第五章 钢筋混凝土受弯构件.ppt

第五章钢筋混凝土受弯构件 典型构件 梁和板 内力特点 截面上通常有弯矩和剪力 轴力可以忽略不计 截面形式 第一节钢筋混凝土受弯构件的一般构造 最小厚度要求 P62板的跨厚跨比要求 P62 一 板的构造规定 一 截面尺寸 第一节钢筋混凝土受弯构件的一般构造 一 板的构造规定 二 板的配筋 一般有受力钢筋与分布钢筋 受力钢筋 HRB400级和HRB500级 受力钢筋间距一般在70 200mm之间 当时 且间距 二 板的配筋 受力钢筋常用直径 6mm 8mm 10mm 分布筋 面积受力筋面积 常用直径是6mm和8mm 三 混凝土保护层 要求见附录表10 P392 二 梁的构造规定 一 梁截面尺寸 1 模数要求 梁高h h 800mm时 h为50mm的倍数 h 800mm时 h为100mm的倍数 梁宽b b 200mm b为50mm的倍数 200mm以下的梁宽可为150mm或180mm 二 梁的构造规定 一 梁截面尺寸 2 梁的高跨比 二 混凝土保护层厚度及钢筋间距 二 梁的构造规定 混凝土保护层厚度 见附表10 P392 且受力钢筋保护层不少于钢筋直径 钢筋间距要求 三 纵向钢筋 二 梁的构造规定 直径要求伸入支座的数量架立筋作用 直径要求 四 箍筋和弯起钢筋 二 梁的构造规定 箍筋直径取值弯起钢筋作用 弯起角度 第二节受弯构件正截面性能的试验研究 正截面破坏 钢筋混凝上受弯构件由于弯矩引起的破坏称为正截面破坏 破坏面与构件的轴线 研究纯弯段 一 梁的受力三个阶段 对受拉区配置适量钢筋的梁 其弯矩 挠度关系如下 一 梁的受力三个阶段 图5 9梁受力的三个阶段 应变图 应力图 a阶段是抗裂度的计算依据 阶段 是梁正常使用阶段 带裂缝工作 可作为正常使用阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据 a是承载能力极限状态 二 梁的正截面破坏特征 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 会发生不同形态的破坏 配筋率r 描述受拉钢筋配置量 截面有效面积 5 1 配筋率与破坏形态的关系 a 少筋破坏 一裂即坏 b 适筋破坏 受拉区钢筋先屈服 受压区混凝土后压碎 c 超筋破坏 受压区混凝土压碎 受拉区钢筋不屈服 二 梁的正截面破坏特征 脆性破坏 脆性破坏 延性破坏 完全破坏以前具有很好的变形能力 有明显的预兆 这种破坏称为 延性破坏 As As min As As max As min As As max 第三节受弯构件正截面承载力计算公式 一 计算基本假定 一 平截面假定 二 不考虑混凝土的抗拉强度 三 已知混凝土受压的应力 应变关系曲线和钢筋的应力应变关系曲线 二 计算基本公式 单筋矩形截面梁 c 和 d 两个应力图形的等效条件是 1 混凝土压应力的合力C大小相等 2 两图形中受压区合力C的作用点不变 Mu 正截面受弯承载力设计值fc 混凝土轴心抗压强度设计值 fy As 受拉钢筋抗拉强度设计值和受拉钢筋截面面积b h0 矩形截面宽度和截面有效高度 三 公式适用条件 式 5 2 是以适筋梁破坏前瞬间 受力阶段的 a状态 的静力平衡条件得出的 因此公式只适用于适筋构件的计算 换言之 在应用公式时 应当防止超筋破坏和少筋破坏的发生 一 防止发生超筋破坏的条件 二 防止发生少筋破坏的条件 两个适用条件 一 防止发生超筋破坏的条件 1 界限破坏 相对界限受压区高度 b 相对界限受压区高度 b 2 防止发生超筋破坏的条件 一 防止发生超筋破坏的条件 或 相对界限受压区高度 二 防止发生少筋破坏的条件 最小配筋率 min 防止发生少筋破坏的条件 对矩形截面 最小配筋率 按腹板全截面计算 此值取0 2 和中的较大值 第四节受弯构件正截面受弯承载力的设计计算 受弯构件正截面受弯承载力计算包括 截面设计 截面较核两类问题 截面设计 已知弯矩设计值M 混凝土强度等级及钢筋强度等级 矩形截面宽度b及截面高度h 求所需的受拉钢筋截面面积As 截面复核 已知M b h As 混凝土强度等级及钢筋强度等级 求受弯承载力设计值Mu 进一步核算截面是否满足正截面受弯承载力要求 Mu与M关系 一 单筋矩形截面 基本公式 适用条件 一 截面设计 图5 14截面设计流程 as取值 在室内正常环境 一类环境 下 板 as 25mm C25时 或20mm C25时 梁 一排钢筋时as 45mm C25时 或40mm C25时 两排钢筋时as 70mm C25 或60mm C25时 在其余环境下根据混凝土保护层厚度相应加大 二 截面校核 Mu M 安全 Mu M 不安全 二 双筋矩形截面 双筋矩形截面 不仅在受拉区配置纵向受力钢筋 而且在受压区也配置纵向受力钢筋的矩形截面 也即在矩形截面的受压区配置受压钢筋以承受部分压力的截面 双筋截面以下情况采用 1 弯矩很大 按单筋矩矩形截面计算所得的 大于 b 而梁截面尺寸受到限制 混凝土强度等级又不能提高时 2 在不同荷载组合情况下 梁截面承受变号弯矩 3 抗震设计中 需要配置受压钢筋以增加构件截面的延性 二 双筋矩形截面 一 基本计算公式及适用条件 基本计算公式 当不满足条件 2 时 可对受压钢筋取矩 正截面受弯承载力设计值按下式计算 公式适用条件 条件 1 条件 2 保证不超筋 从而保证受拉钢筋屈服 保证受压钢筋屈服 双筋矩形截面的受拉钢筋面积一般都较大 其配筋率都能满足最小配筋率的要求 二 截面设计 有两种情况 受压钢筋面积As 和受拉钢筋面积As都是未知的 受压钢筋面积As 是已知的 求受拉钢筋面积As 1 情形1 求As 和As 基本计算公式 补充条件 b 2 情形2 已知As 求As 1 情形1 求As 和As 2 情形2 已知As 求As 三 截面校核 第五节受弯构件剪弯段的受力特点及斜截面受剪破坏 受弯构件的主要破坏形态 腹筋 作用 承担剪力 防止斜截面破坏 箍筋 弯起钢筋 统称腹筋 工程设计中 应优先选用箍筋 然后再考虑采用弯起钢筋 试验研究表明 抗剪性能 箍筋优于弯起钢筋 现今建筑工程中的一般梁 除悬臂梁外 板都已经基本上不再采用弯起钢筋了 但在桥梁工程中 弯起钢筋还是常用的 一 弯剪段内梁的受力特点 剪跨比 M V同一截面的弯矩与剪力设计值 集中荷载作用的简支梁 斜裂缝开裂面 AB 剪压区 二 斜截面破坏的主要形态 三种破坏形态比较 三种破坏 斜拉破坏 条件 3 且箍筋配置数量过少 配箍率rsv太小 特征 斜裂缝一旦出现 与斜裂缝相交的箍筋承受不了原来由混凝土所负担的拉力 箍筋立即屈服而不能限制斜裂缝的开展 箍筋甚至被拉断 发生斜拉破坏 与无腹筋梁相似 为脆性破坏 剪压破坏 条件 1 且箍筋配置数量适当特征 与斜裂缝相交的箍筋不会立即受拉屈服 箍筋限制了斜裂缝的开展 避免了斜拉破坏 箍筋屈服后 斜裂缝迅速向上发展 使斜裂缝上端剩余截面缩小 使剪压区的混凝土在正应力 和剪应力 共同作用下产生剪压破坏 为脆性破坏 斜压破坏 条件 剪跨比很小 1 或者 1且箍筋筋配置过多特征 混凝土斜向柱体被压碎 但箍筋不屈服 为脆性破坏 三 斜截面受剪承载力影响的因素 1剪跨比2混凝土强度3配箍率rsv4纵筋配筋率5截面尺寸和形状 第六节受弯构件斜截面的受剪承载力计算 一 仅配置箍筋的矩形 T形和I形截面受弯构件的斜截面受剪承载力设计值 V Vcs 一 计算公式及适用条件 集中荷载作用下 集中荷载在支座截面或节点边缘产生的剪力占总剪力的75 以上 独立梁 不与楼板整体现浇的梁 现浇混凝土楼盖和装配整体式混凝土楼盖中的主梁虽然主要承受集中荷载 但不是独立梁 所以除吊车梁和试验梁以外 建筑工程中的独立梁是很少见的 集中荷载作用下的独立梁 二 配置箍筋和弯起钢筋时受剪承载力计算 V Vcs Vsb 三 公式适用条件 1 上限值 截面最小尺寸 防止斜压破坏条件 对矩形 T形和I形梁截面尺寸符合下列要求 当hw b 4时 厚腹梁 也即一般梁 V 0 25 cfcbh0当hw b 6时 薄腹梁 V 0 2 cfcbh0当4 hw b 6时 按直线内插法取用 不等式右边即斜截面受剪承载力上限值 设计时 如果不能满足式 5 23 或式 5 24 的要求 必须加大截面尺寸或提高混凝土强度等级 直到满足为止 hw 截面腹板高度 V 剪力设计值 bc 为高强混凝土的强度折减系数 当fcu k 50N mm2时 bc 1 0 当fcu k 80N mm2时bc 0 8 其间线性插值 2 下限值 最小配箍率和箍筋最大间距 当时 配箍率尚应满足 箍筋的间距应满足表4 1要求 105页 箍筋的直径满足下表要求 二 计算位置 1 支座边缘处的截面 截面1 1 2 受拉区弯起钢筋弯起点处的斜截面 截面2 2 3 箍筋截面面积或间距改变处的斜截面 截面3 3 4 腹板宽度改变处的斜截面 三 设计计算步骤及例题 1 验算截面尺寸 防止斜压破坏 2 验算是否可以按构造配筋满足下式可按构造配箍 3 当不能按构造配箍筋时 利用公式计算腹筋用量 4 验算箍筋间距 直径和最小配箍率是否满足要求 防止斜拉破坏 第七节受弯构件斜截面受弯承载力及有关构造要求 在设计中除了保证梁的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力外 还应在考虑纵向钢筋弯起 截断及锚固时采取措施 以保证构件的斜截面受弯承载力不低于正截面受弯承载力 受弯构件斜截面受弯承载力计算 Mu Fs z Fsv zsv Fsb zsb 一 正截面受弯承载力图 简称材料图或Mu图 正截面受弯承载力图 是指按实际配置的纵向受力钢筋绘制的梁上各正截面所能承受的最大弯矩设计值的图形 它反映沿梁长度方向各正截面上的弯曲抗力 充分利用截面 不需要钢筋截面 理论截断点 二 满足斜截面受弯承载力的纵向钢筋弯起的位置 三 纵向钢筋的截断位置 梁底纵筋承受正弯矩 一般不宜截断 而是伸入支座 因为梁的正弯矩图形的范围比较大 受拉区几乎覆盖整个跨度 对于在支座附近的负弯矩区段内梁顶的纵向受拉钢筋 因为负弯矩区段的范围不大 故往往贯穿支座后采用截断的方式来减少纵筋的数量 以节省钢材 1 从该钢筋充分利用的截面起到截断点的长度 满足 伸出长度 的要求 保证充分锚固 2 从不需要该钢筋的截面 理论截断点 起到截断点的长度 满足 延伸长度 的要求 保证斜截面受弯承载力 纵筋截断要求 图4 37负弯矩区段纵向受拉钢筋的截断情况1 V 0 7ftbh0情况2 V 0 7ftbh0 截断点位于负弯矩区以外 情况3 V 0 7ftbh0 且按情况2截断点位于负弯矩受拉区 四 纵向钢筋在支座处的锚固 支座钢筋的锚固 光圆钢筋 带肋钢筋 一 简支梁和连续梁简支端 表5 9 二 连续梁和框架梁 在连续梁 框架梁的中间支座或中间节点处 纵向钢筋伸入支座范围的长度应当满足一定要求 保证充分锚固 五 其他构造要求 一 弯起钢筋的锚固 光圆钢筋要做180度弯钩 二 鸭筋 三 箍筋 1 箍筋的强度 2 箍筋的形状 弯钩及开口应