水工钢筋混凝土结构学课件第三章

第三章受弯构件正截面承载力计算概述受弯构件主要指结构中各种类型的梁与板。受弯构件的受力特点是截面上承受弯矩M和剪力V。受弯构件承载力的设计内容：(1)正截面受弯承载力计算—按已知截面弯矩设计值M，确定截面尺寸和计算纵向受力钢筋；(2)斜截面受剪承载力计算—按受剪计算截面的剪力设计值V，计算确定箍筋和弯起钢筋的数量。第三章受弯构件正截面承载力计算bhl0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。第三章受弯构件正截面承载力计算概述bh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。第三章受弯构件正截面承载力计算概述第三章受弯构件正截面承载力计算概述第三章受弯构件正截面承载力计算3.1受弯构件的截面形式和构造一.截面形式第一节受弯构件的截面形式和构造梁截面形式常见的有矩形、T形、工形、十字形、箱形、Π形。现浇单向板为矩形截面，预制板常见的有空心板。工形矩形板矩形T形箱形空心板二.截面尺寸为统一模板尺寸、便于施工，通常采用梁宽度b=120、150、180、200、220、250mm，250mm以上者以50mm为模数递增。梁高度h=250、300、350、400、…800mm，800mm以上者以100mm为模数递增。简支梁的高跨比h/l0一般为1/8~1/12。矩形截面梁高宽比h/b=2.0~3.5，T形截面梁高宽比h/b=2.5~4.0。房屋建筑中板较薄，最小为60mm。水工建筑中板厚变化范围大，厚的可达几米，薄的可为100mm。第三章受弯构件正截面承载力计算3.1受弯构件的截面形式和构造bhbhccccccccd=10~28mm(常用)h0=h-ah0a≥30mm1.5d≥mind≥mind≥mind≥mind≥mind三.砼保护层为保证耐久性、防火性以及钢筋与砼的粘结性能，钢筋外面须有足够厚度的砼保护层。第三章受弯构件正截面承载力计算3.1受弯构件的截面形式和构造ccccccccd=10~28mm(常用)h0=h-ah0a≥30mm1.5d≥mind≥mind≥mind≥mind≥mind第三章受弯构件正截面承载力计算3.1受弯构件的截面形式和构造四.梁内钢筋直径和间距梁底部纵向受力钢筋一般不少于2根，直径常用10~28mm；梁上部无受压钢筋时，需配置2根架立筋，与箍筋和梁底部纵筋形成钢筋骨架，直径一般不小于10mm；为保证砼浇注的密实性，梁底部钢筋的净距不小于30mm及钢筋直径d，梁上部钢筋的净距不小于30mm及1.5d。3.1受弯构件的截面形式和构造五.板内钢筋的直径和间距钢筋直径通常为6~12mm；板厚度较大时，直径可用14~18mm；受力钢筋最小间距为70mm；垂直于受力钢筋应布置分布钢筋于内侧：将荷载均匀传递给受力钢筋，施工中固定受力钢筋的位置，抵抗温度和收缩产生的应力，抵抗另一方向的内力。≥70C≥Cmin分布筋(f6@300)h0第三章受弯构件正截面承载力计算第三章受弯构件正截面承载力计算3.2受弯构件正截面的试验研究第二节受弯构件正截面的试验研究habAsh0一．梁的试验和应力—应变阶段试验录像（一）第Ⅰ阶段——未裂阶段荷载很小，应力与应变之间成线性关系；荷载↑，砼拉应力达到ft，拉区呈塑性变形；压区应力图接近三角形；砼达到极限拉应变（et=etu），截面即将开裂（Ⅰa状态），弯矩为开裂弯矩Mcr；Ⅰa状态是抗裂计算依据。3.2受弯构件正截面的试验研究第三章受弯构件正截面承载力计算（二）第Ⅱ阶段—裂缝阶段荷载↑，拉区出现裂缝，中和轴上移，拉区砼脱离工作，拉力由钢筋承担。阶段Ⅱ是正常使用阶段变形和裂缝宽度计算依据。拉区有许多裂缝，纵向应变量测标距有足够长度（跨过几条裂缝），平均应变沿截面高度分布近似直线。（平截面假定）第三章受弯构件正截面承载力计算3.2受弯构件正截面的试验研究（三）第Ⅲ阶段——破坏阶段荷载↑，钢筋应力先达到屈服强度fy；压区砼边缘应变随后达到极限压应变ecu，砼发生纵向水平裂缝压碎（Ⅲ状态），弯矩为极限弯矩Mu。阶段Ⅲ是正截面承载力计算依据。第三章受弯构件正截面承载力计算3.2受弯构件正截面的试验研究二．正截面破坏特征（一）第1种破坏情况—适筋破坏配筋量适中：受拉钢筋先屈服，然后砼边缘达到极限压应变εcu，砼被压碎，构件破坏。破坏前，有显著的裂缝开展和挠度，有明显的破坏预兆，属延性破坏。第三章受弯构件正截面承载力计算3.2受弯构件正截面的试验研究（二）第2种破坏情况—超筋破坏配筋量过多：受拉钢筋未达到屈服，受压砼先达到极限压应变而被压坏。承载力控制于砼压区，钢筋未能充分发挥作用。裂缝根数多、宽度细，挠度也比较小，砼压坏前无明显预兆，属脆性破坏。第三章受弯构件正截面承载力计算3.2受弯构件正截面的试验研究试验录像（三）第3种破坏情况——少筋破坏配筋量过少：拉区砼一出现裂缝，钢筋很快达到屈服，可能经过流幅段进入强化段。破坏时常出现一条很宽裂缝，挠度很大，不能正常使用。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3.2受弯构件正截面的试验研究试验录像弯矩—挠度关系曲线破坏特征随配筋量变化：配筋量太少，破坏弯矩接近开裂弯矩，大小取决于砼的抗拉强度及截面大小；配筋量过多，钢筋不能充分发挥作用，破坏弯矩取决于砼的抗压强度及截面大小；合理的配筋应在这两个限度之间，避免发生超筋或少筋破坏。第三章受弯构件正截面承载力计算3.2受弯构件正截面的试验研究第三节正截面受弯承载力计算原则一．计算方法的基本假定（1）平截面假定。（2）不考虑受拉区砼的工作。（3）受压区砼采用理想化的应力应变曲线。（4）有明显屈服点的钢筋应力应变关系采用理想的弹塑性曲线。第三章受弯构件正截面承载力计算3.3正截面受弯承载力计算原则二．适筋和超筋破坏的界限条件界限破坏：受拉钢筋达到屈服强度的同时受压砼达到极限压应变，此时：h00033.0/cucsyysEfeeeeEfhxsyycucubb/0033.00033.0000eee第三章受弯构件正截面承载力计算3.3正截面受弯承载力计算原则根据平截面假定：等效矩形应力图用等效矩形应力图形代替曲线应力图形，应力为fc。根据合力大小和作用点位置不变的原则：008.0,8.0xxxxbb第三章受弯构件正截面承载力计算3.3正截面受弯承载力计算原则0033.018.00sybbEfhx★适筋梁的判别条件b0hx——相对受压区高度★相对界限受压区高度第三章受弯构件正截面承载力计算3.3正截面受弯承载力计算原则第四节单筋矩形截面构件正截面受弯承载力计算一．计算简图第三章受弯构件正截面承载力计算3.4单筋矩形截面受弯承载力计算二.基本公式第三章受弯构件正截面承载力计算AfbxfxhbxfMMsyccdud)2(1103.4单筋矩形截面受弯承载力计算为计算方便，基本公式改写如下：第三章受弯构件正截面承载力计算AfbxfxhbxfMMsyccdud)2(110ssccsdudsAfhbfbhfMM020)(11)5.01(3.4单筋矩形截面受弯承载力计算第三章受弯构件正截面承载力计算适用条件ycbsbbffbhAhxmax00或防止超筋脆性破坏防止少筋脆性破坏minh0haAsb配筋率0bhAs3.4单筋矩形截面受弯承载力计算第三章受弯构件正截面承载力计算三.截面设计已知：弯矩设计值M求：截面尺寸b，h(h0)、截面配筋As，以及材料强度fy、fc未知数：受压区高度x、b，h(h0)、As、fy、fc基本公式：没有唯一解根据受力性能、材料供应、施工条件、使用要求等因素综合分析，确定经济合理的设计。AfbxfxhbxfMMsyccdud)2(1103.4单筋矩形截面受弯承载力计算第三章受弯构件正截面承载力计算材料选用：●适筋梁的Mu主要取决于fyAs，钢筋砼受弯构件的fc不宜较高，常用C20~C30级砼。●钢筋砼受弯构件是带裂缝工作的，由于裂缝宽度和挠度变形的限制，高强钢筋不能充分利用。梁常用Ⅱ~Ⅲ级钢筋，板常用Ⅰ~Ⅱ级钢筋。3.4单筋矩形截面受弯承载力计算第三章受弯构件正截面承载力计算截面尺寸确定●截面应有一定刚度，使正常使用阶段的验算能满足挠度变形的要求。●根据工程经验，常按高跨比h/l0来估计截面高度：●简支梁可取h=(1/8~1/12)l0，b=(1/2~1/3.5)h；●简支板可取h=(1/12~1/20)l0。3.4单筋矩形截面受弯承载力计算给定M时●截面尺寸b、h(h0)越大，所需的As就越少，越小，但砼用量和模板费用增加，并影响使用净空高度；●反之，b、h(h0)越小，所需的As就越大，增大。第三章受弯构件正截面承载力计算对一般板和梁，其常用配筋率为：板0.4%~0.8%矩形截面梁0.6%~1.5%T形截面梁0.9%~1.8%（相对于梁肋来说）选定材料强度fy、fc，截面尺寸b、h(h0)后，未知数就只有x，As，基本公式可解。3.4单筋矩形截面受弯承载力计算第三章受弯构件正截面承载力计算四.承载力复核已知：截面尺寸b，h(h0)、截面配筋As，以及材料强度fy、fc求：截面的受弯承载力Mu未知数：受压区高度x和受弯承载力Mu基本公式：AfbxfxhbxfMMsyccdud)2(110受弯承载力Mu可求。3.4单筋矩形截面受弯承载力计算第三章受弯构件正截面承载力计算3.4单筋矩形截面受弯承载力计算)2(0xhAfMAfbxfbfAfhAfM22b2)()(c0y0s0xAfbMfxAffMxhAfMxhfAMAfhMbdbfdffdfAdAhdhs22)()(xAfbMdMxAffMdMxhAffMdMxhAfAMdMhAfhMdM54302从数学上说明单筋矩形截面受弯构件正截面抗弯承载力各个影响因素的主次（假定各影响因素按相同比例增加）。1．单筋矩形截面受弯构件正截面抗弯承载力计算的基本公式是：2．对各因素求偏导：3．假定各影响因素按相同的比例增加：说明影响Mu的因素有五个。第三章受弯构件正截面承载力计算3.5双筋矩形截面受弯承载力计算第五节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。As'As受压钢筋第三章受弯构件正截面承载力计算3.5双筋矩形截面受弯承载力计算一般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：截面尺寸和材料强度受建筑使用和施工条件（或整个工程）限制而不能增加，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充砼受压能力的不足。由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面承受正弯矩，另一种组合情况下承受负弯矩，这时也出现双筋截面。由于受压钢筋可以提高截面的延性，在抗震地区，一般宜配置受压钢筋。一．计算简图和基本公式-sysycAfAfbxf)()2(1100ahAfxhbxfMMsycdud第三章受弯构件正截面承载力计算3.5双筋矩形截面受弯承载力计算双筋截面达到Mu的标志仍然是受压边缘砼达到ecu。在受压边缘砼应变达到ecu前，如受拉钢筋先屈服，则其破坏形态与适筋梁类似，有较大延性。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考虑。scuscsssEEEeee255/400~360)100.2~108.1(002.0mmNs第三章受弯构件正截面承载力计算3.5双筋矩形截面受弯承载力计算ecu值在0.002~0.004范围变化，安全计，取ecu=0.002:★受压钢筋应力钢筋和砼共同变形第三章受弯构件正截面承载力计算3.5双筋矩形截面受弯承载力计算