第四章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算课件.ppt
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- 第四 钢筋混凝土 构件 截面 承载力 计算 课件
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1、第四章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算优选第四章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算矩形截面T字形截面常见梁、板构件的截面形式工字形截面矩形截面板空心板中和轴受压区受拉筋受拉筋受压筋中和轴受压区受拉筋受拉筋受压筋受拉筋受压区受拉筋受压区受拉筋4.1 4.1 梁板构造梁板构造一、板的构造要求1.板的分类根据板的受力特点可以把板分成单向板和双向板。设板的短边尺寸l1,长边尺寸l2,(1)当长边与短边之比大于2,荷载主要沿短边方向传递,长边传递的荷载较小可以忽略不计,此类板称之单向板。(2)当长边与短边之比小于等于2,荷载主要沿两个方向传递,此类板称之双向板。2.板的厚度板的跨厚比:是指板的短边尺寸
2、与板厚的比值。混凝土规范规定板的跨厚比要求:单向板双向板有梁支撑、有柱帽无梁支撑、无柱帽30 40 35 303.板的受力钢筋分布钢筋mmd128hh0c15mm d70mmh150mm时,200mmh150mm时,250mm 1.5h4.板的分布钢筋分布钢筋的作用:(1)将荷载均匀地传递给受力钢筋;(2)承担因混凝土收缩及温度变化在板长边方向产生的拉应力;(3)在施工中起到固定钢筋位置的作用。常用钢筋级别:HPB300,直径:6mm,8mm选用原则:(1)单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%,且不宜小于该方向板截面面积的0.15%;(2)分布钢筋的间距不宜大
3、于250mm;当有集中荷载较大时,其间距不宜大于200mm5.板的混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度:指外层钢筋外边缘至板(梁、柱)边混凝土表面的距离,用c表示。二、梁的构造要求1.梁的构造要求(1)截面尺寸1)梁的截面尺寸主要与梁的跨度和荷载有关,从刚度角度出发,根据设计经验,梁的截面尺寸可以按下表来参考:梁的种类截面高度多跨连续主梁h=l/10l/14多跨连续次梁h=l/14l/18单跨简支梁h=l/10l/16悬臂梁h=l/5l/82)梁的截面宽度b与截面高度h的比值(b/h),对于矩形截面为1/21/2.5,对于T形截面梁一般取1/2.51/3。为了方便施工,应取统一规格按下列情况采用:
4、梁宽b=120、150、180、200、220、250,大于250mm以50mm为模数增加梁高h=250、300、350、750、800,大于800mm以100mm为模数增加2.梁内钢筋的布置和作用弯起钢筋纵向受力钢筋箍筋架立钢筋侧向构造钢筋3.梁的纵向受力钢筋(1)常用钢筋级别:纵向受力钢筋:HRB335,HRB400(2)钢筋直径梁高h300,直径不小于10mm梁高h300,直径不小于8mm常用钢筋直径为:1225mm净距25mm 钢筋直径dbhh0净距30mm 1.5钢筋直径d净距25mm 钢筋直径d纵向受力钢筋的净距要求4.构造钢筋(1)架立钢筋梁内架立钢筋直径的选用:1)当梁的跨度小
5、于4m,不宜小于8mm;2)当梁的跨度为46m时,不宜小于10mm;3)当梁的跨度大于6m时,不宜小于12mm。(2)侧向构造钢筋当梁的腹板高度hw450mm时,在梁的两个侧面应沿高度方向配置纵向构造钢筋,每侧纵向构造钢筋的截面面积不应小于腹板截面面积 bhw 的0.1%,且其间距不宜大于200mm。5.梁的混凝土保护层厚度要求:混凝土保护层厚度不应小于钢筋直径,且符合有关规范规定。6.截面有效高度梁的截面有效高度h0是指纵向受力钢筋合力重心到截面受压区外边缘的 距离。ashbAsh0sahh0当受拉钢筋为单排布置时:)2(0ddchahhvs当采用双排钢筋时:)2/,2/25max(0ddc
6、hh截面产生裂缝后,受拉区混凝土退出工作后,由于钢筋配置过少,钢筋很快达到屈服,甚至拉断,梁的变形和裂缝宽度急剧增大,属于脆性破坏,设计应避免按梁(肋)净距S0考虑=250mm500mm,T形截面开裂弯矩同截面为腹板的矩形截面的开裂弯矩几乎相同有时因为构造需要,受压钢筋为已知,仅需计算受拉钢筋。T形截面开裂弯矩同截面为腹板的矩形截面的开裂弯矩几乎相同3 受弯构件正截面承载力计算原则1)梁的截面尺寸主要与梁的跨度和荷载有关,从刚度角度出发,根据设计经验,梁的截面尺寸可以按下表来参考:情况一,已知:弯矩设计值,混凝土强度等级为C30,板的混凝土保护层厚度按bfh的矩形截面计算构件的承载力,混凝土的
7、强度等级,钢筋级别及钢筋截面面积T形截面开裂弯矩同截面为腹板的矩形截面的开裂弯矩几乎相同h=l/5l/8截面产生裂缝后,受拉区混凝土退出工作后,由于钢筋配置过少,钢筋很快达到屈服,甚至拉断,梁的变形和裂缝宽度急剧增大,属于脆性破坏,设计应避免4.2 4.2 受弯构件正截面受力性能分析受弯构件正截面受力性能分析P荷 载 分配梁L数 据 采 集系统外加荷载L/3L/3试 验梁位 移计应 变计hAsbh0一、当配筋适中时-适筋梁的破坏过程M图V图当配筋适中时-适筋梁的破坏过程应变图应力图MssA11cssA2Mcr2ctfMssA33cMysyAf4csyAfM5csyAfMucf1aaa1s1c2
8、ctu3c3s4cy5cyycu二、配筋率对正截面破坏形态的影响1.配筋率纵向受力钢筋的配筋率是指纵向受力钢筋总截面面积与截面有效面积的比值。%1000bhAs2.破坏形式及特点(1)适筋梁破坏破坏特点:纵向受拉钢筋首先达到屈服强度,然后是受压区的混凝土被压碎,破坏前有明显的预兆,属于塑形破坏;是设计的依据。(2)超筋梁破坏当截面纵向受拉钢筋的配筋率过大时发生超筋梁破坏。LPL/3L/3MIc1tsAstbftMcrc2tsAstb=ft(tb=tu)MIIc3tsAssys ysAsct(ct=cu)Mu当配筋过多时-超筋梁的破坏过程破坏特点:受压区混凝土首先被压碎,破坏时纵向受拉钢筋没有达
9、到屈服,属于脆性破坏;超筋梁正截面承载力取决于混凝土抗压强度,设计中应避免。(3)少筋梁破坏当配筋很少时-少筋梁的破坏过程LPL/3L/3MIcbsAstbftMcr=MycbsAstb=ft(t b=tu)破坏特点:截面产生裂缝后,受拉区混凝土退出工作后,由于钢筋配置过少,钢筋很快达到屈服,甚至拉断,梁的变形和裂缝宽度急剧增大,属于脆性破坏,设计应避免4.3 4.3 受弯构件正截面承载力计算原则受弯构件正截面承载力计算原则受弯构件在正截面承载力计算时,有以下四项基本假设:(1)平截面假设 受弯构件正截面在弯曲变形以后仍保持平面;(3)钢筋应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积,但不得大于其强度
10、设计值。(2)不考虑混凝土的抗拉强度,即认为拉力全部由纵向受拉钢筋来承担。sss=Essysufy一、基本假定截面产生裂缝后,受拉区混凝土退出工作后,由于钢筋配置过少,钢筋很快达到屈服,甚至拉断,梁的变形和裂缝宽度急剧增大,属于脆性破坏,设计应避免按bfh单筋矩形截面进行设计2)当梁的跨度为46m时,不宜小于10mm;当fcu50Mpa时,根据平截面假定有:T形截面开裂弯矩同截面为腹板的矩形截面的开裂弯矩几乎相同(2)当长边与短边之比小于等于2,荷载主要沿两个方向传递,此类板称之双向板。求受压钢筋和受拉钢筋截面面积h=l/10l/14(2)下限条件防止结构发生少筋破坏,应满足试求该梁所能承担的
11、最大弯矩设计值已知:弯矩设计值M,混凝土强度等级、钢筋级别及构件的截面尺寸受压区混凝土首先被压碎,破坏时纵向受拉钢筋没有达到屈服,属于脆性破坏;验算上限条件,计算承载力当fcu50Mpa时,根据平截面假定有:求:所需的受拉钢筋截面面积梁高h=250、300、350、750、800,大于800mm以100mm为模数增加当配筋适中时-适筋梁的破坏过程求:所需的受拉钢筋截面面积(2)承担因混凝土收缩及温度变化在板长边方向产生的拉应力;(4)混凝土受压时的应力-应变关系u0ocfccncccf011002.0002.010505.0002.00050时,取cuf0033.00033.010500033
12、.05uucuuf时,取22),50(6012nnfncu时,取当cccccEf时,可取当应力较小时,如3.0二、受压区混凝土等效矩形应力图形fsAsMu fcCycxc1 fcMuCycxcfsAsx=1xc(1)等效矩形应力图形的面积与理论图形的面积相等,即压应力的合力大小不变(2)等效矩形应力图形的形心位置与理论应力图形的总形心位置相同,即力的合力作用点不变。等效矩形应力图形代替压区混凝土应力图形的条件:三、适筋和超筋破坏的界限条件(1)相对受压区高度(2)界限破坏(3)相对界限受压区高度当构件达到极限承载力时,正截面内受拉钢筋达到屈服强度时的应变值 ,同时受压区边缘混凝土也达到极限压应
13、变 。scu是指截面换算后受压区高度 与截面有效高度 的比值,用 表示,即x0h0hx0hxbb是指截面发生界限破坏时的相对受压区高度,用 表示,b1.相对界限受压区高度ycucucbhx0cuyxcbh0平衡破坏适筋破坏超筋破坏(4)b的基本公式b适筋梁b平衡配筋梁b超筋梁cusycuybycucubEfhx1111012.最大配筋率最大配筋率是适筋梁的上限值,用 表示;maxmax0bhAsycsffbhA10当b时在承载力计算中,应满足:ycbff1max混凝土规范中规定按下式计算混凝土的最小配筋率minytff45.0%2.0maxmin对于矩形截面,截面所配纵向受力钢筋的截面积应满足
14、:bhAAsminmin四、适筋和少筋破坏的界限条件最小配筋率是适筋梁和少筋梁的界限。4.4 4.4 单筋矩形截面受弯构件承载力单筋矩形截面受弯构件承载力M1fcx/2CfsAsxh01.基本公式一、基本公式计算公式与适应条件)2()2(0011xhAfxhbxfMMAfbxfsycusyc2.适用条件(1)上限条件防止发生超筋破坏,应满足或0hxbbcyscsyffbhfAfhx1010(2)下限条件防止结构发生少筋破坏,应满足将0hxb代入公式,可得单筋矩形截面适筋梁的最大承载力max,uM)5.01(201max,bbcubhfMbhAAsminmin、混凝土强度等级、钢筋级别、受压钢筋
15、求:所需的受拉钢筋截面面积h=l/10l/14求:所需的受拉钢筋截面面积2 受弯构件正截面受力性能分析二、T形截面的分类及判别条件求:所需的受拉钢筋截面面积二、配筋率对正截面破坏形态的影响,混凝土强度等级选用C25,梁高h300,直径不小于10mm受压区混凝土首先被压碎,破坏时纵向受拉钢筋没有达到屈服,属于脆性破坏;试求该梁所能承担的最大弯矩设计值T形截面开裂弯矩同截面为腹板的矩形截面的开裂弯矩几乎相同求:所需的受拉钢筋截面面积求:截面所能承受的最大弯矩设计值当受拉钢筋为单排布置时:T形截面开裂弯矩同截面为腹板的矩形截面的开裂弯矩几乎相同当构件达到极限承载力时,正截面内受拉钢筋达到屈服强度时的
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