钢筋混凝土板梁设计及构造

第六章钢筋混凝土板、梁设计及构造只受有弯矩M和剪力V的构件，称为受弯构件。如主梁、次梁、板目录一、钢筋1.钢筋的应力-应变曲线AB’BCDE上屈服点不稳定下屈服点出现颈缩拉断BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2标距有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋钢筋受压和受拉时的应力-应变曲线几乎相同6.1混凝土结构的材料性能AB’BCDE0.2%0.2强度指标*明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用*无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强度AB’BCDE0.2%0.2变形指标*伸长率：钢筋拉断后的伸长与原长的比值*冷弯要求：将直径为d的钢筋绕直径为D的钢辊弯成一定的角度而不发生断裂2.钢筋的成分、级别和品种按化学成分碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.25~0.6%）高碳钢（含碳量0.6~1.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）硅系硅钒系硅钛系硅锰系硅铬系钢筋热轧钢筋：热轧光面钢筋HPB235，热轧带肋钢筋HRB335、HRB400，余热处理钢筋RRB400冷拉钢筋：由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成热处理钢筋：将HRB400、RRB400钢筋通过加热、淬火、回火而成按加工钢丝碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力钢绞线：六根相同直径的钢丝成螺旋状铰绕在一起冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成按表面形状光圆钢筋变形钢筋钢筋的应用范围非预应力钢筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，冷拉钢筋3.钢筋的冷加工和热处理冷拉BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时效经时效K点的选择：应力控制和应变控制温度的影响：温度达700ºC时恢复到冷拉前的状态，先焊后拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降3.钢筋的冷加工和热处理冷拔经过冷拔后钢筋没有明显的屈服点和流幅冷拔既能提高抗拉强度又能提高抗压强度热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高，塑性降低不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性4.混凝土结构对钢筋的要求•强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比•塑性要求：伸长率和冷弯要求•可焊性•与混凝土的粘结性二、混凝土1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度立方体抗压强度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•立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：•C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度棱柱体抗压强度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•考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu(试验结果)•考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu•对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圆柱体抗压强度轴心抗压强度ft100100150150500•混凝土的轴心抗压强度比抗压强度小很多，一般为抗压强度的5%~10%•混凝土构件的开裂、变形以及受剪扭冲切等承载力与ft2.混凝土的变形性能单轴受压时的应力-应变关系的数学模型----中国规范u0ocfccncccf01122),50(6012nnfncu时，取当5010505.0002.0cuf510500033.0cuuf混凝土的收缩----结硬过程中混凝土体积缩小的性质•水泥品种：等级越高，收缩越大•水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大•骨料：骨料越硬，收缩越小•养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等混凝土的徐变：混凝土在长期不变荷载作用下应变随时间继续增长的现象•应力：应力水平越高，徐变越大•加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大•水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大•骨料越硬，徐变越小三钢筋与混凝土之间的粘结力1、钢筋与混凝土能结合在一起共同工作的原因混凝土与钢筋的接触面上会产生良好的粘结力。钢筋与混凝土的温度线膨胀系数相近。混凝土对钢筋有保护作用。二、钢筋与混凝土粘结作用的组成胶合作用摩擦作用咬合作用三、粘结强度的影响因素钢筋表面的形状混凝土的强度等级侧向压力混凝土保护层厚度和钢筋净距横向钢筋的设置钢筋在混凝土中的位置一、板的构造要求6.2钢筋混凝土梁、板的一般构造要求hh0c15mmd分布钢筋mmd12~625mm)C20,20mm(,0取当砼ssaahh板厚的模数为10mm1、板厚板的最小厚度：简支板最小厚度60mm，悬臂板的最小厚度80mm。板的常用厚度：60、70、80、100、120mm2、板的钢筋⑴受力钢筋直径：常用Ⅰ、Ⅱ级钢筋，常用的直径为6、8、10、12mm。间距：不宜太小也不宜太大。P155混凝土保护层：P141；混凝土最小保护层厚度P398表D6⑵分布钢筋垂直受力钢筋方向布置的构造钢筋。配置在受力钢筋的内侧。其作用是将板上的荷载更均匀地传给受力钢筋，并用来抵抗温度、收缩应力沿分布钢筋方向产生的拉应力，同时在施工时可固定受力钢筋的位置。分布钢筋的数量：P155（3）附加构造钢筋P155（4)板的支承长度P155目录二、梁的构造要求主要截面形式归纳为箱形截面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、截面形式及尺寸⑴截面形式常用截面形式有矩形、T形还可做成花篮形、十字形、I字形、倒T形、倒L形⑵截面尺寸梁的最小截面高度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dcccbhc25mmdh0=h-as)(0.4~5.2)(5.3~2形截面矩形截面Tbh)40~14(28~10mmmmd桥梁中2、钢筋通常配置有纵向受力钢筋、箍筋、弯起钢筋、架立钢筋。纵向受力钢筋的作用主要是承受弯矩在梁内所产生的拉力，应设置在梁的受拉一侧。纵向受力钢筋的直径及净距：P148纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度架立钢筋的作用：P151梁侧构造钢筋：P152箍筋：P150弯矩引起的垂直裂缝弯筋箍筋PP架立一、受弯构件正截面破坏特征受弯构件正截面破坏特征主要受配筋率ρ的影响。1、配筋率ρρ＝AS／（bh0）h0：截面有效高度。h0＝h－aSaS：受拉钢筋合力作用点到截面受拉边缘的距离。P150板，aS＝20mm（当砼≤C20，aS＝25mm）梁，单排布置钢筋时，aS＝35mm（当砼≤C20，aS＝40mm）双排布置钢筋时，aS＝60mm（当砼≤C20，aS＝65mm）2、适筋梁适筋梁的正截面三个工作阶段：弹性工作阶段（出现裂缝以前）带裂缝工作阶段（裂缝出现到钢筋屈服）破坏阶段（（钢筋屈服后到混凝土压碎）破坏特征：受拉钢筋先屈服，混凝土后压碎出现一条主裂缝是延性破坏目录正截面设计3、超筋梁破坏特征：混凝土先压碎，受拉钢筋未能屈服未出现一条集中的临界裂缝，裂缝多而细是脆性破坏平衡配筋梁：钢筋屈服与砼压碎同时发生。最大配筋率ρmax：平衡配筋梁所相应的配筋率，它是保证受拉钢筋能够达到屈服的最大配筋率。4、少筋梁破坏特征：拉区砼开裂，受拉钢筋很快达到屈服，甚至被拉断。出现一条裂缝宽度很大，延伸至梁顶的集中裂缝。是脆性破坏最小配筋率ρmin：裂缝一出现受拉钢筋即屈服。二、受弯构件正截面承载力计算的基本原则1、基本假定⑴平截面假定---截面应变保持平面⑵不考虑混凝土的抗拉强度⑶采用理想化的材料应力－应变关系目录2、等效矩形应力图形受压区混凝土的应力图形为抛物线加直线，为方便计算，规范规定，受压区混凝土的应力图形简化为等效矩形应力图形。等效原则是⑴受压区混凝土的合力大小不变⑵受压区混凝土的合力作用点位置不变3、极限弯矩Mu计算公式4、界限相对受压高度ξb和最大配筋率ρmax界限相对受压高度ξb：见P400附表D10若ξ≤ξb，则为适筋梁；否则为超筋梁。最大配筋率ρmax，与ξb有直接关系。见P160式（6－14）5、最小配筋率ρmin最小配筋率ρmin的具体数据见P398附表D7若ρ≤ρmin，则为少筋梁。)2()2(0011xhAfxhbxfMbxfAfsycucsy目录三、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算1、基本公式及其适用条件2、设计题①已知：b×h，砼、钢筋的强度等级，弯矩设计值M。求：所需受拉钢筋截面面积As。②步骤：适用条件：①②bbhAsminmin　或　改成双筋截面或增大构件截面，提高砼强度等级　　　　　　　　　　　　　　　按　　满足验算　　　　验算hb＞bh＜fbhfAbhfMbsycsbscsminminmin01201A211sssycscucsyxhAfbhfxhbxfMMbxfAf211)5.01()2()2(0201011－－＝　或　)5.01(M)5.01(M201u201u01minminbbcbcbcsybhf＞bhfbhfAf需重新设计②、步骤：3、复核题①已知：混凝土强度等级和纵向受拉钢筋的级别、构件截面尺寸b、h，钢筋截面面积As。求：截面受弯承载力（极限弯矩）Mu。或已知承载力设计值M，复核此截面是否安全。四、双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算1.应用情况截面的弯矩较大，高度不能无限制地增加bh0h截面承受正、负变化的弯矩对箍筋有一定要求防止纵向凸出基本公式及其适用条件)()()2('0''201'0''01''1ssycsssycusycsyahAfbhfahAfxhbxfMMAfbxfAfb02has适用条件：①②五、T形截面受弯构件正截面承载力计算因为受弯构件开裂以后，受拉区砼开裂退出工作，钢筋承担大部分拉应力。因此去掉下部的砼，钢筋集中布置于梁的中间，但重心高度不变。优点：减轻构建自重节约材料bbfbbf’bf’（a）T形截面T形截面b（b）工形截面一、T形截面的基本概念１、T形截面产生的过程T形截面由腹板（b×h）和翼缘〔（bf’-b）×hf’〕组成。２、T形截面构件应用范围预制吊车梁檩条槽形板空心板现浇整体肋梁楼盖（负弯矩除外）判断梁是按矩形还是按T形截面计算，关键是看其受压区所处的部位。若受压区位于翼缘，则按T形截面计算；若受压区位于腹板，则应按矩形截面计算。3.翼缘的计算宽度1fcbf’见教材表4-64、截面分类根据中和轴的位置，T形截面可以分为两类：第Ⅰ类T形截面：中和轴位于翼缘内，x≤hf’第Ⅱ类T形截面：中和轴位于腹板内，x＞hf’中和轴位于翼缘中和轴位于腹板一、概述弯筋箍筋PPs纵筋弯剪段统称腹筋----帮助混凝土梁抵御剪力有腹筋梁----既有纵筋又有腹筋无腹筋梁----只有纵筋无腹筋hbAsv11svsvnAA箍筋肢数PP剪力引起的斜