梁板结构及单向板计算.ppt

本章要旨： (1)深入理解建立换算荷载、塑性铰链、内力再分布、弯矩振幅等概念的连续梁、板截面设计特点和配筋、结构要求，以便熟练掌握集中式单向板肋形大厦考虑盖内力弹力理论和塑性内力再分布的计算方法。 (2)现浇一体式双向板肋形楼盖，熟悉其静力功特点，要求掌握内力基于弹性理论计算的近似方法(熟悉塑性极限分析方法)，熟悉该楼盖结构的剖面设计和结构要求。 (3)对于重叠式地板盖，要求理解其形式，掌握内部力的计算、方法以及结构要求。 (4)对装配式楼盖要了解预制板的形式，掌握其结构布局、连接和内力计算要点。 (5)无粘结预应力楼盖要求掌握其设计方法和结构要求。 1.1概述，楼盖和屋盖是房屋结构的重要组成部分，在房屋结构的自重和成本中占有很大比例。 楼盖的主要功能(P1) :将楼盖的垂直力传递给垂直构造(柱、墙、基础等)的水平力作为垂直构造传递或分配垂直构造的纵向构造部件的水平连接和支撑。 楼房结构设计要求(P1) :在垂直载荷下，可靠地连接满足承载力和垂直刚度要求的楼盖本身在水平面内需要足够的水平刚度和一体性的垂直构件，以保证垂直力和水平力的传递。 按、(1)结构受力形式分类：单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、井盖、密肋楼盖、无梁楼盖(2)预应力混凝土楼盖、预应力混凝土楼盖(包括非粘结预应力混凝土楼盖P1-2)、(3)施工方法现在地板罩的刚性大，整体性好，抗震耐冲击性好，对不规则平面的适应性强，开孔方便。 缺点是模板消耗量大，施工工期长。 装配式楼盖主要用于多层住宅，特别是多层住宅和工业现场。 具有施工速度快、节约模板的优点，建筑物盖的刚性、整体性、抗震性能差等缺点。 组装一体化地板盖是提高组装式地板盖刚性、包容性和抗震性能的改进措施，集中了现浇式和组装式地板盖两方面的优点，克服了不足之处。 1.2单向板肋梁楼盖、单向板肋梁楼盖的设计顺序为：结构平面配置，板厚和主，确定副梁的截面尺寸板和主，确定副梁的计算概略图载荷和应力的计算构件的截面设计，变形及龟裂宽度的管理施工图(平面表示法)，1.2.1单向板的概念，称为单向受力板，单向板。 单向板的计算方法与梁相同，也称为梁式板，一般包含以下3种形式的悬臂板：悬臂板式雨篷或板式阳台等双面支承板：双面支承的组装式铺板或走廊的现行通道板等双邻接边支承板、三边支承板及四边支承板基于弹性理论，在四边支承板的两个方向上计算跨距之比2 在、2中，沿长跨距方向分配的载荷小于6%，因此在设计中只能考虑板沿短跨距方向弯曲。 也就是说，计算忽略了载荷在较长跨距方向上的传播，只是在结构上正确处理较长跨距方向上的弯曲。 如果为2，则沿长跨距方向分配的载荷小于6%，因此在设计中只能考虑板沿短跨距方向弯曲。 也就是说，计算将忽略载荷在较长跨距方向上的传播，并且仅在结构上适当地处理较长跨距方向上的弯曲。 当时，1.2.2结构平面配置，单向板肋梁楼盖由板、副梁和主梁构成。 其中，子光束的间距确定板的跨距，主光束的间距确定子光束的跨距，柱网格大小确定主光束的跨距。 单向板、二次梁和主梁的常用跨度为：单向板：1.82.7m，负荷大时取较小的值，一般不得超过3m的副梁：46m主梁：58m。单向板肋梁楼盖常见的结构平面布置方案包括： (1)主梁横向布置，副梁纵向布置，(2)主梁纵向布置，副梁横向布置，(3)主梁横向布置，副梁纵向布置优点是房屋横向刚性大，各横向框架之间用纵向副梁连接，因此房屋纵向刚性也大此外，由于主梁与外纵壁垂直，外纵壁的窗高可能变大，减少了顶梁的影响，有利于室内采光。 (2)主梁的纵向配置、副梁的横向配置适用于横向柱距远大于纵向柱距的情况。 其优点是减小主梁的截面高度，增大室内净高度。 (3)只配置副梁，不配置主梁，适用于有中间通道的地板罩。 楼盖结构平面布置应注意的问题： (1)梁，尤其是主梁不放在门、窗梁上，梁的负担增大，建筑效果也差。 (2)应考虑其他专业人员的要求：在宾馆建筑中，设置管道检查井，副梁不能贯穿时，需要在检查井的两侧设置两个副梁。 (3)楼宇、屋顶上有机械设备、冷却塔、悬挂装置和隔墙等的场所(集中力的作用点)应设置梁的承重力。(4)为了减少主梁跨度内的弯矩不均，最好不要在主梁跨度内放置1根副梁。 (5)未封闭阳台、厨房、厕所的板面水平应低于相邻板面3050mm。 (6)地板开有大尺寸的开口部时，在开口部设置梁。 1.2.3连续梁、板按弹性理论的内力计算，(1)假设计算为梁、板均为弹性构件的梁、板的支撑情况如表1.1所示。 确定梁、板的支承反作用力时，为方便起见，忽略梁、板的连续性，各跨距用简支梁计算支承反作用力。 在假设中，4点与实际情况不一致： (a )端托架多具有一定的嵌合作用，因此配筋时在梁、板端托架的顶部设置一定数量的结构钢筋。 (b )无视子光束对板、主光束对子光束的约束和柱对主光束的约束，支撑连杆能够自由旋转的假设基本上用换算载荷修正发生的误差。 (c )支撑台总是有一定的宽度，因为不像计算图那样只集中在一点上，所以要调整支撑台的弯曲力矩和剪切力。 (d )假设连杆支撑台没有垂直位移，并且连杆基本上忽略了子束的垂直变形对板的影响，而且也忽略了主束的垂直变形对子束的影响。 (2)计算单元、板为lm宽的板带，其计算单元主，副梁的截面形状为两侧带凸缘(板)的t形截面，地板罩周边的主，副梁为单侧带凸缘。 各侧翼的计算宽度取距相邻梁中心的距离的一半。 一个副梁的负荷范围和副梁向主梁传递的集中负荷范围如图1.4所示。板、副梁主要承受平均配线载荷，主梁主要承受从副梁传递的集中载荷。 主梁自重的比例很小。 为了便于计算，可以将其转换为集中载荷，并将其施加到来自子梁的集中载荷上。 因此，从承受负荷的角度来看，主梁主要承受集中负荷，副梁主要承受平均配线负荷，因此主梁的弯曲角图和剪切力的起伏比副梁的大，切断或弯曲主梁的纵筋时必须注意。(3)的计算概略图由假设得知，连续梁，板的计算概略图如图1.5a所示。 在连续梁、板的某个跨度中，作用于其他跨度的载荷会影响其跨度内力，但作用于离其两个跨度以上的跨度内的载荷影响较小，可以忽略。 这样，对于等截面且等跨度的连续梁板，当实际跨度数超过5个跨度时，如图1.5b所示，能够以5个跨度进行计算。 所有中间跨距的内力和钢筋在第三跨距处理，如图1.5c所示。 在计算中，经常将边缘跨度称为第一跨度，将支承台a、b、c分别称为边缘支承台、第一内部支承台、第二支承台。计算跨距的取值，基于弹性理论，将尾架作为固定尾架时，尾架和中间跨距的计算跨距均为超过托架中间距离的端部的支撑台为单纯支撑台时，取板：和的较小值的主、副梁：和的较小值。基于塑性理论取板、副梁：跨边取中间过渡： (4)换算负荷、板由副梁支承、副梁由主梁支承时，副梁受板、主梁约束，因此增大支承台的负弯矩、减小正弯矩的处理方法：采用换算负荷、增大恒定负荷(沿全跨距)、减小活性负荷(沿最不利的位置配置) 这样调整，板子梁的支撑角几乎接近现实。 主梁的重要性高于板和副梁，其弯曲刚性通常大于柱，因此主梁不调整。 (5)活性载荷的最不利配置是活性载荷的位置可变，活性载荷的不利配置意味着在这种情况下能够得到跨台座截面或内侧截面的最大内力(绝对值)。 图1.7显示的是单跨度负荷时的5跨度连续梁的弯矩m和剪切力v的图表。 活性载荷最不利的配置规则： (a )求出某支承台截面的最大负力矩(最小弯矩)时，在其左右两跨距配置活性载荷，求出每个左、右跨距配置的(b )某跨距的跨距内截面最大正力矩时，在其跨距配置活性载荷，在左、 在求出必须在右侧按跨距配置的(c )某个跨距的最小正力矩(或最大负力矩)时，在该跨距不配置活载荷，而在其左右跨距配置活载荷，求出在左右跨距配置的(d )某个支承台的左右最大剪切力(绝对值) (6)基于支座弯矩和剪力的修正、弹性理论计算连续梁、板内力时，中间跨距的计算跨距取支座中心线之间的距离，这样求出的支座弯矩和剪力位于支座中心。 梁、板与支座连接在一起时，支座边缘部分的截面高度比支座中心部分的截面高度要小得多，以支座边缘部分的内力作为设计依据，使梁、板结构的设计变得合理。(7)应力包络线图在求跨支座截面和内截面的最大弯矩、最大剪切力后，可进行截面设计，确定钢筋用量。 确定梁上部纵筋的切断和下部纵筋的弯曲时，需要知道最大弯矩和最大剪力沿跨度的变化，需要绘制弯矩包络图和剪力包络图。 根据活载荷的配置，各特性截面可能发生的弯矩设计值的上下限是由所有曲线的最外缘曲线构成的弯矩包络图。 你也可以画剪切力包络。 包络图是最终截面设计的内力依据。(8)应力计算，连续梁，板为弹性理论的应力计算： (a )等截面，等跨距，支座简支连续梁，板弹性应力计算； (b )在平均布荷载的作用下，等截面不等跨度、简支连续梁、板的弹性应力计算(c )不等截面不等连续梁、跨板的弹性应力计算。 以上采用结构力学方法分析内力，可以使弯矩分配法实用化，(1)在总载荷(恒十活)和恒载荷的作用下，同时计算支撑台截面的两个固端弯矩值，(2)计算支撑台的不平衡矩时，两个固端弯矩值中， 必须根据活载不利配置的要求选择一个进行计算(3)只考虑相邻支撑台的力矩传递，只传递一次。 符号规定：作用于活塞杆端部的弯曲力矩或剪切力使活塞杆以相反侧的端部为中心顺时针正向、反向负向旋转。 这样，力矩传递系数为正的1/2。 1.2.4考虑到连续梁、板应力重分布的计算，(1)应力重分布的概念不仅关系到超静定结构的应力，还关系到结构的计算示意图与各部分的弯曲刚度之比。 钢筋混凝土结构受其断面力的全过程一般有三个阶段：裂缝前弹性阶段、裂缝后裂缝阶段、钢筋屈服后破坏阶段。在弹性阶段，刚度不变，内力与荷载成正比。 进入有裂纹的阶段，因为各断面间的刚性比发生变化，各断面间的内力比也发生变化。 单个断面屈服于拉伸钢筋后，人破坏阶段形成塑性铰链，引起结构计算示意图的变化，改变了内力的变化规律。 塑性内力的再分布和内力的再分布，混凝土结构由于刚性比的变化和塑性铰链的出现，结构计算的示意图发生了变化，结构内力不符合弹性理论的内力规律的现象称为塑性内力的再分布和内力的再分布。 内力重分布和应力重分布、应力重分布，截面上各纤维层间的应力变化规律与弹性理论不同，既存在静定的混凝土结构，也存在超静定的混凝土结构。 内力重分布意味着结构上各截面之间的内力变化规律与弹性理论不同，只有超静定结构存在内力重分布现象，而静定结构的内力与截面刚度无关，出现塑性铰链意味着结构的破坏，内力重分布的两个阶段，超静定结构的内力重分布产生穿过裂缝到结构破坏的过程该工艺从初始塑性铰链和初始塑性铰链分为结构破坏两个阶段。 第一阶段内力再分布主要是各部分刚性变化引起的第二阶段内力再分布主要是塑性铰链的旋转引起的。 第二阶段内力的再分布比第一阶段明显。 在连续板考虑内力再分布的内力计算中，承载力计算处于第二阶段，变形裂纹管理处于第一阶段。 塑性铰链出现后，内力的再分布程度主要取决于塑性铰链的旋转能力。 如果已经出现的塑性铰链具有足够的旋转能力，最后能够保证构造成几何可变系统的塑性铰链的形成，那么在称为完全内力再分布的塑性铰链旋转中混凝土被压扁时，如果构造不是几何可变系统，就称为不完全内力的再分布。 塑性铰链的旋转能力与配筋率的大小有关。 配筋率过大，不易形成塑性铰链，塑性铰链旋转能力不足，结构不能保证完全的内力再分布。 内力重分布的意义和应用，在混凝土超静定结构设计中，构件截面设计遵循极限状态的设计原则，但结构内力分析采用弹性理论，构件刚度不随载荷大小和作用时间长度而变化，内力和载荷之间存在线性关系。 但受混凝土非弹性变形、裂缝产生和展开、钢筋滑动和屈服、塑性铰链形成和旋转等因素的影响，结构构件刚度在受力阶段不断变化，结构的实际应力和变形与弹性理论计算结果明显不同。 因此，在混凝土连续梁板的设计中，考虑到结构的应力分布，建立了弹塑性的应力计算方法，不仅使结构的应力分析与截面设计相协调，而且设计合理：应用应力分布的意义，(a )能够准确计算结构承载力和管理使用阶段的变形和裂缝宽度(b ) 结构破坏时多断面达到极限承载力，充分发挥结构潜力，利用能更有效节约材料的(c )结构内力再分布现象，合理调整钢筋布局，缓解支架钢筋的拥挤现象，简化钢筋结构，使混凝土浇筑更加容易， 根据可提高施工效率和质量的(d )结构的内力再分布现象，可在某些条件下人为控制结构中的力矩分布，从而简化设计。考虑内力再分布的计算方法以形成塑性铰链为前提，(a )在使用阶段不应采用对龟裂和龟裂有严格限制的结构，如池子、防水屋顶、侵蚀性环境中的结构，(b )直接承受动力和重复负荷的结构，(c )要求具备高承载力的结构， 钢筋混凝土受弯构件塑性铰链的特性是，随着、载荷的轻微增加，裂缝持续上升，混凝土受压区缩小，中和轴上升，内力臂稍微增加，截面的弯矩增加到图1.10c中的b点，其值对应于截面的极限弯矩Mu 最后，由于受压区的混凝土达到了极限压应变值，部件丧失了承载能力(图10c的c点)。 该过程发生在梁跨度最大弯矩附近的局部区域，其曲率发生急剧变化，形成所谓的塑性铰链。 塑性铰链的特征在于，(a )只能沿着弯矩的作用方向绕持续