混凝土结构基本原理第五章受弯构件正截面受力性能课件.ppt
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- 混凝土结构 基本原理 第五 章受弯 构件 截面 性能 课件
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1、一、工程实例梁板结构挡土墙板梁式桥柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地 下 室底板一、工程实例主要截面形式归纳为箱形截面 T形截面 倒L形截面 I形截面多 孔 板截面槽 形 板截面T形截面二、受弯构件的配筋形式弯筋箍筋PP剪力引起的斜裂缝弯矩引起的垂直裂缝架立纵筋三、截面尺寸和配筋构造 1.梁净距25mm 钢筋直径dcccbhc25mm dh0bhh0净距30mm 1.5钢筋直径d净距25mm 钢筋直径d2 3.5()2.5 4.0(T)hb矩形截面形截面)mm4014(mm2810桥梁中d三、截面尺寸和配筋构造 1.板分布钢筋mm128d板厚的模数为10mmhh0c15mm d70mmh150
2、mm时,200mmh150mm时,250mm 1.5h四、受弯构件的试验研究 1.试验装置0bhAsP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hAsbh0四、受弯构件的试验研究 2.试验结果LPL/3L/3MIctsAstbftMcrctsAstb=ft(tb=tu)当配筋适中时适筋梁的破坏过程syfyAsMIIIct(ct=cu)(Mu)四、受弯构件的试验研究 2.试验结果适筋破坏四、受弯构件的试验研究 2.试验结果LPL/3L/3MIctsAstbftMcrctsAstb=ft(tb=tu)s ysAsct(ct=cu)Mu当配筋很多时超筋梁的破坏过程MIIct
3、sAssy四、受弯构件的试验研究 2.试验结果超筋破坏四、受弯构件的试验研究 2.试验结果LPL/3L/3MIcbsAstbftMcr=MycbsAstb=ft(t b=tu)当配筋很少时少筋梁的破坏过程四、受弯构件的试验研究 2.试验结果少筋破坏四、受弯构件的试验研究 2.试验结果LPL/3L/3IIIIIIOM适筋超筋少筋结论一IIIIIIOP适筋超筋少筋适筋梁具有较好的变形能力,超筋梁适筋梁具有较好的变形能力,超筋梁和少筋梁的破坏具有突然性,设计时应和少筋梁的破坏具有突然性,设计时应予避免。予避免。四、受弯构件的试验研究 2.试验结果平衡破坏(界限破坏,界限配筋率)结论二在适筋和超筋破坏
4、之间存在一种平衡破坏。其破坏特征是钢筋屈服的同在适筋和超筋破坏之间存在一种平衡破坏。其破坏特征是钢筋屈服的同时,混凝土压碎,是时,混凝土压碎,是区分适筋破坏和超筋破坏的定量指标区分适筋破坏和超筋破坏的定量指标四、受弯构件的试验研究 2.试验结果最小配筋率结论三在适筋和少筋破坏之间也存在一种在适筋和少筋破坏之间也存在一种“界限界限”破坏。其破坏特征是屈服弯破坏。其破坏特征是屈服弯矩和开裂弯矩相等,是矩和开裂弯矩相等,是区分适筋破坏和少筋破坏的定量指标。区分适筋破坏和少筋破坏的定量指标。四、受弯构件的试验研究 2.试验结果LPL/3L/3IIIIIIOM适筋超筋少筋平衡最小配筋率荷载-位移关系II
5、IIIIOP适筋超筋少筋平衡最小配筋率配置最小配筋率的梁的变形能力最好!配置最小配筋率的梁的变形能力最好!五、受弯构件正截面受力分析 1.基本假定平截面假定平均应变意义上LPL/3L/3tccssn0n0sn0(1)hyhahasAsctbhAsasydytbsscnh0(1-n)h0h0五、受弯构件正截面受力分析 1.基本假定钢筋的应变和相同位置处混凝土的应变相同假定混凝土与钢筋之间粘结可靠LPL/3L/3五、受弯构件正截面受力分析 1.基本假定混凝土受压时的应力-应变关系cu0ocfccccc011nf002.0002.010505.0002.0005cu0时,取f0033.00033.0
6、10500033.0cucu5cucu时,取fccccc0.3fE当应力较小时,如时,可取22),50(6012cu nnfn时,取当五、受弯构件正截面受力分析 1.基本假定混凝土受拉时的应力-应变关系tto t0ftt=Ecttu五、受弯构件正截面受力分析 1.基本假定钢筋的应力-应变关系sss=Esssufyy五、受弯构件正截面受力分析 2.弹性阶段的受力分析tbctsAsbhh0McsAsxn采用线形的物理关系cccEsssEttcE五、受弯构件正截面受力分析 2.弹性阶段的受力分析(E-1)AsstsssstEtcEEE ssEstTAA将钢筋等效成混凝土用材料力学的方法求解tbcts
7、bhh0McsAsxnAs五、受弯构件正截面受力分析 2.弹性阶段的受力分析当tb=tu时,认为拉区混凝土开裂并退出工作(约束受拉)bhh0Asxn=nh0cttb=tusct0为了计算方便用矩形应力分布代替原来的应力分布ttucscrcr0crhxxhxxn=xcrMctsAsCTcfttcccsssEEtto t0ft2t0tctu0.5fE五、受弯构件正截面受力分析 2.弹性阶段的受力分析 0Xtccrctucrss0.50.5()bxEb hxAtuscsEEE近似认为设,EscrEs2121AhbhxAbhE/0.5 2%,6 7sAbh对一般钢筋混凝土梁cr0.5xhbhh0Asx
8、n=nh0cttb=tusct0 xn=xcrMctsAsCTc五、受弯构件正截面受力分析 2.弹性阶段的受力分析 0McrcrcrtcrcrEts02()()232()3hxxMf b hxxf A hbhAhhsAE02,92.0 令设2crt0.292(12.5)AMf bhbhh0Asxn=nh0cttb=tusct0 xn=xcrMctsAsCTc五、受弯构件正截面受力分析 3.开裂阶段的受力分析ctcbscyxnMctsAsCycM较小时,c可以认为是按线性分布,忽略拉区混凝土的作用tcccccn0tcn0yEEhyh 0Xttn0cn0sssssscsn0tnEcsn(1)0.5
9、1hbhAEAEAhA2nEnE220 bhh0Asxn=nh0压区混凝土处于弹性阶段五、受弯构件正截面受力分析 3.开裂阶段的受力分析 0Mt2cn0nss0n110.5(1)(1)33MbhAhbhh0Asxn=nh0cttbscyxnMctsAsCyc压区混凝土处于弹性阶段五、受弯构件正截面受力分析 3.开裂阶段的受力分析压区混凝土处于弹塑性阶段,但ct0(以混凝土强度等级不大于C50的钢筋混凝土受弯构件为例)xn=nh0bhh0AsTs=sAsctxnCMycctcbscyn 0n 02t 22ccccc220000n00n00tt 2cccn02002d2d3thhcCf byf b
10、yyyhhf bhn 0n 02tcccc20000cn0n0t2cccc2000012d31212d3hhf by yyhhf bytt 2tccncn0scs200n13f bhEAt2ccnsn200112fE五、受弯构件正截面受力分析 3.开裂阶段的受力分析压区混凝土处于弹塑性阶段,但ct0(以混凝土强度等级不大于C50的钢筋混凝土受弯构件为例)xn=nh0bhh0AsTs=sAsctxnCMycctcbscytctt 22cc0cn0nt2c000tc20ss0nsytc01312131313121()13Mf bhAhf五、受弯构件正截面受力分析 3.开裂阶段的受力分析压区混凝土处
11、于弹塑性阶段,但0 ct cu(以混凝土强度等级不大于C50的钢筋混凝土受弯构件为例)xn=nh0bhh0AsTs=sAsxnfcCMycc0yctcbsy00cn0tc1(1)3Cf bh20tccn00tc112121113yht0ncn0scstcn113f bhEA2t0cnsnctc113fE 五、受弯构件正截面受力分析 3.开裂阶段的受力分析压区混凝土处于弹塑性阶段,但0 ct cu(以混凝土强度等级不大于C50的钢筋混凝土受弯构件为例)xn=nh0bhh0AsTs=sAsxnfcCMycc0yctcbsy020tc0cn0nt0ctc20tcss0nsy0tc112121(1)1
12、113131121211()113Mf bhAhf五、受弯构件正截面受力分析 4.破坏阶段的受力分析应用前面公式xn=nh0bhh0AsTs=sAsxnfcCMycc0yctcbsy02cnsn0.000055(1)0fE2ucn0nss0nsy0.798(1 0.412)(1 0.412)()MfbhAhf0033.0,002.0,2Mpa50cu0cucutc nf时,。当五、受弯构件正截面受力分析 4.破坏阶段的受力分析tccusy0.0033,f对适筋梁,达极限状态时,0Muys0n2c0nn(1 0.412)(0.7980.329)Mf Ahf bh 0Xynsc1.253ffxn=
13、nh0bhh0AsTs=sAsxnfcCMuycc0yctcbsy0六、受弯构件正截面简化分析 1.压区混凝土等效矩形应力图形(极限状态下)sAsMu fcCycxn=nh0Muxn=nh0bhh0AscussAsCxn=nh01 fcMuCycxn=nh0sAsx=1xn引入参数1、1进行简化原则:C的大小和作用点位置不变六、受弯构件正截面简化分析 1.压区混凝土等效矩形应力图形(极限状态下)sAsMu fcCycxn=nh01 fcMuCycxn=nh0sAsx=1xn由C的大小不变01cn01c1n0cu011cu1(1)311(1)3Cf bhfbh 由C的位置不变22000cucuc
14、ucn01n0100cucu1121121236(1)0.5,111133yhh 六、受弯构件正截面简化分析 1.压区混凝土等效矩形应力图形(极限状态下)sAsMu fcCycxn=nh01 fcMuCycxn=nh0sAsx=1xnc011cu11(1)3200cucu10cu211361130033.0,002.0Mpa50cu0cu 时,当f824.0969.01111cu11cu1.0,0.850Mpa0.94,0.74,80Mpaff线性插值(混凝土结构设计规范GB50010)六、受弯构件正截面简化分析 2.界限受压区高度界限受压区相对高度界限受压区高度 nbnbxnbcunb0cu
15、yxhcuyxnbh0平衡破坏适筋破坏超筋破坏压区相对高度矩形应力图形的界限受压区高度矩形应力图形的界限受 bbxnb1b1cu11byy00cuycuscu11xxfhhE 六、受弯构件正截面简化分析 2.界限受压区高度cuyxnbh0平衡破坏适筋破坏超筋破坏bys0.810.0033fEnbnb 即适筋梁nbnb 即平衡配筋梁nbnb 即超筋梁时:Mpa50cu f六、受弯构件正截面简化分析 3.极限受弯承载力的计算1cssu1c0ss0()()22f bxAxxMf bx hA h基本公式Mu1fcx/2CsAsxh0六、受弯构件正截面简化分析 3.极限受弯承载力的计算1cysu1c0y
16、s0()()22f bxf AxxMf bx hf A h适筋梁fyAsMu1fcx/2Cxh0ysy01c01cf Afxhf bhf22u1c0s1c02sy0sys0(1 0.5)(1 0.5)Mf bhf bhf bhA fh 截面抵抗矩系数截面内力臂系数将将、s、s制成制成表格,知道其中表格,知道其中一个可查得另外一个可查得另外两个两个六、受弯构件正截面简化分析 3.极限受弯承载力的计算适筋梁的最大配筋率(平衡配筋梁的配筋率)fyAsMu1fcx/2Cxh01cmaxbbyffmaxbb(1 0.5)保证不发生超筋破坏22u,max1c0bbs,max1c0(1 0.5)Mf bhf
17、 bh混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010中各种钢筋所对中各种钢筋所对应的应的 b、s,max、列于教材、列于教材表表5-1中中maxu,umaxs,sbMM 或或六、受弯构件正截面简化分析 3.极限受弯承载力的计算适筋梁的最小配筋率xnxn/3fyAsMuCh0钢筋混凝土梁的My=素混凝土梁的受弯承载力Mcrnyys0ys0()0.93xMf A hf Ah混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010中取:中取:Asmin=sminbh配筋较少压区混凝土为线性分布222crtt0t00.2920.2921.050.322Mf bhf bhf bhstmin0y0.36Af
18、bhf偏于安全地tminy0.45ff具体应用时,应根据不同情况,进行调整六、受弯构件正截面简化分析 3.极限受弯承载力的计算超筋梁的极限承载力h0cusxn=x/1sih0i关键在于求出钢筋的应力关键在于求出钢筋的应力任意位置处钢筋的应变和应力0n0101scucucun0(1)(1)iiiihxhhxxh01sscu0(1)iihEh只有一排钢筋1sscu(1)Ess0.80.0033(1)Efcu50Mpa六、受弯构件正截面简化分析 3.极限受弯承载力的计算sAsMu1fcx/2Cxh0超筋梁的极限承载力1cysu1c0ss0ss()()220.80.00331f bxf AxxMf b
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