《水工钢筋混凝土结构》概述ppt课件

1、概述概述 u第第1 1讲：钢筋混凝土构造普通概念和特点讲：钢筋混凝土构造普通概念和特点u第第2 2讲：钢筋混凝土构造设计方法讲：钢筋混凝土构造设计方法u第第3 3讲：钢筋混凝土构造资料性能讲：钢筋混凝土构造资料性能u第第4 4讲：钢筋混凝土构造设计讲：钢筋混凝土构造设计u 附：钢筋混凝土梁设计实例附：钢筋混凝土梁设计实例学学 习习 提提 纲纲1. 钢筋混凝土构造的普通概念和特点钢筋混凝土构造的普通概念和特点1.1 定义与分类 以混凝土为主，并根据需求配置普通钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重资料的构造，均可称为混凝土构造。素混凝土构造素混凝土构造钢筋混凝土构造钢筋混凝土构造预应力混凝土

2、构造预应力混凝土构造钢骨混凝土构造钢骨混凝土构造钢管混凝土构造钢管混凝土构造钢钢 -混凝土混合构造混凝土混合构造素混凝土构造素混凝土根底素混凝土素混凝土钢筋混凝土梁钢筋混凝土构造预应力混凝土构造钢-混凝土混合构造钢骨混凝土构造混凝土型钢钢管混凝土构造钢管混凝土1.2. 钢筋混凝土构造的特点混凝土：水泥+石子+砂+水+ 人工石 砼 抗压强度高，抗拉强度低，破坏时有明显的脆性性质。钢筋：抗拉和抗压强度都很高；延性较好;易锈蚀 钢筋+混凝土将混凝土和钢材这两种资料有机地结合在一同，可以取长补短，充分利用资料的性能。n 将砼和钢材这两种资料有机地结合在一同，可以取长补短，充分利用资料的性能。两种资料可

3、以共同任务的缘由两种资料可以共同任务的缘由钢筋混凝土构造的特点钢筋混凝土构造的特点 优点：耐久、整体性、可模性优点：耐久、整体性、可模性 、耐火、耐火 、就地取材就地取材 、省钢材、省钢材 缺陷：自艰苦缺陷：自艰苦 、施工比较复杂、施工比较复杂 、耗费木、耗费木料较多料较多 、抗裂性差、修补和加固任务比较困、抗裂性差、修补和加固任务比较困难难 n n 二者之间有良好的粘结力 ；n 二者的温度线膨胀系数较为接近；n 混凝土维护层维护钢筋n n n 1.3 钢筋混凝土构造的运用 在水利水电工程中，钢筋混凝土可以用来建造平板坝、连拱坝、隧洞衬砌、水电站厂房、机墩、蜗壳、尾水管、调压塔、压力水管、水闸

4、、船闸、码头、渡槽、涵洞、倒虹吸管渠道等。 在土木、交通工程中，可用来建造住宅、厂房、仓库、高层楼房、水池、水塔、桥梁、电视塔等。三峡工程水利枢纽布置图三峡工程永久船闸效果图三峡工程永久船闸效果图三峡工程左厂房三峡工程左厂房小浪底水利枢纽工程小浪底水利枢纽工程小浪底进水塔基础砼浇筑小浪底进水塔基础砼浇筑砼施工中的小浪底进水塔群砼施工中的小浪底进水塔群二滩双曲拱坝二滩双曲拱坝 泄洪泄洪葛葛 洲洲 坝坝 船船 闸闸毛里塔尼亚友谊港毛里塔尼亚友谊港塞那河上的诺曼底大桥塞那河上的诺曼底大桥美国密执安州的麦基那克海峡大桥美国密执安州的麦基那克海峡大桥1.4 钢筋混凝土构造的开展简史19世纪中叶 钢筋混凝

5、土从开场采用1867年法国巴黎花匠蒙列J.Monier 花盆；1875年美国人沃德W.E.Ward第一所RC房屋；1877年有了各种钢筋混凝土梁的实验成果；1905年发明了钢筋混凝土无梁楼板；1925年德国建造了钢筋混凝土的薄壳构造；1928年法国工程师弗列西涅E.Freyssinet用高强钢丝和混凝土制成了预应力混凝土构件 标志性建筑标志性建筑 ： *德国法兰克福市的飞机库屋盖，它采用预应力轻骨德国法兰克福市的飞机库屋盖，它采用预应力轻骨料混凝土建造，构造跨度达料混凝土建造，构造跨度达90米；米； *加拿大多伦多电视塔，高达加拿大多伦多电视塔，高达553米；米； * 马来西亚吉隆坡的双塔大厦

6、，建筑高度达马来西亚吉隆坡的双塔大厦，建筑高度达452米；米； * 上海金茂大厦，地上上海金茂大厦，地上88+3层，高度达层，高度达420.5米；米； * 上海电视塔，主体构造高上海电视塔，主体构造高350米，塔高米，塔高468米；米； * 上海杨浦大桥，全长上海杨浦大桥，全长7658米，主桥跨径米，主桥跨径602米；米； * 长江三峡工程长江三峡工程 开展方向开展方向 ： 与砖石构造、钢木构造相比，钢筋砼构造的历史并与砖石构造、钢木构造相比，钢筋砼构造的历史并不长，但开展非常迅速，目前砼构造已成为土木、不长，但开展非常迅速，目前砼构造已成为土木、水利工程构造中最主要的构造。水利工程构造中最主

7、要的构造。在资料方面：在资料方面： 向高强向高强100200N/mm2 、轻质、轻质1418kN/m3、高流动性、自密实、耐久及具有特、高流动性、自密实、耐久及具有特殊性能的混凝土开展；殊性能的混凝土开展；在计算实际方面：在计算实际方面： 阅历了允许应力法、破损坏阶段法和极限形阅历了允许应力法、破损坏阶段法和极限形状法三个阶段。状法三个阶段。 常用的规范混凝土构造设计规范建筑构造荷载规范建筑地基根底设计规范建筑抗震设计规范高层建筑混凝土构造技术规程2. 钢筋混凝土构造的设计方法钢筋混凝土构造的设计方法2.1 规范和设计实际2.1 规范和设计实际允许应力设计法破坏阶段设计法极限形状设计法半阅历半

8、概率法近似概率法全概率法生命全过程设计法资料力学的方法按阅历法确定平安系数混凝土构造设计规范基于概率的极限形状设计法 2.2 构造的功能要求、可靠性与可靠度功能要求平安性、适用性和耐久性可靠性可靠度构造在规定的时间内，规定的条件下完成预定功能的概率概率度量2.3 极限形状整个构造或构造的一部分超越某一特定形状就不能满足设计规定的某一功能要求极限形状承载才干极限形状正常运用极限形状 2.4 作用和资料强度的取值一切能使构造产生内力和变形的缘由统称为“作用。荷载是作用中的一部分。概率密度荷载荷载平均值荷载规范值荷载随机变量荷载规范值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率如95%的统计特

9、征值2.4 作用和资料强度的取值强度随机变量强度规范值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率如钢筋为97.73%,混凝土为95%的统计特征值概率密度资料强度强度平均值强度规范值 2.5 基于概率的极限形状设计法作用效应S作用引起的内力与变形，也是随机变量构造抗力R抵抗作用效应的才干，也是随机变量结构处于可靠状态结构处于极限状态结构处于失效状态000SRZ 2.5 基于概率的极限形状设计法S和R符合正态分布那么Z也符合正态分布概率密度Z=R-SZZpf构造的失效概率)0()(0ZPdZZfPf为简化计算，引入可靠目的22SRSRZZ)(1fP 2.5 基于概率的极限形状设计法目的可靠

10、目的安全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2 2.6 适用的设计表达式直接用目的可靠目的进展构造设计，需求大量的统计数据，比较复杂采用荷载、强度规范值，相应的分项系数和组合系数表示的适用设计表达式分项系数是按目的可靠目的，并思索工程阅历确定的，使两种方法具有一样或相近的可靠性承载才干极限形状设计表达式,)(211100kccksskniikCiQiQikQQkGGaffRQCQCGCS,)(100kccksskniikCiQiQikGGaffRQCGCS 2.6 适用的设计表达式正常运用极限形状设计表达式)211niikCiQikQkGkQCQCGCS规范组合)

11、1niikqiQikGkQCGCS准永久值组合)2111niikCiQikfQkGkQCQCGCS频遇组合 2.6 适用的设计表达式3. 钢筋混凝土资料性能认识钢筋混凝土资料性能认识3.1 钢筋的种类和规格钢筋的种类和规格 按化学成分区分按化学成分区分低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量0.6%强度高、塑性强度高、塑性差差低合金钢：碳素钢根底上参与少量合金元低合金钢：碳素钢根底上参与少量合金元素而成，素而成， 强度高、塑性好强度高、塑性好 按外形区分按外形区分光面钢筋光面钢筋变形钢筋变形钢筋月牙肋月牙肋 纹路与肋不相交，纹路与肋不相交， 不易产生应力集中，粘结强度不易产生应力集中，粘结强度 略低于等高

12、肋钢筋。略低于等高肋钢筋。等高肋等高肋螺旋纹、人字纹与钢筋砼粘螺旋纹、人字纹与钢筋砼粘结力好，纹路与肋相交，易产生应力集中。结力好，纹路与肋相交，易产生应力集中。光面圆钢筋光面圆钢筋螺旋纹钢筋螺旋纹钢筋人字纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋月牙纹钢筋等高肋、低合金钢，强度高；普通经冷拉后用于预应力钢筋砼构造。v冷加工钢筋冷加工钢筋v 热轧钢筋常温下经冷拉、冷拔、冷轧、冷热轧钢筋常温下经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。冷加工提高钢筋的强度，节约扭加工后而成。冷加工提高钢筋的强度，节约钢材。冷加工后，强度提高，塑性降低。普通钢材。冷加工后，强度提高，塑性降低。普通用于预应力砼构造。用于预应力砼构造。v热

13、处置钢筋热处置钢筋 v 等高肋低合金钢，等高肋低合金钢，级钢经加热、淬火和回级钢经加热、淬火和回火等调质工艺而成，强度提高，塑性降低不多。火等调质工艺而成，强度提高，塑性降低不多。用于预应力砼构造。用于预应力砼构造。v钢丝钢丝v 直径直径6mm，外形有光面、刻痕和螺旋肋，外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径直径9.515.2 mm。用于预应力砼构造。用于预应力砼构造。 v 3.2 3.2 钢筋的力学性能钢筋的力学性能 1 1软钢的力学性能软钢的力学性能 a为比例极限为比例极限 cdcd为强化段为强化段b为屈服强度为屈服强度

14、 fybcbc为屈服台阶为屈服台阶d d为抗拉强度为抗拉强度软钢：有明显屈服点的钢筋，如热轧软钢：有明显屈服点的钢筋，如热轧 级钢筋。级钢筋。 含碳量高，屈服强度和抗拉强度高，伸长率小，流幅缩短。2硬钢的力学性能硬钢的力学性能 a点：比例极限点：比例极限协定流限：强度设计目的，协定流限：强度设计目的，指经加载及卸载后尚存有指经加载及卸载后尚存有0.2%永久剩余变形时的应力，永久剩余变形时的应力，用用0.2表示。表示。 0.2普通相当于普通相当于抗拉强度的抗拉强度的70% 85%。硬钢：没有明显屈服点的钢硬钢：没有明显屈服点的钢筋，如热处置钢筋及高强钢筋，如热处置钢筋及高强钢丝。丝。 a0.2%

15、0.2 fu 3.3 砼的强度砼的强度1立方体抗压强度立方体抗压强度fcu砼构造主要利用其抗压强度，因此抗压强度是最砼构造主要利用其抗压强度，因此抗压强度是最主要和最根本的目的。主要和最根本的目的。规范立方体强度：规范立方体试件测得的抗压强规范立方体强度：规范立方体试件测得的抗压强度，用度，用fcu表示。表示。砼强度等级：边长砼强度等级：边长150mm立方体，温度为立方体，温度为203、相对湿度不小于、相对湿度不小于95%的条件下养护的条件下养护28天，用规范实验方法测得的具有天，用规范实验方法测得的具有95%保证率保证率的立方体抗压强度规范值的立方体抗压强度规范值fcuk作为砼的强度等作为砼

16、的强度等级，以符号级，以符号C表示，单位为表示，单位为N/mm2。v影响砼强度的要素影响砼强度的要素v实验方法。试件尺寸。加载速度。龄期。实验方法。试件尺寸。加载速度。龄期。水利水电工程用砼分11个强度等级，即C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60，级差为5N/mm2。 2 2轴心抗压强度轴心抗压强度fcfcv150mm150mm300mm的棱柱体试件测定，的棱柱体试件测定，v fc表示，较接近实践构件中砼的受压情况。表示，较接近实践构件中砼的受压情况。vfc (0.5 0.55) fc 时，最终徐变与应力不成正比，称为非线性徐变。当sc0.8f

17、c 时，砼内部微裂痕的开展处于不稳定形状，徐变的开展不收敛，导致砼的破坏。 加载龄期：砼的龄期越短，凝胶体的粘性流动越大，徐变越大。环境影响：外界相对湿度越高，构造内部水分不易外逸，徐变越小。徐变对构造的作用徐变有利于构造构件产生内应力重分布，减小应力集中景象。减小大体积砼内的温度应力。徐变会使构造构件的挠度变形增大。引起预应力损失。在长期高应力作用下，会导致破坏。松弛当构造受外界约束而无法变形，构造的应力会随时间的增长而降低，这种景象称为松弛。6 6砼的温度变形和干湿变形砼的温度变形和干湿变形砼因温度和湿度变化引起的体积变化称为温度变形砼因温度和湿度变化引起的体积变化称为温度变形和干湿变形。

18、和干湿变形。大体积砼构造温度变形非常重要，当变形遭到约束，大体积砼构造温度变形非常重要，当变形遭到约束，温度变化引起的应力能够引起开裂。温度变化引起的应力能够引起开裂。计算温度变形或应力时，砼温度线膨胀系数取为计算温度变形或应力时，砼温度线膨胀系数取为1.01.010-5 10-5 。大体积砼构造中，用钢筋来防止温度裂痕或干缩裂大体积砼构造中，用钢筋来防止温度裂痕或干缩裂痕是不能够的。痕是不能够的。适当布置钢筋，可分散裂痕，减小裂痕宽度。适当布置钢筋，可分散裂痕，减小裂痕宽度。为减小温度应力和干缩应力，可设置伸缩缝。为减小温度应力和干缩应力，可设置伸缩缝。v砼因外界湿度变化产生干缩与湿胀。砼因

19、外界湿度变化产生干缩与湿胀。v湿胀常产生有利的影响，设计中普通可不思索。湿胀常产生有利的影响，设计中普通可不思索。v干缩变形遭到约束时，构造产生干缩裂痕。干缩变形遭到约束时，构造产生干缩裂痕。v干缩变形影响要素：干缩变形影响要素：v 水泥用量多、水灰比越大，收缩越大；水泥用量多、水灰比越大，收缩越大；v 骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；骨料弹性模量高、级配好，收缩就小；v 枯燥失水及高温环境，收缩大；枯燥失水及高温环境，收缩大；v 小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收减少。小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收减少。 4. 钢筋混凝土受弯构件设计钢筋混凝土受弯构件设计钢筋混凝土根本构件设计计算：受弯构件、

20、受钢筋混凝土根本构件设计计算：受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件等压构件、受拉构件、受扭构件等预应力混凝土构造设计：受拉、受弯等预应力混凝土构造设计：受拉、受弯等钢筋混凝土梁板构造和刚架构造设计钢筋混凝土梁板构造和刚架构造设计钢筋混凝土构造设计钢筋混凝土构造设计混凝土建筑构造设计步骤预备任务确定构造方案构造布置构造计算简图构造分析和设计计算了解工程背景掌握设计所需原始资料搜集设计参考资料制定任务方案上部构造楼盖根底荷载计算构造内力分析荷载效应组合构件截面设计构造要求构造设计阐明构造设计计算书构造设计图纸时间上和空间上以受弯构件为例以受弯构件为例竖向荷载作用下计算简图 M图V图 N图 竖直荷

21、载作用下框架的内力表示图 程度荷载作用下计算简图 M图 V图 N图程度荷载作用下框架的内力表示图v受弯构件主要指构造中各种类型的梁与板。受弯构件主要指构造中各种类型的梁与板。v受弯构件的受力特点是截面上接受弯矩受弯构件的受力特点是截面上接受弯矩M M和剪力和剪力V V。v受弯构件承载力的设计内容：受弯构件承载力的设计内容：v (1) (1) 正截面受弯承载力计算正截面受弯承载力计算按知截面弯矩按知截面弯矩设计值设计值 M M，确定截面尺寸和计算纵向受力钢筋；，确定截面尺寸和计算纵向受力钢筋；v (2) (2) 斜截面受剪承载力计算斜截面受剪承载力计算按受剪计算截按受剪计算截面的剪力设计值面的剪

22、力设计值V V，计算确定箍筋和弯起钢筋的，计算确定箍筋和弯起钢筋的数量。数量。 b h l0纵向钢筋正截面受弯承载力设计为防止正截面破坏，须配纵向钢筋。 b h纵向钢筋 l0斜截面受剪承载力设计为防止斜截面破坏，须配弯起钢筋及箍筋。 1.1.截面方式截面方式4.1 4.1 受弯构件的截面方式和构造受弯构件的截面方式和构造v 梁截面方式常见的有矩形、梁截面方式常见的有矩形、T形、工形、十字形、箱形、形、工形、十字形、箱形、形。形。v 现浇单向板为矩形截面，现浇单向板为矩形截面， 预制板常见的有空心板。预制板常见的有空心板。工形矩形板矩形T 形箱形空心板 2.2.截面尺寸截面尺寸v为一致模板尺寸、

23、便于施工，通常采用梁为一致模板尺寸、便于施工，通常采用梁宽度宽度b=120b=120、150150、180180、200200、220220、250mm250mm， 250mm250mm以上者以以上者以50mm50mm为模数递增。为模数递增。v梁高度梁高度h=250h=250、300300、350350、400 400 、800mm 800mm ，800mm800mm以上者以以上者以100mm100mm为模数递增。为模数递增。v简支梁的高跨比简支梁的高跨比h/l0h/l0普通为普通为1/8 1/121/8 1/12。v矩形截面梁高宽比矩形截面梁高宽比h/b=2.0 3.5h/b=2.0 3.5

24、，T T形截面形截面梁高宽梁高宽 比比h/b=2.5 4.0h/b=2.5 4.0。v房屋建筑中板较薄，最小为房屋建筑中板较薄，最小为60mm60mm。v水工建筑中板厚变化范围大，厚的可达几水工建筑中板厚变化范围大，厚的可达几米，薄的可为米，薄的可为100mm100mm。b bh hb bh hc cc ccc c c c c c d=1028mm(常用常用)h0=h-a h0a30mm1.5dmindmindmindmindmind3.3.砼维护层砼维护层 为保证耐久性、为保证耐久性、防火性以及钢筋防火性以及钢筋与砼的粘结性能，与砼的粘结性能，钢筋外面须有足钢筋外面须有足够厚度的砼维护够厚度

25、的砼维护层。层。c cc ccc c c c c c d=1028mm(常用常用)h0=h-a h0a30mm1.5dmindmindmindmindmind4.4.梁内钢筋直径和间距梁内钢筋直径和间距梁底部纵向受力钢筋普通不梁底部纵向受力钢筋普通不少于少于2 2根，直径常用根，直径常用1028mm1028mm；梁上部无受压钢筋时，需配梁上部无受压钢筋时，需配置置2 2根架立筋，与箍筋和梁根架立筋，与箍筋和梁底部纵筋构成钢筋骨架，直底部纵筋构成钢筋骨架，直径普通不小于径普通不小于10mm10mm；为保证砼浇注的密实性，梁为保证砼浇注的密实性，梁底部钢筋的净距不小于底部钢筋的净距不小于30mm3

26、0mm及钢筋直径及钢筋直径d d，梁上部钢筋，梁上部钢筋的净距不小于的净距不小于30mm30mm及及1.5 d1.5 d。5.5.板内钢筋的直径和间距板内钢筋的直径和间距钢筋直径通常为钢筋直径通常为612mm612mm； 板厚度较大时，直径可用板厚度较大时，直径可用1418mm1418mm；受力钢筋最小间距为受力钢筋最小间距为70mm70mm；垂直于受力钢筋应布置分布钢筋于内侧：垂直于受力钢筋应布置分布钢筋于内侧： 将荷载均匀传送给受力钢筋，将荷载均匀传送给受力钢筋，施工中固定受力钢筋的位施工中固定受力钢筋的位置，置，抵抗温度和收缩产生的应力，抵抗温度和收缩产生的应力，抵抗另一方向的内力。抵抗

27、另一方向的内力。70CCmin分布筋分布筋(f6300)(f6300)h0 4.2 4.2 受弯构件正截面的实验研讨受弯构件正截面的实验研讨habAsh01梁的实验和应力梁的实验和应力应变阶段应变阶段1第第阶段阶段未裂阶段未裂阶段 荷载很小，应力与应变之荷载很小，应力与应变之 间成线性关系；间成线性关系； 荷载荷载，砼拉应力到达，砼拉应力到达ft， 拉区呈塑性变形；压区应拉区呈塑性变形；压区应 力图接近三角形；力图接近三角形； 砼到达极限拉应变砼到达极限拉应变 et=etu，截面即将开裂，截面即将开裂 a形状，弯矩为开裂形状，弯矩为开裂 弯矩弯矩Mcr； a形状是抗裂计算根据。形状是抗裂计算根

28、据。2 2第第阶段阶段裂痕阶段裂痕阶段 荷载荷载，拉区出现裂痕，拉区出现裂痕， 中和轴上移，拉区砼脱离中和轴上移，拉区砼脱离 任务，拉力由钢筋承当。任务，拉力由钢筋承当。 阶段阶段是正常运用阶段变是正常运用阶段变 形和裂痕宽度计算根据。形和裂痕宽度计算根据。 拉区有许多裂痕，纵向应拉区有许多裂痕，纵向应 变量测标距有足够长度变量测标距有足够长度 跨过几条裂痕，平均跨过几条裂痕，平均 应变沿截面高度分布近似应变沿截面高度分布近似 直线。平截面假定直线。平截面假定3 3第第阶段阶段破坏阶段破坏阶段 荷载荷载，钢筋应力先到达屈，钢筋应力先到达屈 服强度服强度fyfy； 压区砼边缘应变随后到达极压区砼

29、边缘应变随后到达极 限压应变限压应变ecuecu，砼发生纵，砼发生纵向水向水 平裂痕压碎平裂痕压碎形状，弯形状，弯 矩为极限弯矩矩为极限弯矩MuMu。 阶段阶段是正截面承载力计算是正截面承载力计算 根据。根据。 2正截面破坏特征正截面破坏特征1第第1种破坏情况种破坏情况适筋破坏适筋破坏 配筋量适中：配筋量适中： 受拉钢筋先屈服，然后砼边缘到达极限压应受拉钢筋先屈服，然后砼边缘到达极限压应变变 cu，砼被压碎，构件破坏。，砼被压碎，构件破坏。 破坏前，有显著的裂痕开展和挠度，有明显破坏前，有显著的裂痕开展和挠度，有明显的的 破坏预兆，属延性破坏。破坏预兆，属延性破坏。2 2第第2 2种破坏情况种

30、破坏情况超筋破坏超筋破坏 配筋量过多：配筋量过多： 受拉钢筋未到达屈服，受压砼先到达极限压应变受拉钢筋未到达屈服，受压砼先到达极限压应变 而被压坏。而被压坏。 承载力控制于砼压区，钢筋未能充分发扬作用。承载力控制于砼压区，钢筋未能充分发扬作用。 裂痕根数多、宽度细，挠度也比较小，砼压坏裂痕根数多、宽度细，挠度也比较小，砼压坏 前无明显预兆，属脆性破坏。前无明显预兆，属脆性破坏。第三章 受弯构件正截面承载力计算3 3第第3 3种破坏情况种破坏情况少筋破坏少筋破坏 配筋量过少：配筋量过少： 拉区砼一出现裂痕，钢筋很快到达屈服，能够经拉区砼一出现裂痕，钢筋很快到达屈服，能够经 过流幅段进入强化段。过

31、流幅段进入强化段。 破坏时常出现一条很宽裂痕，挠度很大，不能破坏时常出现一条很宽裂痕，挠度很大，不能 正常运用。正常运用。 开裂弯矩是其破坏弯矩，属于脆性破坏。开裂弯矩是其破坏弯矩，属于脆性破坏。第三章 受弯构件正截面承载力计算实验录像实验录像弯矩弯矩挠度关系曲线挠度关系曲线破坏特征随配筋量变化：破坏特征随配筋量变化：配筋量太少，破坏弯矩配筋量太少，破坏弯矩接近开裂弯矩，大小取接近开裂弯矩，大小取决于砼的抗拉强度及截决于砼的抗拉强度及截面大小；面大小；配筋量过多，钢筋不能配筋量过多，钢筋不能充分发扬作用，破坏弯充分发扬作用，破坏弯矩取决于砼的抗压强度矩取决于砼的抗压强度及截面大小；及截面大小；

32、合理的配筋应在这两个合理的配筋应在这两个限制之间，防止发生超限制之间，防止发生超筋或少筋破坏。筋或少筋破坏。4.34.3正截面受弯承载力计算原那么正截面受弯承载力计算原那么1计算方法的根本假定计算方法的根本假定1平截面假定。平截面假定。2不思索受拉区砼的任不思索受拉区砼的任务。务。3受压区砼采用理想化受压区砼采用理想化的应力应变曲线。的应力应变曲线。4有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋应力应变关系采用理想应力应变关系采用理想的弹塑性曲线。的弹塑性曲线。2适筋和超筋破坏的界限条件适筋和超筋破坏的界限条件界限破坏：受拉钢筋到达界限破坏：受拉钢筋到达屈服强度的同时受压砼到达屈服强度的同时受压砼到达

33、极限压应变，此时：极限压应变，此时： h00033.0/cucsyysEf Ef hxsyycucubb/0033. 00033. 0000v根据平截面假定：根据平截面假定：等效矩形应力图等效矩形应力图 用等效矩形应力图形替代曲线应力图形，用等效矩形应力图形替代曲线应力图形，应力为应力为fc。根据合力大小和作用点位置不变。根据合力大小和作用点位置不变的原那么：的原那么： 008 . 0,8 . 0 xxxxbb 0033. 018 . 00sybbEfhx适筋梁的判别条件b0hx 相对受压区高度相对界限受压区高度4.4 4.4 单筋矩形截面构件正截面受弯承载力计算单筋矩形截面构件正截面受弯承载

34、力计算1计算简图计算简图2.2.根本公式根本公式 AfbxfxhbxfMMsyccdud)2(110v为计算方便，根本公式改写如下：为计算方便，根本公式改写如下： AfbxfxhbxfMMsyccdud)2(110ssccsdudsAfhbfbhfMM020)(11)5 . 01 ( v适用条件适用条件ycbsbbffbhAhxmax00 或防止超筋脆性破坏防止超筋脆性破坏防止少筋脆性破坏防止少筋脆性破坏minh0haAsb配筋率0bhAs3.3.截面设计截面设计知：弯矩设计值知：弯矩设计值M求：截面尺寸求：截面尺寸b，h(h0)、截面配筋、截面配筋As，以及资料强度，以及资料强度fy、fc未

35、知数：受压区高度未知数：受压区高度x、 b，h(h0)、As、fy、fc根本公式：根本公式：没有独一解没有独一解根据受力性能、资料供应、施工条件、运根据受力性能、资料供应、施工条件、运用要求等要素综合分析，确定经济合理的用要求等要素综合分析，确定经济合理的设计。设计。 AfbxfxhbxfMMsyccdud)2(110 v资料选用：资料选用：v 适筋梁的适筋梁的Mu主要取决于主要取决于fyAs，钢筋砼受弯构，钢筋砼受弯构件的件的 fc 不宜较高，常用不宜较高，常用C20C30级砼。级砼。v截面尺寸确定截面尺寸确定v 截面应有一定刚度，使正常运用阶段的验算能满足截面应有一定刚度，使正常运用阶段的

36、验算能满足 挠度变形的要求。挠度变形的要求。v 根据工程阅历，常按高跨比根据工程阅历，常按高跨比h/l0 来估计截面高度：来估计截面高度：v 简支梁可取简支梁可取h=(1/8 1/12)l0 ，b=(1/21/3.5)h ；v 简支板可取简支板可取h = (1/12 1/20) l0 。v 给定给定M时时 截面尺寸截面尺寸b、h(h0)越大，所需的越大，所需的As就越少，就越少，r 越越小，但砼用量和模板费用添加，并影响运用净空高小，但砼用量和模板费用添加，并影响运用净空高度；度； 反之，反之，b、h(h0)越小，所需的越小，所需的As就越大，就越大，r 增大。增大。v对普通板和梁，其常用配筋

37、率为：对普通板和梁，其常用配筋率为：v 板板 0.4%0.8%v 矩形截面梁矩形截面梁 0.6%1.5%v T形截面梁形截面梁 0.9%1.8%相对于梁肋来说相对于梁肋来说v选定资料强度选定资料强度 fy、fc，截面尺寸，截面尺寸b、h(h0)后，未知数就后，未知数就v只需只需x，As，根本公式可解。，根本公式可解。4.承载力复核知：截面尺寸知：截面尺寸b，h(h0)、截面配筋、截面配筋As，以及资料强度，以及资料强度fy、fc求：截面的受弯承载力求：截面的受弯承载力 Mu未知数：受压区高度未知数：受压区高度x和受弯承载力和受弯承载力Mu根本公式：根本公式： AfbxfxhbxfMMsyccd

38、ud)2(110受弯承载力受弯承载力Mu可求。可求。4.5 双筋矩形截面构件正截面受弯承载力计算 双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。A sA s受压钢筋普通来说采用双筋是不经济的，工程中通常仅在以下普通来说采用双筋是不经济的，工程中通常仅在以下情况下采用：情况下采用： 截面尺寸和资料强度受建筑运用和施工条件或整截面尺寸和资料强度受建筑运用和施工条件或整个工程限制而不能添加，而计算又不满足适筋截面个工程限制而不能添加，而计算又不满足适筋截面条件时，可采用双筋截面，即在受压区配置钢筋以补条件时，可采用双筋截面，即在受压区配置钢筋以补充砼受压才干的缺

39、乏。充砼受压才干的缺乏。 由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面接受正弯矩，另一种组合情况下接受负弯矩，这时也接受正弯矩，另一种组合情况下接受负弯矩，这时也出现双筋截面。出现双筋截面。 由于受压钢筋可以提高截面的延性，在抗震地域，由于受压钢筋可以提高截面的延性，在抗震地域，普通宜配置受压钢筋。普通宜配置受压钢筋。1计算简图和根本公式计算简图和根本公式 - sysycAfAfbxf)()2(1100ahAfxhbxfMMsycdudv 双筋截面到达双筋截面到达Mu的标志依然是受压边缘砼到达的标志依然是受压边缘砼到达ecu。v在受压边缘砼应变到达在

40、受压边缘砼应变到达ecu前，如受拉钢筋先屈服，那么前，如受拉钢筋先屈服，那么其破坏形状与适筋梁类似，有较大延性。其破坏形状与适筋梁类似，有较大延性。v在截面受弯承载力计算时，受压区砼的应力仍可按等效矩在截面受弯承载力计算时，受压区砼的应力仍可按等效矩形应力图方法思索。形应力图方法思索。 scuscsssEEE255/400360)100 . 2108 . 1 (002. 0mmNscu cu 值在值在0.0020.0040.0020.004范围变化，范围变化，平安计，取平安计，取cu 0 . 002:cu 0 . 002:受压钢筋应力 钢筋和砼共同变形v适用条件适用条件bbhx 0或ax 2v

41、 为使受压钢筋距中和轴足够远，得到足够变为使受压钢筋距中和轴足够远，得到足够变形，应力才干到达屈服强度。形，应力才干到达屈服强度。v双筋截面普通不会出现少筋破坏情况，故可不用验算双筋截面普通不会出现少筋破坏情况，故可不用验算最小配筋率。最小配筋率。ax 2受压钢筋应力达不到屈服强度受压钢筋应力达不到屈服强度假定受压钢筋和砼的压力假定受压钢筋和砼的压力作用点均在钢筋重心位置作用点均在钢筋重心位置ax 2)(110ahAfMMsydudsAAsbah0av对于对于2截面设计截面设计1第一种情况第一种情况知：弯矩设计值知：弯矩设计值M，截面尺寸，截面尺寸b，h(h0)，资料强度，资料强度fy、fc未

42、知数：受压区高度未知数：受压区高度x、截面配筋、截面配筋As ， As根本公式：根本公式： - sysycAfAfbxf)()2(1100ahAfxhbxfMMsycdud两个方程，三个未知数，根据充分利用受压区砼受压使两个方程，三个未知数，根据充分利用受压区砼受压使钢筋用量钢筋用量As As + As + As为最小原那么，取为最小原那么，取x = xb x = xb ，截面配筋可求。，截面配筋可求。0)(dAAdss55. 0)1 (5 . 00ha)()0.5(120200 宜取宜取x = 0.8xb两个方程，三个未知数，根据充分利用受压区砼受压使两个方程，三个未知数，根据充分利用受压区

43、砼受压使钢筋用量钢筋用量As As + As + As为最小原那么，取为最小原那么，取x = xb x = xb ，截面配筋可求。，截面配筋可求。2第二种情况第二种情况知：弯矩设计值知：弯矩设计值M，截面尺寸，截面尺寸b，h(h0)，资料强度，资料强度fy、fc ， 受压钢筋截面面积受压钢筋截面面积 As 未知数：受压区高度未知数：受压区高度x、受拉钢筋、受拉钢筋As根本公式：根本公式： - sysycAfAfbxf)()2(1100ahAfxhbxfMMsycdud两个方程，两个未知数，受拉钢筋两个方程，两个未知数，受拉钢筋As可求。可求。 如何处置？如何处置？ 2如何处置？如何处置？3.3

44、.承载力复核承载力复核知：知：b b、h h、a a、a a、AsAs、AsAs 、fyfy、 fy fy、fcfc求：求：MuMu未知数：受压区高度未知数：受压区高度 x x 和受弯承载力和受弯承载力MuMu两个未知数，两个未知数，有独一解。有独一解。问题：当问题：当x xbx xb时，时，Mu=?Mu=?当当xM未知数：受压区高度未知数：受压区高度x和受弯承载力和受弯承载力Mu根本公式：根本公式：)2()2(0011xhAfxhbxfMAfbxfsycusyc前提条件：前提条件：bcyff1min0bhAs最终公式：最终公式：)5 . 01 (0hAfMsyu)5 . 01 (201bhf

45、Mcu或或当当MuM时，以为截面受弯承载力满足要求，否那么为不平时，以为截面受弯承载力满足要求，否那么为不平安。安。当当Mu大于大于M过多时，该截面设计不经济。过多时，该截面设计不经济。6. 截面承载力计算的计算系数和计算方法)2(01xhbxfMc)5 . 01 (201bhfMc201)5 . 01 (bhfMc201bhfMcs取取)5 . 01 (s取取5 . 012000hxhhzs令令M Mu2211211sss截面抵抗矩系数截面抵抗矩系数ss力臂系数力臂系数受弯构件在荷载作用下，受弯构件在荷载作用下，同时产生弯矩和剪力。同时产生弯矩和剪力。在弯矩区段，产生正截面在弯矩区段，产生正

46、截面受弯破坏；受弯破坏；在剪力较大的区段，产生在剪力较大的区段，产生斜截面受剪破坏。斜截面受剪破坏。荷载小时钢筋砼梁应力形荷载小时钢筋砼梁应力形状同匀质弹性梁。状同匀质弹性梁。4.7 受弯构件斜截面承载力计算受弯构件斜截面承载力计算匀质弹性资料梁应力形状匀质弹性资料梁应力形状v主拉应力到达抗拉强度，出现与其相垂直的裂痕。主拉应力到达抗拉强度，出现与其相垂直的裂痕。v为防止正截面破坏，须配纵向钢筋。为防止正截面破坏，须配纵向钢筋。v为防止斜截面破坏，须配弯起钢筋及箍筋腹筋。为防止斜截面破坏，须配弯起钢筋及箍筋腹筋。1. 无腹筋梁斜截面上的应力形状及破坏形状无腹筋是仅配纵向钢筋而无腹筋的梁。无腹筋

47、是仅配纵向钢筋而无腹筋的梁。斜裂痕的种类：斜裂痕的种类： 1 1斜裂痕发生前后梁内应力形状的变化斜裂痕发生前后梁内应力形状的变化 斜截面上平衡斜截面上平衡MAMA和和VAVA的力有：的力有：纵向钢筋的拉力纵向钢筋的拉力T T；余留剪压面余留剪压面(AA)(AA)上砼承当的上砼承当的 剪力剪力VcVc及压力及压力C C；骨料咬合力骨料咬合力Va ,Va ,垂直分量垂直分量Vy Vy ；纵筋的纵筋的“销栓力销栓力 Vd Vd 。MA ：外荷载在斜截面：外荷载在斜截面上引起的弯矩；上引起的弯矩；VA ：外荷载在斜截面：外荷载在斜截面上引起的剪力；上引起的剪力；dycAVVVV力的平衡：力的平衡：力矩

48、的平衡：力矩的平衡： 斜裂痕发生后应力形状的变化斜裂痕发生后应力形状的变化v一开裂砼承当的剪应力增大；一开裂砼承当的剪应力增大；余留截面余留截面AA来抵抗剪力。来抵抗剪力。v穿过斜裂痕的纵筋应力增大；穿过斜裂痕的纵筋应力增大；斜裂痕出现前，各截面纵筋拉力由该截面弯矩决议；斜裂痕出现前，各截面纵筋拉力由该截面弯矩决议；斜裂痕出现后，截面斜裂痕出现后，截面B B钢筋拉力决议于截面钢筋拉力决议于截面A A的弯矩，的弯矩，MAMBMAMB。v压区砼的压应力上升；压区砼的压应力上升；纵筋拉力突增，斜裂痕向上开展，受压区砼面积减少。纵筋拉力突增，斜裂痕向上开展，受压区砼面积减少。砼沿纵筋遭到撕裂力。砼沿纵

49、筋遭到撕裂力。由于由于VdVd作用。作用。00haVhM集中荷载简支梁集中荷载简支梁剪跨比剪跨比h0a0bhV0VhM20bhM2 2无腹筋梁的斜截面受剪破坏形状无腹筋梁的斜截面受剪破坏形状 l 3l 3一出现斜裂痕，很快构成临一出现斜裂痕，很快构成临界斜裂痕，延伸到梁顶集载界斜裂痕，延伸到梁顶集载作用点，整个截面裂通。作用点，整个截面裂通。承载力急剧下降，破坏荷载承载力急剧下降，破坏荷载比斜裂痕构成时的荷载添加比斜裂痕构成时的荷载添加不多，脆性性质显著。不多，脆性性质显著。砼余留截面上剪应力上升，砼余留截面上剪应力上升，主拉应力超越砼抗拉强度而主拉应力超越砼抗拉强度而斜向拉坏，称为斜拉破坏。

50、斜向拉坏，称为斜拉破坏。破坏取决于砼的抗拉强度。破坏取决于砼的抗拉强度。P f斜拉破坏斜拉破坏P f 1l 31l 3v出现垂直裂痕和微细的斜裂出现垂直裂痕和微细的斜裂痕，痕，根构成临界斜裂痕，压根构成临界斜裂痕，压区砼截面不裂通。区砼截面不裂通。v破坏过程比斜拉破坏缓慢，破坏过程比斜拉破坏缓慢，破坏荷载高于斜裂痕出现时荷破坏荷载高于斜裂痕出现时荷载。载。v余留截面主压应力超越砼在余留截面主压应力超越砼在压力和剪力共同作用下的抗压压力和剪力共同作用下的抗压强度而破坏，称为剪压破坏。强度而破坏，称为剪压破坏。v破坏取决于砼复合应力剪破坏取决于砼复合应力剪压的强度。压的强度。剪压破坏剪压破坏 l1

51、l 3l 3，斜拉破坏；，斜拉破坏；l 1l 1，斜压破坏；，斜压破坏；1 l 31 l 3，剪压破坏。，剪压破坏。随剪跨比的减小，斜随剪跨比的减小，斜截面受剪承载力增高。截面受剪承载力增高。 v 剪跨比反映了弯矩和剪力的相对大小，也是正应力剪跨比反映了弯矩和剪力的相对大小，也是正应力和剪应力的相对关系。和剪应力的相对关系。v 由于梁顶集载及支座反力的部分作用，使压区砼，由于梁顶集载及支座反力的部分作用，使压区砼，还受有垂直正应力还受有垂直正应力, ,减小压区主拉应力，有能够阻止斜减小压区主拉应力，有能够阻止斜拉破坏的发生。拉破坏的发生。v l l值增大，集载的部分作用不能影响到支座附近的值增

52、大，集载的部分作用不能影响到支座附近的斜裂痕时，斜拉破坏就会发生。斜裂痕时，斜拉破坏就会发生。0bhV0VhM20bhM0ha 2 2砼强度砼强度砼强度反映了砼的抗砼强度反映了砼的抗压强度和抗拉强度，压强度和抗拉强度，对受剪承载力有很大对受剪承载力有很大的影响。的影响。随着砼强度的提高，随着砼强度的提高，VuVu与与 fcu fcu 近似成正比。近似成正比。斜压破坏是受剪承载斜压破坏是受剪承载力的上限。力的上限。 3 3纵筋配筋率纵筋配筋率 越大，压区面积越大，受剪面积也越大，并使越大，压区面积越大，受剪面积也越大，并使纵筋的销栓作用也添加。增大纵筋面积还可限制斜纵筋的销栓作用也添加。增大纵筋

53、面积还可限制斜裂痕的开展，添加骨料咬合力。裂痕的开展，添加骨料咬合力。4 4截面外形截面外形T T形截面受压翼缘添加了剪压区面积，对斜拉破坏形截面受压翼缘添加了剪压区面积，对斜拉破坏和剪压破坏的受剪承载力有提高和剪压破坏的受剪承载力有提高20%20%，但对斜，但对斜压破坏的受剪承载力并没有提高。压破坏的受剪承载力并没有提高。无腹筋梁受剪承载力很低，且一出现斜裂痕就迅速无腹筋梁受剪承载力很低，且一出现斜裂痕就迅速开展为临界斜裂痕，梁内普通不允许不配腹筋。开展为临界斜裂痕，梁内普通不允许不配腹筋。 1 1腹筋的作用：腹筋的作用：3 3、有腹筋梁斜截面受剪承载力计算、有腹筋梁斜截面受剪承载力计算 与

54、斜裂痕相交的腹筋承当很大一部分剪力。与斜裂痕相交的腹筋承当很大一部分剪力。 箍筋控制斜裂痕的开展，添加剪压区的面积，使箍筋控制斜裂痕的开展，添加剪压区的面积，使VcVc添添加，骨料咬合力加，骨料咬合力VaVa也添加；也添加； 吊住纵筋，延缓了撕裂裂痕的开展，加强纵筋销栓作吊住纵筋，延缓了撕裂裂痕的开展，加强纵筋销栓作用用VdVd；配置箍筋对斜裂痕开裂荷载没有影响。配置箍筋对斜裂痕开裂荷载没有影响。 2 2有腹筋梁的破坏形状有腹筋梁的破坏形状腹筋配置少且剪跨比较大时，发生斜拉破坏。腹筋配置少且剪跨比较大时，发生斜拉破坏。腹筋配置多或剪跨比很小时，发生斜压破坏，腹筋配置多或剪跨比很小时，发生斜压破

55、坏， 破坏时腹筋未能到达屈服强度。破坏时腹筋未能到达屈服强度。腹筋配置较适当发生剪压破坏。腹筋配置较适当发生剪压破坏。 破坏由于腹筋屈服不能再控制斜裂痕开展，使破坏由于腹筋屈服不能再控制斜裂痕开展，使斜裂痕顶端砼余留截面发生剪压破坏。斜裂痕顶端砼余留截面发生剪压破坏。腹筋数量是决议有腹筋梁受剪承载力的主要要素，腹筋数量是决议有腹筋梁受剪承载力的主要要素，剪跨比、砼强度等级及纵筋配筋率等对受剪承载力剪跨比、砼强度等级及纵筋配筋率等对受剪承载力也有影响。也有影响。 剪跨比 配箍率11 3无腹筋斜压破坏剪压破坏斜拉破坏sv很小斜压破坏剪压破坏斜拉破坏sv适量斜压破坏剪压破坏剪压破坏sv很大斜压破坏斜

56、压破坏斜压破坏 4 4、有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式、有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式针对剪压破坏进展设计。针对剪压破坏进展设计。(1)(1)仅配箍筋梁的受剪承载力的计算公式仅配箍筋梁的受剪承载力的计算公式svccsuVVVVcsdudVVV11砼的受剪承载力；砼的受剪承载力；箍筋的受剪承载力；箍筋的受剪承载力；砼和箍筋的受剪承载力。砼和箍筋的受剪承载力。cVsvVcsV-剪力设计值。剪力设计值。( (包括包括00和和值在内值在内) )VsvV取决于斜裂痕的程度投影取决于斜裂痕的程度投影长度和箍筋的数量。长度和箍筋的数量。(2) (2) 的计算公式的计算公式 bsnAbsAsvsvsv1配

57、箍率配箍率rsvcsVAsv设置在同一截面内的箍筋截面面积；设置在同一截面内的箍筋截面面积；Asv1单肢箍筋截面面积；单肢箍筋截面面积；n箍筋肢数；箍筋肢数； s箍筋沿梁轴向的间距；箍筋沿梁轴向的间距；b梁宽。梁宽。 1svsvnAA 由于斜裂痕的程度投影长度计算困难，裂痕尖端由于斜裂痕的程度投影长度计算困难，裂痕尖端的箍筋应力值不易确定，经过实验确定的箍筋应力值不易确定，经过实验确定 。svV0/bhfVccscyvsvff/根据实验，根据实验， 和和 呈线性关系。呈线性关系。规范对接受普通荷载的矩形、规范对接受普通荷载的矩形、T形和工形截面的受弯构件形和工形截面的受弯构件(包括延续梁和约束梁包括延续梁和约束梁)给出计算公式：给出计算公式：0025.107.0hsAfbhfVsvyvccs fc 砼轴心抗压强度设计值；砼轴心