钢筋混凝土板、梁设计及构造

第六章钢筋筋混凝土板、、梁设计及构构造只受有弯矩M和剪力V的构件，称为为受弯构件。。如主梁、次次梁、板目录一、钢筋1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE上屈服点不稳稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的的钢筋无明显流幅的的钢筋钢筋受压和受受拉时的应力力-应变曲线几乎乎相同6.1混凝土结构的的材料性能AB’BCDE0.2%0.2强度指标*明显流幅的钢钢筋：下屈服服点对应的强强度作为设计计强度的依据据，因为，钢钢筋屈服后会会产生大的塑塑性变形，钢钢筋混凝土构构件会产生不不可恢复的变变形和不可闭闭合的裂缝，，以至不能使使用*无明显流幅的的钢筋：残余余应变为0.2%时所对应的应力作作为条件屈服服强度AB’BCDE0.2%0.2变形指标*伸长率：钢筋筋拉断后的伸伸长与原长的的比值*冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为为D的钢辊弯成一一定的角度而而不发生断裂裂2.钢筋的成分、、级别和品种种按化学成分碳素钢（铁、、碳、硅、锰锰、硫、磷等等元素）低碳钢（含碳碳量<0.25%）中碳钢（含碳碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳碳量0.6~1.4%）普通低合金钢钢（另加硅、、锰、钛、钒钒、铬等）硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系钢筋热轧钢筋：热热轧光面钢筋筋HPB235，热轧带肋钢筋筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋筋RRB400冷拉钢筋：由热轧轧钢筋在常温温下用机械拉拉伸而成热处理钢筋：：将HRB400、RRB400钢筋通过加热热、淬火、回回火而成按加工钢丝碳素钢丝：高高碳镇静钢通通过多次冷拔拔、应力消除除、矫正、回回火处理而成成刻痕钢丝：在在钢丝表面刻刻痕，以增强强其与混凝土土间的粘结力力钢绞线：六根根相同直径的的钢丝成螺旋旋状铰绕在一一起冷拔低碳钢丝丝：由低碳钢钢冷拔而成按表面形状光圆钢筋变形钢筋钢筋的应用范范围非预应力钢筋筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400预应力钢筋：：碳素钢丝，，刻痕钢丝，，钢绞线，热热处理钢筋，，冷拉钢筋3.钢筋的冷加工工和热处理冷拉BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控控制和应变控控制温度的影响：：温度达700ºC时恢复到冷拉拉前的状态，，先焊后拉特性：只提高高抗拉强度，，不提高抗压压强度，强度度提高，塑性性下降3.钢筋的冷加工工和热处理冷拔经过冷拔后钢钢筋没有明显显的屈服点和和流幅冷拔既能提高高抗拉强度又又能提高抗压压强度热处理对特定钢号的钢钢筋进行淬火火和回火处理理强度提高，塑塑性降低不降低强度的的前提下，消消除由淬火产产生的内力，，改善塑性和和韧性4.混凝土结构对对钢筋的要求求强度要求：屈屈服强度和极极限强度，抗抗震设计时还还要求有一定定的屈强比塑性要求：伸伸长率和冷弯弯要求可焊性与混凝土的粘结结性二、混凝土1.单轴受力状态态下混凝土的的抗压强度立方体抗压强强度fcu承压板试块标准试块：150×150××150非标准试块：：100×100××100换算系数0.95200×200××200换算系数1.05立方体抗压强强度是区分混混凝土强度等等级的指标，，我国规范混混凝土的强度度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强强度棱柱体抗压强强度fc承压板试块标准试块：150×150××300非标准试块：：100×100××300换算系数0.95200×200××400换算系数1.05考虑到承压板板对试件的约约束，立方体体抗压强度大大于棱柱体抗抗压强度，且且有：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和和试件的区别别，取fc=0.67fcu对国外（美国、、日本、欧洲洲混凝土协会会等）采用的的圆柱体试件件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圆柱体抗压强强度轴心抗压强度度ft100100150150500混凝土的轴心心抗压强度比比抗压强度小小很多，一般般为抗压强度度的5%~10%混凝土构件的的开裂、变形形以及受剪扭扭冲切等承载载力与ft2.混凝土的变形形性能单轴受压时的的应力-应变关系的数数学模型----中国规范u0ocfcc混凝土的收缩----结硬过程中混混凝土体积缩缩小的性质水泥品种：等等级越高，收收缩越大水泥用量：水水泥用量越多多，水灰比越越大，收缩越越大骨料：骨料越越硬，收缩越越小养护条件、制制作方法、使使用环境、体体积与表面积积的比值等混凝土的徐变：混凝土在长长期不变荷载载作用下应变变随时间继续续增长的现象象应力：应力水平越高高，徐变越大大加荷时混凝土土的龄期，越越早，徐变越越大水泥用量越多多，水灰比越越大，徐变越越大骨料越硬，徐徐变越小三钢筋与混混凝土之间的的粘结力1、钢筋与混凝凝土能结合在在一起共同工工作的原因混凝土与钢筋筋的接触面上上会产生良好好的粘结力。。钢筋与混凝土土的温度线膨膨胀系数相近近。混凝土对钢筋筋有保护作用用。二、钢筋与混混凝土粘结作作用的组成胶合作用摩擦作用咬合作用三、粘结强度度的影响因素素钢筋表面的形形状混凝土的强度度等级侧向压力混凝土保护层层厚度和钢筋筋净距横向钢筋的设设置钢筋在混凝土土中的位置一、板的构造造要求6.2钢筋混凝土梁梁、板的一般般构造要求hh0c15mm

d分布钢筋板厚的模数为为10mm1、板厚板的最小厚度度：简支板最最小厚度60mm，悬臂板的最最小厚度80mm。板的常用厚度度：60、70、80、100、120mm2、板的钢筋⑴受力钢筋直径：常用Ⅰ、Ⅱ级钢筋，常用用的直径为6、8、10、12mm。间距：不宜太太小也不宜太太大。P155混凝土保护层层：P141；混凝土最小小保护层厚度度P398表D6⑵分布钢筋垂直受力钢筋方向向布置的构造造钢筋。配置在受力钢钢筋的内侧。其作用是将板板上的荷载更更均匀地传给给受力钢筋，，并用来抵抗抗温度、收缩缩应力沿分布布钢筋方向产产生的拉应力力，同时在施施工时可固定定受力钢筋的的位置。分布钢筋的数数量：P155（3）附加构造钢钢筋P155（4)板的支承长度度P155目录二、梁的构造造要求主要截面形式式归纳为箱形截面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1、截面形式及及尺寸⑴截面形式常用截面形式式有矩形、T形还可做成花篮形形、十字形、、I字形、倒T形、倒L形⑵截面尺寸梁的最小截面面高度h：简支梁h=(1/12~1/8)l，悬臂梁h=l/6，多跨连续梁h=(1/18~1/12)l常用梁高：250、300、350……800、900常用梁宽：150、180、200、250…目录净距25mm钢筋直径dbhh0=h-as净距30mm钢筋直径d净距30mm钢筋直径dcccbhc25mm

dh0=h-as2、钢筋通常配置有纵向受力钢筋筋、箍筋、弯弯起钢筋、架架立钢筋。纵向受力钢筋筋的作用主要要是承受弯矩矩在梁内所产产生的拉力，，应设置在梁梁的受拉一侧。纵向受力钢筋筋的直径及净净距：P148纵向受力钢筋筋的混凝土保保护层厚度架立钢筋的作作用：P151梁侧构造钢筋筋：P152箍筋：P150弯矩引起的垂直裂缝弯筋箍筋PP架立一、受弯构件件正截面破坏坏特征受弯构件正截截面破坏特征征主要受配筋筋率ρ的影响。1、配筋率ρρ＝AS／（bh0）h0：截面有效高度度。h0＝h－aSaS：受拉钢筋合力作用用点到截面受受拉边缘的距距离。P150板，aS＝20mm（当砼≤C20，aS＝25mm）梁，单排布布置钢筋时，，aS＝35mm（当砼≤C20，aS＝40mm）双排布置钢筋筋时，aS＝60mm（当砼≤C20，aS＝65mm）2、适筋梁适筋梁的的正截面面三个工工作阶段段：弹性性工作阶阶段（出出现裂缝缝以前））带裂缝工工作阶段段（裂缝缝出现到到钢筋屈屈服）破坏阶段段（（钢钢筋屈服服后到混混凝土压压碎）破坏特征征：受拉拉钢筋先先屈服，，混凝土土后压碎碎出现一条条主裂缝缝是延性破破坏目录正截截面面设设计计3、超筋梁梁破坏特征征：混凝凝土先压压碎，受受拉钢筋筋未能屈屈服未出现一一条集中中的临界界裂缝，，裂缝多多而细是脆性破破坏平衡配筋筋梁：钢钢筋屈服服与砼压压碎同时时发生。。最大配筋筋率ρmax：平衡配筋筋梁所相相应的配配筋率，，它是保保证受拉拉钢筋能能够达到到屈服的的最大配配筋率。。4、少筋梁梁破坏特征征：拉区区砼开裂裂，受拉拉钢筋很很快达到到屈服，，甚至被被拉断。。出现一条条裂缝宽宽度很大大，延伸伸至梁顶顶的集中中裂缝。。是脆性破破坏最小配筋筋率ρmin：裂缝一出出现受拉拉钢筋即即屈服。。二、受弯构件正正截面承承载力计计算的基基本原则则1、基本假假定⑴平截面假假定---截面应变变保持平平面⑵不考虑虑混凝土土的抗拉拉强度⑶采用理理想化的的材料应应力－应应变关系系目录2、等效矩矩形应力力图形受压区混混凝土的的应力图图形为抛抛物线加加直线，，为方便便计算，，规范规规定，受受压区混混凝土的的应力图图形简化化为等效效矩形应应力图形形。等效原则则是⑴受受压区混混凝土的的合力大大小不变变⑵受压区区混凝土土的合力力作用点点位置不不变3、极限弯弯矩Mu计算公式式4、界限相相对受压压高度ξb和最大配配筋率ρmax界限相对对受压高高度ξb：见P400附表D10若ξ≤ξξb，则为适适筋梁；否则则为超筋筋梁。最大配筋筋率ρmax，与ξb有直接关系系。见P160式（6－14）5、最小配配筋率ρmin最小配筋筋率ρmin的具体数据据见P398附表D7若ρ≤ρmin，则为少筋梁。目录三、单筋筋矩形截截面受弯弯构件正正截面承承载力计计算1、基本公公式及其其适用条条件2、设计题①已知：：b×h，砼、钢筋筋的强度度等级，，弯矩设设计值M。求：所需需受拉钢钢筋截面面面积As。②步骤：适用条件件：①②②、步骤骤：3、复核题题①已知：混凝土土强度等等级和纵纵向受拉拉钢筋的的级别、、构件截截面尺寸寸b、h，钢筋截面面面积As。求：截面面受弯承承载力（（极限弯弯矩）Mu。或已知承承载力设设计值M，复核此截截面是否否安全。。四、双筋筋矩形截截面受弯弯构件正正截面承承载力计计算1.应用情况况截面的弯弯矩较大大，高度度不能无无限制地地增加bh0h截面承受受正、负负变化的的弯矩对箍筋有有一定要要求防止止纵向凸凸出基本公式式及其适适用条件件适用条件件：①②五、T形截面受受弯构件件正截面面承载力力计算因为受弯弯构件开开裂以后后，受拉拉区砼开开裂退出出工作，，钢筋承承担大部部分拉应应力。因因此去掉掉下部的的砼，钢钢筋集中中布置于于梁的中中间，但但重心高高度不变变。优点：减减轻构构建自重重节节约材料料b

bf

b

bf’

bf’

（a）T形截面T形截面b

（b）工形截面

一、T形截面的的基本概概念１、T形截面产产生的过过程T形截面由由腹板（（b×h）和翼缘〔（bf’-b）×hf’〕组成。２、T形截面构构件应用用范围预制吊车车梁檩檩条槽槽形板空空心板板现浇浇整体肋肋梁楼盖盖（负弯弯矩除外外）判断梁是是按矩形形还是按按T形截面计计算，关关键是看看其受压压区所处处的部位位。若受受压区位位于翼缘缘，则按按T形截面计计算；若若受压区区位于腹腹板，则则应按矩矩形截面面计算。。3.翼缘的计计算宽度度1fcbf’见教材表表4-64、截面分分类根据中和和轴的位位置，T形截面可可以分为为两类：：第Ⅰ类T形截面：：中和轴轴位于翼翼缘内，，x≤hf’第Ⅱ类T形截面：：中和轴轴位于腹腹板内，，x＞hf’中和轴位位于翼缘缘中和轴位位于腹板板一、概述述弯筋箍筋PPs纵筋弯剪段统称腹筋筋----帮助助混凝土土梁抵御御剪力有腹筋梁梁----既有有纵筋又又有腹筋筋无腹筋梁梁----只有有纵筋无无腹筋hbAsv1箍筋肢数数PP剪力引起的斜裂缝弯矩引起的垂直裂缝斜截面面2、破坏形形态引入一概概念：剪剪跨比反映了集集中力作作用截面面处弯矩矩M和剪力力V的比例例关系系计算剪剪跨比比广义剪剪跨比比bhh0AsPPaa2、破坏坏形态态<1或或较大但但腹筋筋配置置较多多时，，斜压破坏，，腹筋筋在破破坏时时未屈屈服13时，，剪压破坏，，腹筋筋屈服服后，，剪压压区混混凝土土压碎碎>3且且腹筋筋配置置量较较小时时，斜拉破坏，，腹筋筋用量量太少少，起起不到到应有有的作作用设计时时应避避免出出现此此二种种破坏坏形态态3、抗剪剪机制制以剪压压破坏坏为例例‘VuVcCcViTsaTvTb4、影响响有腹腹筋梁梁抗剪剪承载载力的的因素素1.剪剪跨比比----和无无腹筋筋梁类类似0.40.30.20.1012345斜压剪压斜拉PPaa2.混混凝土土的强强度与与腹筋筋的配配筋量量混凝土土的强强度提提高在一定定的范范围内内，腹筋筋配筋筋率增增大抗剪承承载力力提高高抗剪承承载力力提高高此外，，梁的的截面面尺寸寸和截截面形形状也也对斜斜截面面承载载力有有所影影响。。四、斜斜截面面承载载力计计算hbAsv1P由试验验确定定1、计计算公公式建建立模模型采用图图中所所示的的脱离离体为为模型型，认认为抗抗剪承承载力力主要要有三三部分分组成成：Vu=Vc+Vsv+Vsb①斜裂缝缝上端端或受受压区区砼提提供的的抗剪剪能力力Vc；②穿过斜斜裂缝缝的箍箍筋提提供的的抗剪剪能力力Vsv；③穿过斜斜裂缝缝的弯弯起钢钢筋提提供的的抗剪剪能力力Vsb。2、只配箍筋筋梁的的受剪剪承载载力Vu《混凝土土结构构设计计规范范》（GB50010）取试验验结果果的下下包值值：集中荷荷载下下或集集中荷荷载引引起的的支座座边缘缘的剪剪力占占总剪剪力75%以上的的独立立梁矩形、、T形、I形截面面的一一般受受弯构构件3、不不配箍箍筋的的一般般板类类受弯弯构件件的抗抗剪承承载力力4、配配置弯弯筋和和箍筋筋的受受弯构构件的的抗剪剪承载载力考虑到到弯筋筋位于于斜裂裂缝顶顶端时时达不不到屈屈服强强度而而引入入的修修正系系数PPss5、计算公公式的的适用用条件件Ash0bf’bhf’hasAsbf’As’bfhh0hfhf’bbhh0As①抗剪剪承载载力的的上限限：最最小截截面尺尺寸及及最大大配箍箍率（（避免免斜压压破坏坏）当hw/b4时矩形截截面取取h0；T形取h0-hf’；I形取h-hf’-hf当hw/b>6时当4<hw/b6时按线性插值值对T形或I形截面的简简支受弯构构件，当有有实际经验验时，②抗剪承载载力的下限限：最小配配箍率ρsv,min（避免斜拉破破坏）6.计算截面的的位置112233*支座边缘缘处截面1-1*纵筋弯起起点处截面面2-2*箍筋面积积或间距改改变处截面面3-3*腹板宽度度改变处截截面计算步骤：：①应用如下下公式验算算截面尺寸寸是否满足足要求，不不满足时应应当加大截截面面积或或提高混凝凝土强度等等级；②根据公式式及验算是是否需要进进行计算配配筋；③计算箍筋筋数量：一般受弯构构件集中荷载为为主的受弯弯构件一般取n＝２，选取箍筋间间距或面积积，即可计计算出另一一个未知数数。当hw/b≤4时当hw/b≥6时当4≤hw/b≤6时按线性性内插法确确定。④如果此时时箍筋面积积过大或间间距过小，，则可弯起起纵筋协助助抗剪。此此时箍筋先先选定面积积和间距，，带入公式式计算出弯弯起钢筋将将要承担的的剪力：角度取45度，则可可以计算出出Asb。⑤验算配箍率率，检查各各项构造要要求是否满满足，如箍箍筋的间距距，弯起钢钢筋弯起点点的位置等等。6.4预应力混凝凝土的基本本概念１、预应力力构件基基本原理：：预先在混凝凝土受拉区施加加压应力，使其减小小或抵消荷荷载引起的的拉应力，，将构件受受到的拉应应力控制在在较小范围围，甚至处处于受压状状态，即可可控制构件裂裂缝宽度，甚至可以以使构件不产生裂缝缝。预应力与木木桶鸡：木桶在制作作过程中，，用铁箍把把木板箍紧紧，目的是是为了使木木板间产生生环向预压压力，装水水或装汤后后，由水产产生环向拉拉力，预压压力抵消掉掉全部拉力力，就不会会漏水。2、预应力混混凝土的分分类分为全预应力混混凝土和部份预应力力混凝土两类。在使用荷载载作用下，，不允许截截面上混凝凝土出现拉拉应力的构构件，称为为全预应力混混凝土，属严格要要求不出现现裂缝的构构件；允许出现裂裂缝，但最最大裂缝宽宽度不超过过允许值的的构件，则则称为部分预应力力混凝土，属允许出出现裂缝的的构件。2、预应力混混凝土的分分类按照粘结方式，预应力混混凝土还可可分为有粘结预应应力混凝土土和无粘结预应应力混凝土土。无粘结预应应力混凝土土，是指配配置无粘结结预应力钢钢筋的后张张法预应力力混凝土。。无粘结预应应力钢筋是是将预应力力钢筋的外外表面涂以以沥清、油油脂或其他他润滑防锈锈材料，以以减小摩擦擦力并防锈锈蚀，