钢筋混凝土受弯构件承载力计算.ppt

4 钢筋混凝土受弯构件承载力计算,本章主要介绍：（1） 受弯构件的一般构造要求；（2） 正截面性能的试验研究；（3） 单筋、双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算；（4） T形截面受弯构件正截面承载力计算；（5） 受弯构件斜截面承载力计算；（6） 构造要求总论等。这些都是受弯构件设计的基本内容，应好好理解并掌握。,本章提要,受弯构件是指仅承受弯矩和剪力的构件。 梁和板的区别在于：梁的截面高度一般都远大于其宽度，而板的截面高度则远小于其宽度。 梁、板的制作工艺有现浇和预制两种，相应的梁、板叫现浇梁、现浇板和预制梁、预制板。 常见梁板的截面形式见图4.1、图4.2、图4.3所示。 受弯构件在荷载的作用下，截面上将承受弯矩和剪力的作用。,经试验和理论分析表明：钢筋混凝土受弯构件可能沿弯矩最大的截面发生破坏，也可能沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面发生破坏。 图4.4(a)所示为钢筋混凝土简支梁沿弯矩最大的截面破坏的情况，图4.4(b)所示为钢筋混凝土简支梁沿剪力最大截面破坏的情况。 由图可知，当受弯构件沿弯矩最大的截面破坏时，破坏截面与构件的轴线垂直，故称为沿正截面破坏。当受弯构件沿剪力最大的截面破坏时，破坏截面与构件的轴线斜交，称为沿斜截面破坏。,梁、板在荷载作用下将产生挠度和裂缝。 故进行受弯构件的设计时，应视具体情况进行下列设计： 1.承载力极限状态设计 （1） 正截面承载力设计计算； （2） 斜截面承载力设计计算。 2.正常使用极限状态设计 （1） 挠度验算； （2） 裂缝宽度验算。,图4.1 钢筋混凝土板截面形式,(a) 平板；(b) 槽形板；(c) 多孔板,二、以事实为依据、用数据说话,为什么选择这个课题? 问题严重到什么程度？ 差距有多大？ 问题的症结在何处？ 制定什么样的目标？ 为什么确定这几条是主要原因？ 针对每条主要原因改进到什么程度？ 是否完成了对策？ 效果究竟如何？ 效益有多大？等等 这些问题都要用数据来表达。 只有用数据才能说明客观的事实。而理论的分析、推理、经验等都是主 观的认为，而不能代表客观的事实。,三、应用统计工具和方法,要取得证据，就要收集数据，就要应用统计方法； 对收集的数据要分析处理，就要应用统计方法； 通过样本要推断总体质量，要应用统计方法； 以最少的实验次数找到最佳的参数搭配要用到统计方法； 以最短的时间（工期）完成繁重的任务，要应用统计方法； 一些语言资料、信息情报要进行汇总、整理、分析，还要用到统计方法；,图4.2 钢筋混凝土梁截面形式,图4.3 板与梁一起浇灌的梁板结构,图4.4 受弯构件沿正截面和沿斜截面破坏的形式,本 章 内 容,4.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定 4.2 受弯构件正截面性能的试验研究 4.3 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 4.4 双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 4.5 T形截面受弯构件正截面承载力计算 4.6 受弯构件斜截面承载力计算 4.7 构造要求总论,4.1 钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定,板的承载力应满足荷载、刚度和抗力的要求。 现浇板的厚度h取10mm为倍数，从刚度条件出发，不需作挠度验算的板的厚度与跨度的最小比值(h/l)应按表4.1取值。 同时必须满足现浇板的最小厚度，对于一般民用建筑的楼面板为60mm，工业建筑楼面板为70 mm，屋面板为60mm。,4.1.1 板的构造规定,4.1.1.1 截面尺寸,表4.1 板的高跨比（h/l）,板中通常配置受力钢筋和分布钢筋。 板中受力钢筋沿板的跨度方向在受拉区布置；分布钢筋布置在受力钢筋的内侧，并与受力钢筋垂直，交点处用细铁丝绑扎或焊接，共同形成钢筋网片。见图4.5所示。 板中受力钢筋承担由弯矩产生的拉力。 板中分布钢筋的作用是固定受力钢筋的正确位置，抵抗混凝土因温度变化及收缩产生的拉应力，将板上的荷载有效地传到受力钢筋上去。 板中钢筋一般为HPB235（级钢筋），必要时也可采用HRB335（级钢筋）。,4.1.1.2 板的配筋,图4.5 板的配筋,1.梁的高跨比 梁截面高度h按高跨比h/l估算。梁的高跨比h/l按表4.2采用，表中l0为梁的计算跨度。,表4.2 不需作挠度计算梁的截面最小高度,4.1.2.1 梁的截面尺寸,4.1.2 梁的构造规定,2.梁截面的高宽比 梁截面的高宽比按下列比值范围选用，并应符合模数： 矩形截面时：h/b=2.03.5； T形截面时：h/b=2.54.0。 确定截面尺寸时宜先根据高跨比初选截面高度h，然后根据高宽比初选截面宽度b，最后由倍数要求确定截面尺寸。,3.倍数要求 为了统一模板尺寸和便于施工，梁的截面尺寸应符合倍数要求。当截面高h800mm时，h为50mm的倍数，当h800mm时，为100mm的倍数。 当梁宽b200mm时，b为50mm的倍数；常用梁宽：b=150mm、180mm、200mm.。,梁中的钢筋有纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋和架立筋等，如图4.6。 1.纵向受力钢筋 纵向受力钢筋的主要作用是用来承受由弯矩在梁中产生的拉力。 钢筋伸入支座的数量：当梁宽b100mm时，不宜少于两根；当梁宽b100mm时，可为一根。,4.1.2.2 梁的配筋,2.架立钢筋 架立筋设置在梁的受压区外缘两侧，一般应与纵向受力钢筋平行。架立筋的主要作用是用来固定箍筋的正确位置和形成钢筋骨架；此外，架立钢筋还可承受因温度变化和混凝土收缩而产生的应力，防止裂缝发生。 架立钢筋的直径与梁的跨度有关：当跨度小于4m时，不宜小于8mm；当跨度等于46m时，不宜小于10mm；跨度大于6m时，不小于12mm。,3.箍筋 箍筋的主要作用是用来承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，防止斜截面破坏。其次，箍筋通过绑扎和焊接把其它钢筋连系在一起，形成一个空间钢筋骨架。 梁内箍筋数量由抗剪计算和构造要求确定。 箍筋分开口和封闭两种形式（如图4.7）。箍筋的肢数有单肢、双肢和四肢（如图4.7）。,4.弯起钢筋 弯起钢筋一般是由纵向受力钢筋弯起而成的。它的作用是：弯起段用来承受弯矩和剪力产生的主拉应力；跨中水平段承受弯矩产生的拉力；弯起后的水平段可承受支座处的负弯矩。 弯起钢筋的数量、位置由计算确定。 弯起钢筋的弯起角度：当梁高不大于800mm时，采用45；当梁高大于800mm时，弯起角采用60。,5.纵向构造钢筋 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。 纵向构造钢筋的作用：防止混凝土由于温度变化和收缩等原因在梁侧中部产生裂缝。 梁的腹板高度hw的取值如下：对于矩形截面，取截面有效高度h0；对于T形截面，取截面有效高度减去翼缘高度；对于工字形截面，取腹板净高。,图4.6 梁的配筋,图4.7 箍筋的形式和肢数,(a) 箍筋的形式；（b) 箍筋的肢数,混凝土保护层的作用是防止钢筋锈蚀、防火和保证钢筋与混凝土的紧密粘结，故梁、板的受力钢筋均应有足够的混凝土保护层。 保护层厚度主要取决于构件使用环境、构件类型、混凝土强度等级、受力钢筋直径等因素的影响。 混凝土保护层应从钢筋的外边缘算起。具体数值按表4.3采用，但同时也不应小于受力钢筋的直径，如图4.8所示。,4.1.2.3 混凝土保护层及钢筋间净距,表4.3 纵向受力钢筋混凝土最小保护层厚度(mm),图4.8 混凝土保护层及钢筋净距,在计算梁板受弯构件承载力时，因受拉区混凝土开裂后拉力完全由钢筋承担，这时梁能发挥作用的截面高度，应为受拉钢筋截面形心至受压边缘的距离，称为截面有效高度h0(图4.8）。 根据上述钢筋净距和混凝土保护层最小厚度的规定，并考虑到梁、板常用的钢筋直径，室内正常环境梁板的截面有效高度h0和梁板的高度h有以下关系： 对于梁： h0=h-35mm(一排钢筋) 或 h0h-60mm (二排钢筋） 对于板： h0h-20mm,4.1.2.4 截面有效高度,4.2 受弯构件正截面性能的试验研究,图4.9 匀质弹性材料梁的弯曲性能,4.2.1 受弯构件正截面的破坏形式,受弯构件的截面配筋率是指纵向受拉钢筋截面面积与截面有效面积的百分比，用表示 =As/(bh0) 受弯构件以梁为试验研究对象。试验表明：同样的截面尺寸、跨度和同样材料强度的梁，由于配筋量的不同，会发生本质不同的破坏。如图4.10所示。 ,当构件的配筋太少时，构件不但承载能力很低，而且受拉边一旦开裂，裂缝就急速向上扩展，裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担，钢筋数量较少，此时钢筋由于突然增大的应力而屈服，构件亦即发生破坏（图4.10(a)）。 此种破坏的特点是“一裂即坏”，无明显的预兆，属于脆性破坏。,4.2.1.1 少筋梁,当构件的配筋不是太少但也不是太多（大于最小配筋率）时，构件的破坏首先是由于受拉区纵向受拉钢筋屈服，然后受压区混凝土被压碎，构件即告破坏，钢筋和混凝土的强度都能得到充分利用。 此种破坏在构件破坏前有明显的塑性变形和裂缝预兆，破坏不是突然发生的，属于塑性破坏（图4.10(b）。,4.2.1.2 适筋梁,当构件的配筋太多（大于最大配筋率）时，构件的破坏特征发生质的变化。截面受压边缘的混凝土在受拉钢筋尚未达到屈服强度前就被压碎，构件被破坏。 这种破坏在破坏前虽然有一定的变形和裂缝预兆，但不明显，而且当混凝土压碎时，破坏突然发生，钢筋的强度得不到充分利用，破坏具有脆性性质，这种破坏称为超筋破坏（图4.10(c)）。,4.2.1.3 超筋梁,图4.10 配筋不同的梁的破坏,(a) 少筋梁;(b) 适筋梁；(c) 超筋梁,当荷载很小时，截面上的弯矩很小，应力与应变成正比，截面的应力分布呈直线（图4.11 (a)），这种受力阶段称为第阶段，也可称为弹性阶段。 当荷载增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达到其实际的抗拉强度ft和抗拉极限应变值t。截面处在要开裂而又未开裂的临界状态（图4.11(b)），这种受力状态称为第a阶段。,4.2.2 适筋梁受力的三阶段,4.2.2.1 第 阶段截面开裂前的阶段,截面受力超过a阶段后,受拉区混凝土开裂,截面上应力发生重分布，裂缝处混凝土不再承担拉应力，退出工作，钢筋的拉应力突然增大，受压区混凝土出现明显的塑性变形，应力图形呈曲线（图4.11 (c)，这种受力阶段称为第阶段。 荷载继续增加，裂缝进一步开展上移，钢筋和混凝土的应力不断增大。当荷载增加到某一特定数值时，受拉区纵向受拉钢筋开始屈服，钢筋应力达到其屈服强度（图4.11 (d)），这种特定的受力状态称为第a阶段。,4.2.2.2 第阶段从截面开裂到受拉区纵向受力钢筋开始屈服的阶段,受拉纵向钢筋屈服后，截面的承载能力无明显的提高，但塑性变形急速发展，裂缝迅速开展并且向受压区延伸，受压区面积减小，受压区混凝土压应力迅速增大（图4.11 (e)），这种截面的受力状态称为第阶段。 在荷载几乎不再增加的情况下，裂缝进一步急剧开展，受压区混凝土出现极明显的塑性性质，当受压区边缘的混凝土达到极限压应变时，出现水平裂缝，混凝土被完全压碎，截面发生破坏(图4.11 (f)。这种特定的受力状态称为第a阶段。,4.2.2.3 第阶段破坏阶段,图4.11 钢筋混凝土梁的三个阶段,4.3 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算,只在截面的受拉区配有纵向受力钢筋的矩形截面，称为单筋矩形截面，见图4.12所示。 钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力计算，应以适筋梁第a阶段为依据。,图4.12 单筋矩形截面,4.3.1 计算基本假定,为了简化计算，根据试验分析结果，规范规定，受弯构件正截面承载力应按下列基本假定进行计算： （1） 梁弯曲变形后正截面应变仍保持平面； （2） 不考虑受拉区混凝土参加工作； （3） 采用理想化的混凝土图形（如图4.13）； （4） 纵向钢筋的应力取钢筋应变与其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于其相应的强度设计值。,图4.13 理想的混凝土曲线,4.3.2 等效矩形应力图形,受弯构件正截面承载力是以适筋梁第a状态及其图形作为依据的。根据上面的基本假定，为了计算方便，规范规定，受弯构件、偏心受力构件正截面受压区混凝土的应力图形可简化为等效的矩形应力图形。 简化原则是：压应力合力大小相等，合力作用位置不变。经折算，矩形应力图形的混凝土受压区高度x=1x0，x0为实际受压区高度，1为系数。 受弯构件正截面应力图见图4.14所示。,图4.14 受弯构件正截面应力图,(a) 横截面；(b) 实际应力图;(c) 等效应力图；(d) 计算截面,受弯构件正截面承载力的计算，就是要求由荷载设计值在构件内产生的弯矩，小于或等于按材料强度设计值计算得出的构件受弯承载力设计值。 图4.15所示为单筋矩形截面受弯构件计算图形。由于截面在破坏前的一瞬间处于静力平衡状态，由平衡条件得出其承载力基本计算公式： X=0, 1fcbx=fyAs Ms=0, MMu=1fcbx (h0-x/2) Mc=0, MMu=fyAs(h0-x/2),4.3.3 基本公式及适用条件,4.3.3.1 基本公式,图4.15 单筋矩形截面受弯构件计算图形,基本计算公式是以适筋梁第a状态的静力平衡条件得出的，只适用于适筋构件的计算。在应用公式时，一定要保证防止超筋破坏和少筋破坏。 （1）为防止超筋破坏，应符合的条件为： b 或 xbh0 或 max=b1fc/fy 或MMu,max=1fcbh02b(1-0.5b) =s,max1fcbh02,4.3.3.2 基本公式的适用条件,(2) 为防止少筋破坏，应符合的条件为： min 或 Asminbh,规范将基本公式按M=Mu的原则进行整理变化后，编制成实用的计算表格供设计时使用。 式（4.15）可改写成 M=(1-0.5)1fcbh02 设s为截面抵抗矩系数，并令s=(1-0.5)，则式（4.15)为： M=s1fcbh02 由式（4.16)得 M=fyAs(h0-0.5x)=fyAsh0(1-0.5),4.3.4 基本公式的应用,4.3.4.1 计算表格的编制,设s为内力臂系数，并令s=1-0.5，则可得 M=fyAsh0s 由上述可知，系数s、s均为的函数，所以可以把它们之间的数值关系用表格表示，以供设计时查用。、s、s之关系见附表11。,单筋矩形截面受弯构件正截面承载力的计算有两种情况，即截面设计与截面验算。 1.截面设计 截面设计即截面选择，就是在已知弯矩设计值M的情况下，选定材料强度等级，确定梁的截面尺寸b、h，计算出受拉钢筋截面面积As。 （1） 材料选用。 （2） 截面尺寸确定。 （3） 经济配筋率。,4.3.4.2 设计步聚及实例,（4） 设计步骤为： 第一步：由公式（4.15）求出s，即 s=M/(1fcbh02) 第二步：根据s由附表10，查出s或。 第三步：求As。 ss方法：由公式（4.10)得As=M/(fysh0)。 s方法：将x=h0代入基本公式（4.2），得As=bh01fc/fy。 求出As后，即可查附表14选配钢筋。,第四步：验算实际配筋率是否大于最小配筋率，即： min或 Asminbh 其中，计算时采用实际选用的钢筋截面面积求得，min见附表8。 第五步：画出配筋草图。,【例4.1】已知矩形梁截面尺寸bh为250mm500mm；由荷载产生的弯矩设计值M=150kNm；混凝土强度等级为C20；钢筋采用HRB335级钢筋。求所需受拉钢筋截面面积As。 【解】确定计算数据：设钢筋配置一排， 则h0=(500-35) mm=465mm, M=150kNm=150106Nmm。 s,max=0.399, 1=1.0, fc=9.6N/mm2, ft=1.1N/mm2, fy=300N/mm2 (1) 由式（4.9）求出s。 s=M/(1fcbh02)=0.289s,max=0.399 (2) 查附表12得s=0.825,=0.35。,（3） 求As。 ss方法：由下式得 As=M/(fysh0)=1303mm2 s方法：由式As=h01fc/fy得 As=1302mm2 配筋，选用325，截面配筋图如图4.16所示。实际面积As=1473mm2。 （4） 验算。=As/bh100%=1.18% min=0.45ft/fy=0.165% min=0.2% 取min较大者,min=0.2%，满足要求。,【例4.2】已知一单跨简支板（如图4.17），计算跨度l0=2.34m，承受均布活荷载qk=3kN/m（不包括板的自重）；混凝土等级为C20；钢筋等级采用HPB235级钢筋，可变荷载分项系数Q=1.4，永久荷载分项系数G=1.2，结构重要性系数0=1.0，钢筋混凝土自重25kN/m3，板厚为80mm。试确定受拉钢筋截面面积As。 【解】取板宽b=1000mm的板带作为计算单元。 （1）求弯矩设计值M 永久荷载标准值为 gk=25kN/m30.08m1m=2kN/m,可变荷载标准值为 qk=3kN/m21m=3kN/m 荷载设计值p=Ggk+Q1g1k=6.6kN/m 跨中截面弯矩设计值为 M=01/8pl2=4.52106Nmm (2) 求受拉钢筋截面面积As 确定计算数据：fc=9.6N/mm2, fy=210N/mm2, h0=80-20=60mm, 1=1.0 由式（4.9)求s,得 s=M/(1fcbh02) =0.131 查附表10，得s=0.929，=0.141。, 求As。 ss方法：由式（4.10)得 As=M/(fysh0)=386mm2 s方法：由式As=bh01fc/fy得 As=387mm2 配筋，选用8130，As=387mm2。 验算 =As/bh100%=0.484% min=0.2% min=0.45ft/fy100%=0.24% 取较大值min=0.24%,min=0.24%，满足要求。,2.截面复核 截面复核是在已知材料强度、截面尺寸、钢筋截面面积的条件下，计算梁的受弯承载力设计值Mu。一般是在出了事故后校核原设计有无问题，或当荷载有变化时，验算构件是否承受得了。计算步骤如下： （1） 方法一，基本公式法。 第一步：求x。由式（4.2）得 x=fyAs/(1fcb) 第二步：求Mu。当xbh0时，由式（4.3）得 Mu=1fcbx(h0-x/2),或由式(4.4)得 Mu=fyAs(h0-x/2) 当xbh0时，说明该梁超筋，此时取x=bh0代入公式(4.3)，求出该梁的最大受弯承载力为 Mu,max=1fcbh02b(1-0.5b) 第三步：验算配筋率，min。,（2） 方法二，查表法。 第一步：求。=fyAs/(1fcbh0) 第二步：由附表12查得s。 第三步：求Mu。当b时，则 Mu=s1fcbh02 当b时，说明超筋，此时的正截面受弯承载力根据下式求得 Mu,max=1fcbh02b(1-0.5b) 或 Mu,max=s,max1fcbh02 第四步：验算最小配筋率条件min。,【例4.3】某学校教室梁截面尺寸及配筋如图4.18所示，弯矩设计值M=80kNm，混凝土强度等级为C20，HRB335级钢筋。验算此梁是否安全。 【解】确定计算数据： fc=9.6N/mm2, fy=300N/mm2, As=804mm2, h0=(450-35)mm=415mm, b=0.550, 1=1.0, min=0.2% (1) 方法一，用基本公式法验算 求x,由式（4.2)得 x=fyAs/(1fcb)=126mm 求Mu x=126mmbh0=0.550415mm=228mm,受压区高度符合要求。由式 Mu=1fcbx(h0-x/2)=85.2106Nmm =85.2kNmM=80kNm(安全） 或下式得 Mu=fyAs(h0-x/2) =84.9106Nmm =84.9kNmM=80kNm(安全) 验算最小配筋率 =As/bh100%=0.89%min=0.2% 满足要求。,（2） 方法二，用查表法验算 求,即 =fyAs/(1fcbh0)= 0.303 查附表12，得s=0.257。 求Mu =0.303b=0.550，不超筋。 Mu=s1fcbh02=84.98106Nmm =84.98kNmM=80kNm 故安全。 验算最小配筋率 =As/bh100%=0.89%min=0.2%,应指出的是：受弯构件承载力的计算是以适筋梁第a状态的应力状态为计算依据的，又假定受拉区混凝土开裂不参加工作，拉力完全由钢筋承担，所以受拉区的形状对受弯构件承载力没有任何影响。 图4.19所示的矩形、十字形、倒T形、花篮形四个截面虽然受拉区截面形状各不相同，但其截面高度、受压区宽度和受拉钢筋完全相同。所以，只要受压区判断为矩形截面，则无论受拉区形状如何，都应按矩形截面计算。,图4.16 例4.1截面配筋图,图4.17 例4.2附图,图4.18 例4.3某学校教室梁截面尺寸及配筋图,图4.19 按矩形截面计算的各类截面示例,4.4 双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算,双筋矩形截面是指不仅在受拉区配置纵向受拉钢筋而且在受压区也配置纵向受力钢筋的矩形截面，即在矩形截面受压区配置受压钢筋来协助混凝土承担部分压力的截面。 受压钢筋截面面积用As表示，见图4.20所示。 双筋矩形截面主要用于以下几种情况： （1） 当构件承受的荷载较大，但截面尺寸又受到限制，以致采用单筋截面不能保证适用条件而成为超筋梁时，则需采用双筋截面。,4.4.1 概述,（2） 截面承受正负交替弯矩时，需在截面上、下均配有受力钢筋。 （3）提高截面的延性. 在截面的受压区预先布置一定数量的受力钢筋,有利于提高截面的延性。 设计规范作如下规定： （1） 当梁中配有按计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋应做成封闭式；此时，箍筋的间距不应大于15d(受压钢筋最小直径)，同时不应大于400mm； （2） 当一层内的纵向受压钢筋多于5根且直径大于18mm时，箍筋间距不应大于10d；,（3） 当梁的宽度大于400mm且一层内的纵向受压钢筋多于3根时，或当梁的宽度不大于400mm但一层内的纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋； （4） 箍筋直径尚不应小于纵向受压钢筋最大直径的0.25倍。,图4.20 双筋梁,4.4.2 基本公式及适用条件,根据以上的分析，双筋矩形截面受弯承载力计算的应力图形如图4.21所示。 由图4.21，根据平衡条件可得： X=0,1fcbx+fyAs=fyAs M=0, Mu=1fcbx(h0-x/2)+fyAs(h0-as) 双筋矩形截面所能承受的极限弯矩Mu由两部分组成：一是受压钢筋As和相应的一部分受拉钢筋As1所承受的弯矩M1（图4.21(b)）；另一部分是受压区混凝土和相应的另一部分受拉钢筋As2所承受的弯矩M2（图4.21(c)）。即有：,Mu=M1+M2, As=As1+As2 对第一部分（图4.21(b)）可得： fyAs1=fyAs M1=fyAs(h0-as) 对第二部分（图4.21(c)）可得： 1fcbx=fyAs2 M2=1fcbx(h0-x/2),适用条件： (1) 为防止出现超筋破坏，应满足： b 或 2=As2/bh0b1fc/fy (2) 为使受压钢筋As在构件破坏时应力达到抗压强度，应满足： x2as 当x2as时，规范建议双筋矩形截面受弯承载力按下式计算： MMu=fyAs(h0-as),图4.21,(1) 截面设计时，一般有下列两种情况： 已知弯矩设计值M、截面尺寸bh，混凝土强度等级、钢筋级别，求受压和受拉钢筋截面面积As和As。 已知弯矩设计值M、截面尺寸、材料强度等级和受压钢筋面积As，求受拉钢筋截面面积As。 ,4.4.3 设计方法和实例,(2) 截面复核时，已知截面尺寸、材料强度等级及As和As,要求计算截面的承载能力Mu。 先求出受压区高度x： 然后按下列情况计算Mu： 若2asxbh0,则 Mu=1fcbx(h0-x/2)+fyAs(h0-as) , 若x2as，则 Mu=fyAs(h0-as) 若xbh0，说明b，这时令=b，则： Mu=fyAs(h0-as)+b(1-0.5b)1fcbh02,【例4.4】某梁截面尺寸为bh=250mm600mm，采用C20级混凝土，HRB335级钢筋，承受弯矩设计值M=396kNm，试求所需的受压钢筋As和受拉钢筋As，并画出截面配筋图。 【解】 (1) 确定计算数据 fc=9.6N/mm2,fy=fy=300N/mm2；b=0.550,1=1.0，由于设计弯矩较大，假定受拉钢筋为两排，则：h0=h-60=600-60=540mm。 （2） 判断是否需要采用双筋截面 单筋截面所能承受的最大弯矩为 Mmax=279.06106NmmM=396106Nmm 计算结果表明，应设计成双筋截面。,（3） 计算所需的受压钢筋截面面积As 假定受压钢筋为一排，则as=35mm， As=771.88mm2 （4） 求所需的受拉钢筋截面面积As As= 3147.88mm2 （5） 钢筋配置 受压钢筋选用318（As=763mm2)、受拉钢筋选配420+425(As=3220mm2)，截面配筋如图4.22所示。,【例4.5】梁的截面尺寸为bh=250mm600mm，采用C20级混凝土（1=1.0,fc=9.6N/mm2),HRB335级钢筋（fy=fy=300N/mm2），承受弯矩设计值M=405kNm，受压区已配置钢筋320（As=941mm2），试求受拉钢筋截面面积As。 【解】（1） 验算适用条件x2as 由上例知:h0=540mm,as=35mm 已知As=941mm2，则： M1=142.56106Nmm M2=M-M1=262.44106Nmm,1fcb2as(h0-as) =84.84106NmmM2 计算表明x2as。 (2) 求所需的受拉钢筋截面面积 s=0.375 由附表10查得：s=0.750 则 As2=2160mm2 As=As1+As2=3101mm2,【例4.6】某教学楼一楼面梁的截面尺寸为bh=200mm400mm，混凝土强度等级为C20，截面已配置纵向受压钢筋220(As=628mm2)，纵向受拉钢筋325（As=1473mm2），设计弯矩M=135kNm，试复核梁的正截面承载能力是否可靠。 【解】 (1) 计算受压区高度x 设as=40，因as=37.5mm as=35mm x=fyAs-fyAs1fcb=132mm2as=70mm 也小于bh0=0.550360=198mm,(2) 计算截面能承受的极限弯矩Mu Mu=1fcbx(h0-0.5x)+fyAs(h0-as) =135.74106Nmm (3) 判断正截面承载力是否满足 Mu=135.74106NmmM=135106Nmm(满足）,图4.22,4.5 T形截面受弯构件正截面承载力计算,矩形截面受弯构件受拉区混凝土对于截面的抗弯强度不起作用，反而增加构件自重。若将受拉区混凝土适当地挖去一部分， 并将纵向受拉钢筋布置得适当集中一些，这样就形成了如图4.23所示的T形截面，既可节约混凝土，又可减轻构件自重。 T形截面是由翼缘和腹板两部分组成的。 在正截面承载力计算时均可按T形截面考虑，详见图4.24所示。,4.5.1 概述,图4.23T形截面梁,图4.24,为了发挥T形截面的作用，应充分利用翼缘受压，使混凝土受压区高度减小，内力臂增大，从而减少用钢量。理论上受压翼缘越宽则受力性能越好。 我们将参加工作的翼缘宽度叫做翼缘计算宽度。 翼缘计算宽度bf与受弯构件的工作情况（整体肋形梁或独立梁）、梁的计算跨度l0、翼缘厚度hf等因素有关。混凝土结构设计规范规定翼缘计算宽度bf按表4.4中三项规定中的最小值采用。,4.5.2 翼缘计算宽度及T型截面的分类,4.5.2.1 翼缘计算宽度,表4.4T形及倒L形截面受弯构件翼缘计算宽度bf,计算T形截面梁时，按受压区高度的不同，可分为下述两种类型： 第一类T形截面：中和轴在翼缘内，即xhf(图4.26(a)； 第二类T形截面：中和轴在梁肋部，即xhf（图4.26(b)）。 两类T形截面的判别：当x=hf时，为两类T形截面的界限情况。如图4.27所示。由平衡条件得：,4.5.2.2 T形截面的两种类型及判别条件,X=0 1fcbfhf=fyAs M=0 M=1fcbfhf(h0-hf/2) 判别T形截面类型时，可能遇到如下两种情况： 1.截面设计 这时弯矩设计值M和截面尺寸已知，若 M1fcbfhf(h0-hf/2) 即xhf，则截面属于第一类T形截面。若 M1fcbfhf(h0-hf/2) 即xhf，则截面属于第二类T形截面。,2.截面验算 这时截面尺寸及As均已知，若 fyAs1fcbfhf 即xhf，则截面属于第一类T形截面。若 fyAs1fcbfhf 即xhf，则截面属于第二类T形截面。,图4.26 T形截面的分类,图4.27 T形受弯构件截面类型的判别界限,由图4.28可见，第一类T形截面与梁宽为bf的矩形截面相同。这是因为受压区面积仍为矩形，而受拉区形状与承载能力计算无关，根据平衡条件可得： X=0 1fcbfx=fyAs M=0 Mu=1fcbfx(h0-x/2) 适用条件： （1） b （2） min,4.5.3 第一类T形截面的设计计算,4.5.3.1 基本计算公式及适用条件,图4.28 第一类T形截面的应力图形,【例4.7】某现浇肋形楼盖次梁，计算跨度l0=5.1m，截面尺寸如图4.29所示。跨中弯矩设计值M=120kNm，采用C20混凝土、HRB335级钢筋。试计算次梁的纵向受力钢筋截面面积。 【解】（1） 确定翼缘计算宽度bf 设受拉钢筋布成一排，则h0=h-35=400-35=365mm。 由表4.4，按跨度l0考虑 bf=1700mm 按梁净距S0考虑 bf=b+S0=200+2200=2400mm,4.5.3.2 实例,按翼缘高度hf考虑 由于hfh0=0.2190.1，故翼缘宽度不受此项限制。 取上述三项中的最小者，则bf=1700mm。 (2) 判别T形截面类型 1fcbfhf(h0-hf/2) = 424.32106Nmm120106Nmm 故为第一类T形截面。,（3）求纵向受拉钢筋截面面积As s=0.055 查得s=0.971。 As=1128mm2 选用322(As=1140mm2)。 配筋图见图4.30。 =As/bh100%=1.43%min=0.2%,图4.29 例4.7附图,图4.30 例4.7次梁截面配筋,第二类T形截面因xhf，故受压区为T形。这种T形截面的计算应力图如图4.31所示。根据平衡条件可得基本计算公式为： X=0 1fc(bf-b)hf+1fcbx=fyAs M=0 Mu=1fc(bf-b)hf(h0-hf/2) +1fcbx (h0-x/2) 适用条件： （1） b ； (2) min,4.5.4 第二类T形截面的设计计算,4.5.4.1 基本计算公式及适用条件,由此可得： Mu=M1+M2, As=As1+As2 对第一部分（图4.31(b)）有： fyAs1=1fc(bf-b)hf M1=1fc(bf-b)hf(h0-hf/2) 对第二部分（图4.31(c)）有 fyAs2=1fcbx M2=1fcbx(h0-x/2),图4.31,【例4.8】已知图4.32所示T形截面，混凝土强度等级为C25（1=1.0, fc=11.9N/mm2)，钢筋用HRB335级钢筋（fy=300N/mm2），承受弯矩设计值M=460kNm，试求受拉钢筋。 【解】（1） 判别T形截面类型 设钢筋布置成双排，则as=60mm，h0=h-as=700-60=640mm 1fcbfhf(h0-1/2hf)=421.26106Nmm M=460106Nmm 计算表明该截面属于第二类T形截面。,4.5.4.2 实例,(2) 计算As1和M1 由式（4.28)，As1为: As1=1190mm2 M1= 210.63106Nmm (3) 计算As2 M2=M-M1=460-210.63=249.37kNm s=0.170 查表得s=0.903，则As2为 As2=1438.3mm2,(4) 所需受拉钢筋As As=As1+As2=2628.3mm2 选配422+420(As=2776mm2)。 钢筋配置见图4.32所示。 钢筋净距验算： 下排：(300-225-422)/3=54mm，满足要求。 上排：(300-225-420)/3=56.7mm20mm，也大于25mm，满足要求。,图4.32 例4.8附图,4.6 受弯构件斜截面承载力计算,我们把受弯构件上既有弯矩又有剪力作用的区段称为剪弯段。 在弯矩和剪力的共同作用下，剪弯段内将产生主拉应力pt和主压应力pc (如图4.33所示)。 当主拉应力t达到混凝土的抗拉强度时，混凝土将开裂，裂缝方向垂直于主拉应力方向，即与主压应力方向一致。所以在剪弯段，裂缝沿主压应力迹线发展，形成斜裂缝。,4.6.1 概述,斜裂缝的形成有两种方式：一种是因受弯正应力较大，先在梁底出现垂直裂缝，然后向上沿主压应力迹线发展形成斜裂缝，这种斜裂缝称为弯剪斜裂缝（如图4.34(a)）；另一种是梁腹部剪应力较大时，会因梁腹部主拉应力达到抗拉强度而先开裂，然后分别向上、向下沿主压应力迹线发展形成斜裂缝，这种斜裂缝称为腹剪斜裂缝（如图4.34(b)）。,保证斜截面承载力的主要措施是：梁应具有合理的截面尺寸；配置适当的腹筋。 腹筋包括梁中箍筋和弯起筋。一般应优先选用箍筋，箍筋的布置应坚持细而密的原则，在梁上宜均匀布置。箍筋一般为HPB235级钢筋，必要时也可选HRB335级钢筋。为防止劈裂破坏，弯起钢筋直径不宜太粗（图4.35、图4.36）。弯起钢筋不宜布置在梁的两侧，应布置在中间部位，,集中荷载的作用位置对剪弯段内梁的受力影响很大，通常把集中荷载作用位置至支座之间的距离a称为剪跨，它与截面有效高度h0的比值称为剪跨比 =a/h0 剪跨比是集中荷载作用下梁受力的一个重要特征参数，计算时要应用。 配箍率sv反映了箍筋配置量的大小。配箍率按下式定义和计算： sv=Asv/bs,图4.33 钢筋混凝土受弯构件主应力迹线示意图,图4.34 斜裂缝的形式,图4.35 钢筋骨架,图4.36 劈裂裂缝,当剪跨比较大（一般3），且箍筋配置得太少时，斜裂缝一旦出现，便迅速向集中荷载作用点延伸，并很快形成一条主裂缝，梁随即破坏。整个破坏过程很突然，破坏荷载很小，破坏前梁的变形很小，箍筋被拉断，破坏时往往只有一条斜裂缝，破坏具有明显的脆性。设计时一定要避免斜拉破坏。,4.6.2 斜截面破坏的主要形态,4.6.2.1 斜拉破坏（图4.37(a)）,当梁的剪跨比很小（一般1），梁的箍筋配置得太多或腹板宽度较窄的T形梁和I形梁将发生斜压破坏。 斜压破坏是指梁的剪弯段中支座到集中荷载作用点连线附近的混凝土被压碎，而箍筋（或弯起筋）未达到屈服强度时的破坏。,4.6.2.2 斜压破坏,当剪跨比适中（一般13)，箍筋配置适量时将发生剪压破坏。 随着荷载的增加，剪弯段形成若干条细小的斜裂缝，随后其中一条斜裂缝迅速发展成为一条主要斜裂缝（临界斜裂缝）；临界裂缝向荷载作用点缓慢发展。荷载进一步增加，斜裂缝继续开展，与斜裂缝相交的箍筋开始屈服，斜截面末端受压区不断减小，最后受压区混凝土在正应力和剪应力的共同作用下而被压碎。这种破坏形式称为剪压破坏。,4.6.2.3 剪压破坏,图4.37 斜截面破坏的主要形,当斜截面发生剪压破坏时，与斜截面相交的箍筋和弯起筋达到屈服强度，斜截面剪压区混凝土达到强度极限。梁被斜截面分成左右两部分，取左边部分为研究对象，如图4.38所示。 仅配有箍筋的梁的斜截面受剪承载力Vcs等于斜截面剪压区的混凝土受剪承载力Vc和与斜裂缝相交的箍筋的受剪承载力Vsv之和。而同时配置有箍筋和弯起筋的梁的斜截面受剪承载力应在Vcs的基础上，加上弯起筋的受剪承载力，即0.8fyAsbsins。,4.6.3 斜截面受剪承载力的基本计算公式及基本公式的适用条件,4.6.3.1 基本公式,（1） 仅配有箍筋的情况 矩形、T形和工字形截面的一般受弯构件，当仅配有箍筋时，其斜截面的受剪承载力应按下式计算： 对于承受以集中荷载为主的矩形截面独立梁，应改用下式计算：,（2）同时配置箍筋和弯起筋的情况 矩形、T形和工字形截面的一般受弯构件，当同时配置箍筋和弯起筋时，其斜截面承载能力应按下式计算： 对于承受以集中荷载为主的矩形截面独立梁，应改用下式计算：,图4.38 抗剪计算模式,(a) 仅配有箍筋；(b) 同时配置箍筋和弯起筋,（1） 为防止斜压破坏，梁的截面最小尺寸应符合下列条件： 当hw/b4时（一般梁） V0.25cfcbh0 当hw/b6时（薄腹梁） V0.20cfcbh0 当4hw/b6时，按直线内插法取用。,4.6.3.2 公式适用条件,（2） 最小配箍率和箍筋最大间距 试验表明：若箍筋的配筋率过小或箍筋间距过大，在较大时将产生斜拉破坏。此外，若箍筋直径太小，也不能保证钢筋骨架的刚度。 为了防止斜拉破坏，应满足最小配箍率的要求： 为了控制使用荷载下的斜裂缝宽度，并保证箍筋穿越每条斜裂缝，规范规定了最大箍筋间距smax（见表4.5）。,表4.5 梁中箍筋的最大间距smax（mm),在计算斜截面受剪承载力时，其计算位置应按下列规定采用（图4.39)： （1） 支座边缘处截面（图中截面11）； （2） 受拉区弯起钢筋弯起点处截面（图中截面22和33）； （3） 箍筋截面面积或间距改变处截面（图中截面44）； （4） 腹板宽度改变处截面。,4.6.4 确定斜截面受剪承载力的计算位置,图4.39 斜截面抗剪强度的计算位置图,(a) 弯起钢筋；(b) 箍筋,一般先由正截面设计确定截面尺寸、混凝土强度等级及纵向钢筋用量，然后进行斜截面受剪承载力设计计算。其具体步骤为： 1确定斜截面剪力设计值V （1） 计算仅配箍筋和第一排（对支座而言）弯起钢筋时，取支座边缘处的剪力设计值； （2） 计算以后每一排弯起钢筋时，取前一排（对支座而言）弯起钢筋弯起点的剪力设计值； （3） 箍筋截面面积或间距改变处，以及腹板宽度改变处截面的剪力设计值。,4.6.5 设计计算步骤及实例,4.6.5.1 设计计算步骤,2梁截面尺寸复核 由hw/b之值，选用V0.25cfcbh0或V0.2cfcbh0进行截面尺寸复核。若不满足要求时，则应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级直到满足为止。 3确定是否需要进行斜截面受剪承载力计算 矩形、T形及工字形截面一般梁 V0.7ftbh0 承受集中荷载为主的矩形截面独立梁,4计算箍筋的数量 若设计剪力值全部由箍筋和混凝土承担，则箍筋数量按下列公式计算： 对于矩形、T形及工字形截面一般梁 承受集中荷载为主的矩形截面独立梁 ,5计算弯起筋数量 若设计剪力值同时由混凝土、箍筋和弯起钢筋共同承担，则根据优先选用箍筋的原则，先按构造要求选定箍筋数量，按式（4.34）或式（4.35）算出Vcs，然后按下式确定弯起钢筋横截面面积,【例4.9】矩形截面简支梁截面尺寸为200mm500mm，计算跨度l0=4.24m（净跨ln=4m)，承受均布荷载设计值（包括自重）q=100kN/m(图4.40)，混凝土强度等级采用C20（fc=9.6N/mm2，ft=1.1N/mm2），箍筋采用HPB235级钢筋（fyv=210N/mm2）。求箍筋数量（已知纵筋配置一排，as=35mm）。 【解】（1） 计算剪力设计值。支座边缘剪力设计值为 V=1/2qln=200kN=200000N (2) 复核梁的截面尺寸。由于 hw=h0=h-as=465mm hw/b=2.3254.0,4.6.5.2 实例,应按公式（4.38）复核，得 0.25cfcbh0=223200NV=200000N 截面尺寸满足要求。 （3） 确定是否需要按计算配置腹筋。由公式（4.41)得 0.7ftbh0=71610NV=200000N 需进行斜截面受剪承载力计算，按计算配置腹筋。 （4） 箍筋计算。由公式（4.34）得 Asv/s(V-0.7ftbh0)/(1.25fyvh0) =1.05mm2/mm,选用双肢箍筋8(n=2,Asv1=50.3mm2），则箍筋间距为 sAsv/1.05=95.8mm 取s=90mm，沿梁全长等距布置。 （5） 验算配箍率。 实际配箍率为 sv=nAsv1/sb100%=0.56% 最小配箍率为 sv,min=0.24ft/fyv100%=0.13%0.56% svsv,min，满足要求。,【例4.10】钢筋混凝土矩形截面简支梁，两端支承在砖墙上，净跨度ln=4660mm(图4.41)；截面尺寸bh=250mm 550mm。该梁承受均布荷载，其中恒荷载标准值gk=25kN/m（包括自重），荷载分项系数G=1.2，活荷载标准值qk=42kN/m，荷载分项系数Q=1.4；混凝土强度等级为C20（fc=9.6N/mm2, ft=1.1N/mm2