建筑力学与结构.ppt

1、书名：建筑力学与结构 第3版 ISBN： 978-7-111- 45321-5 作者：李永光 牛少儒 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,第十三章 钢筋混凝土受弯构件,理解梁、板截面配筋的基本构造要求及钢筋的弯钩、锚固与连接要求。,第 一 节 梁、板的一般构造要求,教学目标：,一、板 1、板的截面尺寸 一般为矩形、空心板、槽形板等。,2、板的配筋 板通常只配置纵向受力钢筋和分布钢筋, 受力钢筋 作用：用来承受弯矩产生的拉力。 直径：常用直径为6、8、10、12mm。 间距：当h150mm时，不宜大于200mm；当h150mm时，不宜大于1.5h，且不宜大于300mm。板的受力钢筋间距通常

2、不宜小于70mm。 分布钢筋 作用：一是固定受力钢筋的位置，形成钢筋网；二是将板上荷载有效地传到受力钢筋上去；三是防止温度或混凝土收缩等原因沿跨度方向的裂缝。,数量：梁式板中单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15，且不宜小于该方向板截面面积的0.15%。分布钢筋的直径不宜小于6mm，常用直径为6、8mm。 间距：不宜大于250mm；当集中荷载较大时，分布钢筋截面面积应适当增加，间距不宜大于200mm。分布钢筋应沿受力钢筋直线段均匀布置，并且受力钢筋所有转折处的内侧也应配置。,（1）按刚度要求 梁、板的截面高度不宜小于规范所列数值。 （2）按模数要求 梁的截面高度h

3、一般可取250、300800、900、1000等，h800mm时以50mm为模数，h800mm时以100mm为模数；矩形梁的截面宽度和T形截面的肋宽b宜采用100、120、150、180、200、220、250mm，大于250mm时以50mm为模数。梁适宜的截面高宽比h/b，矩形截面为23.5，T形截面为2.54。,（3）按构造要求 现浇板的厚度不应小于规范所列的数值。现浇板的厚度一般取为10mm的倍数，工程中现浇板的常用厚度为60、70、80、100、120mm。,二 、梁的构造,1、截面形式及尺寸 截面形式：矩形、形、倒形、形、形、十字形、花篮形等。,截面尺寸：必须满足承载力、刚度和裂缝控

4、制要求，同时还应满足模数，以利模板定型化。 按刚度要求：梁的截面高度不宜小于规范所列数值。 按模数要求：梁的截面高度h 一般可取250、300800、900、1000等，h800mm时以50mm为模数，h800mm时以100mm为模数；矩形梁的截面宽度和T形截面的肋宽b宜采用100、120、150、180、200、220、250mm，大于250mm时以50mm为模数。梁适宜的截面高宽比h/b，矩形截面为23.5，T形截面为2.54。,2、梁的配筋 梁中通常配置纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋、架立钢筋等，构成钢筋骨架。, 纵向受力钢筋 作用：配置在受拉区的纵向受力钢筋主要用来承受由弯矩在梁内产生的

5、拉力，配置在受压区的纵向受力钢筋则是用来补充混凝土受压能力的不足。 直径：直径应当适中，太粗不便于加工，与混凝土的粘结力也差；太细则根数增加，在截面内不好布置，甚至降低受弯承载力。梁纵向受力钢筋的常用直径d=1225mm。当h300mm时，d8mm；当h300mm时，d10mm。,根数：梁中受拉钢筋的根数不应少于2根，最好不少于34根。纵向受力钢筋应尽量布置成一层。当一层排不下时，可布置成两层，但应尽量避免出现两层以上的受力钢筋，以免过多地影响截面受弯承载力。, 架立钢筋 位置：设置在受压区外缘两侧，并平行于纵向受力钢筋。 作用：一是固定箍筋位置以形成梁的钢筋骨架；二是承受因温度变化和混凝土收

6、缩而产生的拉应力，防止发生裂缝。受压区配置的纵向受压钢筋可兼作架立钢筋。, 弯起钢筋 作用：弯起钢筋在跨中是纵向受力钢筋的一部分，在靠近支座的弯起段弯矩较小处则用来承受弯矩和剪力共同产生的主拉应力，即作为受剪钢筋的一部分。 弯起角：钢筋的弯起角度一般为45，梁高h800mm时可采用60。,弯起钢筋位置：, 箍筋 作用：承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，并通过绑扎或焊接把其他钢筋联系在一起，形成空间骨架。 设置范围：按计算不需要箍筋的梁，当梁的截面高度h300mm，应沿梁全长按构造配置箍筋；当h=150300mm时，可仅在梁的端部各1/4跨度范围内设置箍筋，但当梁的中部1/2跨度范围内有集中

7、荷载作用时，仍应沿梁的全长设置箍筋；若h150mm，可不设箍筋。,钢筋级别：梁内箍筋宜采用HPB235、HRB335、HRB400级钢筋。 直径：当梁截面高度h800mm时，不宜小于6mm；当h800mm时，不宜小于8mm。当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋直径还不应小于纵向受压钢筋最大直径的1/4。为了便于加工，箍筋直径一般不宜大于12mm。箍筋的常用直径为6、8、10mm。,间距：应符合规范的规定。当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋的间距不应大于15d（d为纵向受压钢筋的最小直径），同时不应大于400mm；当一层内的纵向受压钢筋多于5根且直径大于18mm时，箍筋间距不应大于10

8、d。,箍筋形式：,端部构造：应采用135弯钩，弯钩端头直段长度不小于50mm，且不小于5d。 纵向构造钢筋及拉筋 作用：当梁的截面高度较大时，为了防止在梁的侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝，同时也为了增强钢筋骨架的刚度，增强梁的抗扭作用。,设置条件：梁的腹板高度hw450mm,3 混凝土保护层厚度 作用：一是保护钢筋不致锈蚀，保证结构的耐久性；二是保证钢筋与混凝土间的粘结；三是在火灾等情况下，避免钢筋过早软化。 大小：纵向受力钢筋的混凝土保护层不应小于钢筋的公称直径，并符合规范的规定。 实际工程中，一类环境中梁、板的混凝土保护层厚度一般取为：混凝土强度等级C20时，梁30mm，板20mm；混凝土

9、强度等级C25时，梁25mm，板15mm。,1、理解受弯构件的破坏特征； 2、熟练掌握单筋矩形截面受弯构件正截面承载力 计算公式及适用条件。,第 二 节 受弯构件正截面的破坏特征,教学目标：,适筋梁应力变化阶段：,一、适筋梁,第I阶段弹性工作阶段。荷载很小时，混凝土的压应力及拉应力都很小，应力和应变几乎成直线关系。 截面达到将裂未裂的极限状态时，即第阶段末，用a表示。a阶段的应力状态是抗裂验算的依据。 第阶段带裂缝工作阶段。第阶段的应力状态是裂缝宽度和变形验算的依据。 钢筋应力达到屈服强度fy时，标志截面进入第阶段末，以a表示。,第阶段破坏阶段：到本阶段末（即a阶段），受压边缘混凝土压应变达到

10、极限压应变，受压区混凝土产生近乎水平的裂缝，混凝土被压碎，甚至崩脱，截面宣告破坏，此时截面所承担的弯矩即为破坏弯矩Mu。a阶段的应力状态作为构件承载力计算的依据。,破坏特征：延性破坏,破坏特征：受压区混凝土在钢筋屈服前即达到极限压应变被压碎而破坏。破坏时钢筋的应力还未达到屈服强度，因而裂缝宽度均较小，且形不成一根开展宽度较大的主裂缝，梁的挠度也较小。,破坏特征：脆性破坏, 超筋破坏, 少筋破坏 破坏特征：梁破坏时，裂缝往往集中出现一条，不但开展宽度大，而且沿梁高延伸较高。一旦出现裂缝，钢筋的应力就会迅速增大并超过屈服强度而进入强化阶段，甚至被拉断。,破坏性质：脆性破坏,结论：适筋梁的材料强度能

11、得到充分发挥，安全经济，是正截面承载力计算的依据，而少筋梁、超筋梁都应避免。,一、基本假定 平截面假定。,钢筋的应力 等于钢筋应变 与其弹性模量 的乘积，但不得大于其强度设计值，即,第 二 节 单筋矩形截面受弯构件 正截面承载力计算,不考虑截面受拉区混凝土的抗拉强度。 受压混凝土采用理想化的应力应变关系，当混凝土强度等级为C50及以下时，混凝土极限压应变 =0.0033。,等效矩形应力图 简化原则：受压区混凝土的合力大小不变；受压区混凝土的合力作用点不变。 等效矩形应力图形的混凝土受压区高 ，等效矩形应力图形的应力值为 。,表 3.2.1 值,式中: M 弯矩设计值； fc 混凝土轴心抗压强度

12、设计值； fy钢筋抗拉强度设计值； x混凝土受压区高度。,二、基本公式,三、基本公式的适用条件 1、防止超筋破坏,若 ，构件破坏时受拉钢筋不能屈服，表明构件 超筋破坏； 若 ，构件破坏时受拉钢筋已经达到屈服强度， 表明发生的破坏为适筋破坏或少筋破坏。,相对界限受压区高度值,注：表中空格表示高强度混凝土不宜配置低强度钢筋。,4）适筋梁与少筋梁的界限截面最小配筋率,最小配筋率的确定原则：配筋率 为的钢筋混凝土受弯构件，按a阶段计算的正截面受弯承载力应等于同截面素混凝土梁所能承受的弯矩Mcr（Mcr为按a阶段计算的开裂弯矩）。,对于受弯构件， 按下式计算：,（3.2.1）,二、基本公式,（3.2.2

13、）,三、适用条件 l为防止发生超筋破坏，需满足b或xbh0； 取x=bh0，即得到单筋矩形截面所能承受的最大弯矩的表达式：,最小配筋率的确定原则：配筋率 为的钢筋混凝土受弯构件，按a阶段计算的正截面受弯承载力应等于同截面素混凝土梁所能承受的弯矩Mcr（Mcr为按a阶段计算的开裂弯矩）。,2）防止发生少筋破坏 满足min 或 AsAs，min=minbh。,四、基本公式的应用 1、截面设计 己知：弯矩设计值M，混凝土强度等级，钢筋级别，构件截面尺寸b、h 求：所需受拉钢筋截面面积As 计算步骤： 确定截面有效高度h0 h0=h-as,式中h梁的截面高度； as受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离。

14、承载力计算时，室内正常环境下的梁、板，as可近似按取用。 室内正常环境下的梁、板as的近似值（）,计算混凝土受压区高度x，并判断是否属超筋梁 若xbh0，则不属超筋梁。否则为超筋梁，应加大截面尺寸，或提高混凝土强度等级，或改用双筋截面。 计算钢筋截面面积As，并判断是否属少筋梁 若Asmin bh，则不属少筋梁。否则为少筋梁，应 As=minbh 。,选配钢筋 2、复核己知截面的承载力 己知：构件截面尺寸b、h，钢筋截面面积As，混凝土强度 等级，钢筋级别，弯矩设计值M 求：复核截面是否安全 计算步骤： 确定截面有效高度h0 判断梁的类型,若 ，且 ，为适筋梁； 若x ，为超筋梁； 若Asmi

15、n bh，为少筋梁。 计算截面受弯承载力Mu 适筋梁 超筋梁,对少筋梁，应将其受弯承载力降低使用（已建成工程）或修改设计。 判断截面是否安全 若MMu，则截面安全。 例 某钢筋混凝土矩形截面简支梁，跨中弯矩设计值M=80kNm，梁的截面尺寸bh=200450mm，采用C25级混凝土，HRB400级钢筋。试确定跨中截面纵向受力钢筋的数量。,【解】查表得fc=11.9 N/mm2，ft=1.27 N/mm2，fy =360 N/mm2，1=1.0，b=0.518 1. 确定截面有效高度h0 假设纵向受力钢筋为单层，则h0=h-35=450-35=415mm 2. 计算x，并判断是否为超筋梁 = =

16、91.0 =0.518415=215.0mm 不属超筋梁。,3. 计算As ，并判断是否为少筋梁 =1.011.920091.0/360=601.6mm2 0.45ft/fy =0.451.27/360=0.16%0.2%，取 min=0.2% As，min=0.2%200450=180mm2 As=601.6mm2 不属少筋梁。 4. 选配钢筋 选配4 14（As=615mm2），如图所示。,第 四 节 受弯构件斜截面破坏特征,1、斜截面承载力计算的原因,一般而言，在荷载作用下，受弯构件不仅在各个截面上引起弯矩，同时还产生剪力V。在弯曲正应力和剪应力共同作用下，受弯构件将产生与轴线斜交的主拉

17、应力和主压应力。由于混凝土抗压强度较高，受弯构件一般不会因主压应力而引起破坏。但当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土便沿垂直于主拉应，并沿其垂直方向出现斜裂缝。进而可能发生斜截面破坏。斜截面破坏通常较为突然，具有脆性性质，其危险性更大。,所以，钢筋混凝土受弯构件除应进行正截面承载力计算外，还须对弯矩和剪力共同作用的区段进行斜截面承载力计算。 2.斜截面承载力计算的内容 梁的斜截面承载能力包括斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力。在实际工程设计中，斜截面受剪承载力通过计算配置腹筋来保证，而斜截面受弯承载力则通过构造措施来保证。,（1）产生条件 箍筋配置过少，且剪跨比较大（3） （2）破坏特征

18、一旦出现斜裂缝，与斜裂缝相交的箍筋应力立即达到屈服强度，箍筋对斜裂缝发展的约束作用消失，随后斜裂缝迅速延伸到梁的受压区边缘，构件裂为两部分而破坏。,一、抗弯构件斜截面受剪破坏形态 1.斜拉破坏,（1）产生条件 箍筋适量，且剪跨比适中（3）。 （2）破坏特征 与临界斜裂缝相交的箍筋应力达到屈服强度，最后剪压区混凝土在正应力和剪应力共同作用下达到极限状态而压碎。,2.剪压破坏,（1）产生条件 箍筋配置过多过密，或梁的剪跨比较小(1）时。 （2）破坏特征 剪弯段腹部混凝土被压碎，箍筋应力尚未达到屈 服强度。,3.斜压破坏,结论：剪压破坏通过计算避免，斜压破坏和斜拉破坏分别通过采用截面限制条件与按构造

19、要求配置箍筋来防止。剪压破坏形态是建立斜截面受剪承载力计算公式的依据。 二、影响斜截面受剪承载力的主要因素 （1）剪跨比 当3时，斜截面受剪承载力随增大而减小。当3时，其影响不明显。 （2）混凝土强度,混凝土强度越高，受剪承载力越大。 （3）配箍率sv （3.3.1） 式中 Asv 配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面 积：Asv nAsv1，其中n为箍筋肢数，Asv1 为单肢箍筋的截面面积； b 矩形截面的宽度，T形、I形截面的腹板宽度； s 箍筋间距。 梁的斜截面受剪承载力与sv呈线性关系，受剪承载力随 sv增大而增大。,（4）纵向钢筋配筋率 纵筋受剪产生销栓力，可以限制斜裂缝的开展。梁的

20、斜截面受剪承载力随纵向钢筋配筋率增大而提高。 除上述因素外，截面形状、荷载种类和作用方式等对斜截面受剪承载力都有影响。 在影响斜截面受剪承载力诸因素中，剪跨比、配箍率sv 是最主要的因素。,第 五 节 斜截面承载力计算,一.基本公式 受弯构件斜截面受剪承载力可表示为3项相加的形式，即 Vu =Vc + Vsv + Vsb,以Vcs =Vc+Vs来表达混凝土和箍筋总的受剪承载力， Vu =Vcs + Vsb （3.3.3） 混凝土规范给出了以下斜截面受剪承载力计算公式。 （1）仅配箍筋的受弯构件 矩形、T形及I形截面一般受弯构件 （3.3.4） 集中荷载作用下（包括作用多种荷载，其中集中荷,载对

21、支座截面或节点边缘所产生的剪力占该截面总剪力值75%以上的情况）的独立梁 （3.3.5） 式中ft 混凝土轴心抗拉强度设计值； Asv配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积： Asv nAsv1，其中n为箍筋肢数，Asv1 为单肢箍筋的截面面积； s 箍筋间距；,fyv 箍筋抗拉强度设计值； 计算截面的剪跨比。当1.5时，取 =1.5；当 3 时，取= 3。 （2）同时配置箍筋和弯起钢筋的受弯构件 同时配置箍筋和弯起钢筋的受弯构件，其受剪承载力计 算基本公式： VVu=Vcs+0.8fyAsbsins （3.3.6） 式中 fy 弯起钢筋的抗拉强度设计值；,Asb 同一弯起平面内的弯起钢筋的截

22、面面积。 注意：式（3.3.6）中的系数0.8，是考虑弯起钢筋与临界斜裂缝的交点有可能过分靠近混凝土剪压区时，弯起钢筋达不到屈服强度而采用的强度降低系数。 三基本公式适用条件 ）防止出现斜压破坏的条件最小截面尺寸的限制 对矩形、形及形截面受弯构件，其限制条件为：,当 hw/h0 4.0（即一般梁）时 当hw/h0 6.0（薄腹梁）时 当4.0 hw/h0 6.0时 式中 b 矩形截面宽度，T形和I形截面的腹板宽度； hw 截面的腹板高度。矩形截面取有效高度h0,c混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级 C50 时，c =1.0；当混凝土强度等级为C80时，c =0.8；其间按直线内插法取用。 2

23、）防止出现斜拉破坏的条件最小配箍率的限制 为了避免出现斜拉破坏，构件配箍率应满足 sv，min= 0.24ft/fyv 式中 Asv配置在这一截面内箍筋各肢的截面面积；,b 矩形截面的宽度，T形、I形截面的腹板宽度； s箍间距。,四. 斜截面受剪承载力的计算位置 （1）支座边缘处的斜截面，如截面1-1：,（3）受拉区箍筋截面面积或间距改变处的斜截面，截面4-4,（2）钢筋弯起点处的斜截面，截面2-2 、3-3,五.斜截面受剪承载力计算步骤 已知：剪力设计值V，截面尺寸，混凝土强度等级，箍筋级别，纵向受力钢筋的级别和数量 求：腹筋数量 计算步骤： （1）复核截面尺寸 梁的截面尺寸应满足式（3.3.7）式（3.3.9）的要 求，否则，应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级。,（2）确定是否需按计算配置箍筋 当满足下式条件时，可按构造配置箍筋，否则，需按计算配置箍筋： （3.3.11） 或 （3.3.12） （3）确定腹筋数量 仅配箍筋时 （3.3.13）,或 （3.3.14） 求出的值后，即可根据构造要求选定箍筋肢数n和直径d，然后求出间距s，或者根据构造要求选定n、s，然后求出d。箍筋的间距和直径应满足3.1节的构造要求。 同时配置箍筋和弯起钢筋时，其计算较复杂，并且抗震结构中不采用弯起钢筋抗剪