钢筋溷凝土构件估算课件

第四章钢筋混凝土构件估算4.1、钢筋混凝土构件的特点4.2、钢筋混凝土结构材料性能及粘结力概念4.3、钢筋砼受弯构件设计估算4.4、钢筋混凝土受压构件的设计估算4.5、钢筋混凝土构件裂缝的概念4.6、钢筋混凝土构件截面抗弯刚度及挠度计算的概念4.7、预应力混凝土4.1、钢筋混凝土构件的特点1、钢筋与混凝土共同工作：具有粘结力；变形协调；混凝土包裹钢筋具有耐久性；2、可以推广使用的特点可按受力需要配筋；构件形状可控；钢筋混凝土耐久性、耐火性、耐磨性好；混凝土的材料可就地取材，经济性好钢筋混凝土设计中的问题1、钢筋与混凝土必须有良好的连接；2、纵向钢筋的配置必须适量，避免出现少筋梁（配筋率＜0.15%）和超筋梁（配筋率＞2.0%或3%，视钢筋和混凝土强度而异）3、需配置足够的横向钢筋—箍筋，以提高抗剪能力；4、必须防止任何形式的突然破坏—少筋（无筋）、超筋、剪切的破坏。3、钢筋与混凝土之间的粘结光面钢筋与混凝土粘结由三部分组成：1）、混凝土中水泥与钢筋表面的胶着力；2）、混凝土与钢筋接触面上的摩擦力；3）、钢筋表面不平而产生的机械咬合力变形钢筋由于钢筋表面与混凝土的咬合作用强，粘结力提高，锚固长度可减小。设计中应注意的问题：1）钢筋的锚固长度是保证钢筋充分发挥强度作用的条件；2）光面钢筋的粘结性能差，在末端需设弯钩；3）对受拉钢筋，锚固长度近似估计时可取35d；4）对受拉钢筋，绑扎搭接长度约为锚固长度的1.2倍，近似估算可取45d。钢筋的锚固长度和搭接长度混凝土保护层厚度为保证粘结、锚固和耐久性，钢筋四周需有足够的保护层厚度，保护层厚度与使用环境、使用年限有关。钢筋的保护层厚度不应小于钢筋的公称直径d；当使用年限为50年，按下表采用；当使用年限为100年，按下表的1.4倍采用。环境类别板、墙、壳梁、柱、杆一1520二a2025二b2535三a3040三b40502、梁的截面尺寸：梁的截面尺寸主要根据梁跨度及荷载大小及性质决定。通常梁的高跨比h/l取：框架梁及主梁：1/10～1/18次梁：1/15～1/20悬臂梁：1/6～1/8井字梁：1/20～1/25梁宽b：b=h(1/1.5～1/3)梁的高度应为50mm的倍数，在现浇结构中，框架梁与主梁、主梁与次梁的高差至少取50mm，如支承梁底部配置两排钢筋，则高差应取100mm，二、受弯构件的配筋设计可按下列步骤计算：1、由M、b、h0、fcm算A0，A0=M/fcmbh02；2、由A0查表得到相应的γ0；3、由M、b、h0、fy算As，As=M/fyγ0h0；4、查表选取应配置的钢筋，所选钢筋截面积之和必须≥As；5、检验限制条件：防止出现超筋情况------要求A0≤A0max防止出现少筋情况------要求计算得到的配筋率μ（=As/bh）不得小于μmin;6、检验配筋排数是否与预定的h0一致，如不一致，要重定h0，重新计算。矩形截面梁的抗弯纵向受拉钢筋还可采用下列步骤近似估算：1、由M、h0、fy直接估算AsAs=M/fy(7/8)h此处采用γ0≈7/8，因为γ0大体在0.8-0.95之间变化，取γ0=7/8=0.875虽有一定误差，但误差在10%以内，可以使计算大大简化；2、由As计算配筋率μ（=As/bh），要求：μmin≤μ≤μmax3、检验钢筋排数。矩形双筋截面梁设计估算双筋截面配筋估算步骤（对于II级钢筋）：1、取界限混凝土受压区高度，得：2、承担余下弯矩部分所需钢筋面积：3、总受拉钢筋面积，总受压钢筋面积T形截面梁纵向受拉钢筋估算1、T形截面受弯时截面分两种受力形式：I类截面：x＜hf’按矩形截面II类截面：x＞hf’按T形截面2、实际估算中，按翼缘宽度分为窄翼缘和宽翼缘两种截面，窄翼缘截面取实际翼缘宽度b’f；宽翼缘截面翼缘宽度取b’f=b+12h’f。3、配筋估算对I类截面(h’f≤0.2h0)：As=M/fy(h0-0.5hf

’)对II类截面：As=M/fy(7/8)h0箍筋估算时要注意以下三点：1）、为防止出现超筋情况，要求：当hw/b≤4时，V≤0.25fcbh；当hw/b≥6时，V≤0.20fcbh；当4＜hw/b＜6时，按直线内插法取用；（式中hw为截面腹板高度：矩形截面取h0，T形截面取(h0－hf’)，工形截面取腹板净高。）2）、为了防止出现少筋情况，要求配箍率：μsv＝nASV1/bs≥μsvmin＝0.02fc/fy3）、为了控制斜裂缝宽度并保证有必要数量箍筋穿越斜裂缝，要求箍筋最大间距和最小直径要符合下表：梁截面高度（mm）Smax(mm)Dmin(mm)V＞0.07fcbh0V＜0.07fcbh0150＜h≤300150200Φ4（h≤250）300＜h≤500200300Φ6500＜h≤800250350Φ6h＞800300500Φ8钢筋混凝土梁箍筋估算步骤：1）梁的截面尺寸已由正截面抗弯承载力计算初步确定；2）按当hw/b≤4时，V≤0.25fcbh；当hw/b≥6时，V≤0.20fcbh式检验，如不满足要求，应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级；3）当v＜0.1fcbh0时，按表的构造要求配箍，否则需计算配箍量；4）计算下列截面的剪力设计值：支座边缘处；截面变化处；5）按下式估算所需箍筋：受弯、剪、扭作用的钢筋混凝土梁抗扭承载力估算步骤1、检验截面尺寸：不满足需加大截面尺寸；2、判断是否按构造配筋：不满足需按计算配箍筋；

3、计算按剪力需要配置的箍筋：

再用式计算扭矩需要的箍筋，并检验配箍率：矩形截面梁抗弯纵向受拉钢筋估算钢筋混凝土梁抗剪能力估算截面尺寸由剪压比控制，要求：估算时，可以近似由截面平均剪应力小于4Mpa确定。箍筋配筋应由钢筋混凝土教材中公式确定。二、单向偏心受压构件截面承载能力估算1、由于偏压构件有大小偏心构件之分，对于确定配筋截面极限承载能力是由N~M相关曲线确定的，近似确定了相关曲线也就可以确定极限承载力。

2、N~M相关曲线估算由图中a、c、d控制点之间直线近似表示，大小偏心界限点c可以由：近似确定，a点由轴心受压确定，d点由受弯确定；在图b中，当已知fy、fcm的各对称配筋截面的偏心受压构件，若截面一侧配筋率为μ1,μ1上的D1\D2,，代表截面承载力所能承受内力的一种组合，D3在曲线内侧，内力未达到承载力的极限，而D4在曲线外侧，这组内力下承载力不足。在大偏心受压情况下，截面所承受的弯矩不变，则轴力越小需纵筋越多；相反在小偏心受压情况，截面所承受的弯矩不变，则轴力越大，需要的纵筋越多。思考题：1、若截面所承受的轴力不变，弯矩越大，在大偏心及小偏心受压情况所需要的纵筋越多还是越少？2、螺纹钢表面摩擦力比光面钢筋大，为什么其锚固长度和搭接长度更长？减小裂缝宽度的措施改用较小直径的钢筋。钢筋愈细，钢筋与混凝土之间的粘结作用越明显，lcr减小，wmax也随之减小。宜采用变形钢筋。适当增加钢筋用量或增加构件截面使钢筋应力σsk减小。解决裂缝问题的最根本的方法是采用预应力混凝土结构。钢筋混凝土受弯构件不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径图为了简化裂缝宽度计算，可根据受弯构件最大裂缝宽度小于或等于允许裂缝宽度的条件，即：求出不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径dmax，见右图；注意：右图是在混凝土保护层c≤25mm，配有变形钢筋的受弯构件的情形下作出的。当构件的实际情况与制dmax图的条件不同时，应对σsk进行调整。4.6、钢筋混凝土构件挠度计算概念规范规定，钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度，可根据构件的刚度用结构力学的方法计算。例如承受均布荷载qk的钢筋混凝土简支梁，其跨中挠度为（B为构件的抗弯刚度）：通常用Bs表示钢筋混凝土梁在荷载效应的标准组合作用下的截面抗弯刚度，简称短期刚度；而用B表示在荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的截面抗弯刚度，可简称为长期刚度。钢筋混凝土构件截面抗弯刚度及挠度估算而钢筋混凝土构件实际弯矩与挠度关系如右图所示，即进入弹塑性阶段后，抗弯刚度EI减小。在初步设计时，抗弯刚度可以按下面方法近似估算：1、未开裂构件：2、正常使用荷载下：

3、长期荷载效应下：

按结构力学，结构构件的最大挠度计算式为：挠度按最小刚度原理估算！最小刚度原理图示：刚度原理(a)简支梁最小刚度；(b)伸臂梁最小刚度最小截面高度或最大跨高比

右图中的构件配置的钢筋为Ⅱ级钢筋，混凝土强度等级为C15~C30，允许挠度值为l0/200，结构重要性系数γ0=1，活荷载的准永久值系数ψq=0.4，且承受均布荷载的等截面简支受弯构件。图钢筋混凝土受弯构件不需作挠度验算的最大跨高比4.7、预应力混凝土在钢筋混凝土受拉部位预加压力，使构件在荷载作用时原受拉应力为零或很小，同时减少裂缝。一、施加预应力的方法1、先张法：2、后张法：二、预应力混凝土的几个概念1、建立预应力的同时发生预应力损失：通过张拉钢筋建立的预应力并不完全有效，部分预应力损失，影响因素有：1）由锚具变形引起的损失，约占总损失的5%—10%；2)由预应力筋与预留空壁摩擦引起的损失，约占总损失的3）由蒸汽养护产生温差引起的损失，约占总损失的20%；4）由混凝土徐变引起的损失，约占总损失的50%—60%；5）由钢筋受拉后产生应力松弛引起的损失，约占总损失的15%；二、预应力混凝土的几个概念2、预应力混凝土转变成弹性材料：预压应力阻止或推迟了混凝土的开裂，只要混凝土不开裂，它的受力特性就类似于弹性材料。3、预应力使高强钢筋直接有效地与混凝土结合：预应力混凝土梁的内力抵抗矩是主动的，内力抵抗矩的力臂是随外荷载的大小而变化的。4、用预应力平衡外荷载：以预应力混凝土梁为例，当采用曲线预应力筋时，在梁内引起反拱即反向荷载，可以用来平衡梁上的部分荷载。5、预应力能使构件提高抗裂性，减少变形，但不能提高构件的强度。三、预应力混凝土的材料和配筋形式预应力筋有碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线和冷拉Ⅲ级、冷拔低碳钢丝。混凝土方面应采用高标号混凝土，同时构件截面小于普通混凝土构件：1）采用碳素钢丝、钢绞线、热处理