:受弯构件中和轴以下的尚未开列的砼受弯构件中和轴以下的尚未开列的砼所能承担的一小部分拉力由于数值较小,且内力所能承担的一小部分拉力由于数值较小,且内力臂很短,承担的弯矩可以忽略,因此在计算过程臂很短,承担的弯矩可以忽略,因此在计算过程中不予考虑,作为构件的强度储备予以保留;中不予考虑,作为构件的强度储备予以保留;说明:说明:如果考虑受拉趋砼的抗拉作用,公式如果考虑受拉趋砼的抗拉作用,公式的建立将非常复杂,会出现只有两个方程的三元的建立将非常复杂,会出现只有两个方程的
14、三元方程组,而且受拉砼所承担的拉应力方程组,而且受拉砼所承担的拉应力c c很难确定很难确定22内容:内容:在确定混凝土的应力应变关系时,没有考在确定混凝土的应力应变关系时,没有考虑曲线的下降段,采用近似的计算公式。虑曲线的下降段,采用近似的计算公式。说明:说明:砼的应力应变曲线随砼的强度、级配等材砼的应力应变曲线随砼的强度、级配等材性而变化,并与轴向力的偏心程度有关,要想较为准确性而变化,并与轴向力的偏心程度有关,要想较为准确地描述是非常困难的。因此对砼的应力应变曲线采用地描述是非常困难的。因此对砼的应力应变曲线采用近似关系图形,即分为上升段和水平段。近似关系图形,即分为上升段和水平段。、砼受
15、压时应力应变关系、砼受压时应力应变关系图38 混凝土应力应变设计曲线23内容:内容:钢筋应力等于钢筋的应变钢筋应力等于钢筋的应变s s与其弹性模量与其弹性模量E Es s的乘积,但其绝对值不大于其相对的强度设计值。的乘积,但其绝对值不大于其相对的强度设计值。即:屈服前即:屈服前0 0s sy y,s s=s sE Es s 屈服后屈服后y ys s0.010.01,s s= =f fy y、钢筋的极限拉应变取为、钢筋的极限拉应变取为0.010.01图39 钢筋应力应变设计曲线24二、二、基本公式基本公式 图310 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算简图 (一)、计算简图(一)、计算简图 单筋
16、矩形截面受弯构件正截面承载力的计算时,采用的是适筋梁第三阶段末的应力图形。经基本假定和等效矩形应力图形的简化,其承载力计算简图如图310所示。 25(二)、基本公式(二)、基本公式根据计算简图,由平衡条件可得: (31) (32)u0ddMM()/2cxf bx hsycAfbxf其中 M弯矩设计值; Mu截面能承担的极限弯矩值; d结构系数; fc 混凝土轴心抗压强度设计值; fy钢筋抗拉强度设计值; As受拉区纵向钢筋截面面积。 26其中:其中: b矩形截面宽度; x混凝土受压区计算高度; h0截面有效高度,h0=has,as是受拉钢筋合理点到受拉区边缘的距离;单排布筋,as35mm;双排
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