(整理)3受弯构件承载力计算.

精品文档精品文档1、一般构造要求受弯构件正截面承载力计算1、配筋率对构件破坏特征的影响及适筋受弯构件截面受力的几个阶段受弯构件正截面破坏特征主要由纵向受拉钢筋的配筋率ρ大小确定。配筋率是指纵受受拉钢筋的截面面积与截面的有效面积之比。（3－1）精品文档精品文档式中As——纵向受力钢筋的截面面积，；b——截面的宽度，mm；——截面的有效高度，——受拉钢筋合力作用点到截面受拉边缘的距离。根据梁纵向钢筋配筋率的不同，钢筋混凝土梁可分为适筋梁、超筋梁和少筋梁三种类型，不同类型梁的破坏特征不同。(1)适筋梁配置适量纵向受力钢筋的梁称为适筋梁。适筋梁从开始加载到完全破坏，其应力变化经历了三个阶段，如图3.8。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，梁截面上各个纤维的应变也很小，其应力和应变几乎成直线关系，混凝土应力分布图形接近三角形，如图3.8（a）。当弯矩增大时，混凝土的拉应力、压应力和钢筋的拉应力也随之增大。由于混凝土抗拉强度较低，受拉区混凝土开始表现出明显的塑性性质，应变较应力增加快，故应力和应变不再是直线关系，应力分布呈曲线，当弯距增加到开裂弯距时，受拉边缘纤维的应变达到混凝土的极限拉应变，此时，截面处于将裂未裂的极限状态，即第I阶段末，用Ia表示，如图3.13(b)所示。这时受压区塑性变形发展不明显，其应力图形仍接近三角形。Ia阶段的应力状态是抗裂验算的依据。第Ⅱ阶段（带裂缝工作阶段）：当弯矩继续增加时，受拉区混凝土的拉应变超过其极其拉应变，受拉区出现裂缝，截面即进入第Ⅱ阶段。裂缝出现后，在裂缝截面处，受拉区混凝土大部分退出工作，未开裂部分混凝土虽可继续承担部分拉力，但因靠近中和轴很近，故其作用甚小，拉力几乎全部由受拉钢筋承担，在裂缝出现的瞬间，钢筋应力突然增加很大。随着弯矩的不断增加，裂缝逐渐向上扩展，中和轴逐渐上移。由于受压区应变不断增大，受压区混凝土呈现出一定的塑性特征，应力图形呈曲线形，如图3.8?所示。第Ⅱ阶段的应力状态代表了受弯构件在使用时的应力状态，故本阶段的应力状态作为裂缝宽度和变形验算的依据。当弯矩继续增加，钢筋应力不断增大，直至达到屈服强度，这时截面所能承担的弯矩称为屈服弯矩。它标志截面即将进入破坏阶段，即为第Ⅱ阶段极限状态，以Ⅱa表示，如图3.8(d)所示。第Ⅲ阶段（破坏阶段）：弯矩继续增加，截面进入第Ⅲ阶段。这时受拉钢筋的应力保持屈服强度不变，钢筋的应变迅精品文档精品文档速增大，促使受拉区混凝土的裂缝迅速向上扩展，中和轴继续上移，受压区混凝土高度缩小，混凝土压应力迅速增大，受压区混凝土的塑性特征表现得更加充分，压应力呈显著曲线分布[图3.8(e)]。到本阶段末（即Ⅲa阶段），受压边缘混凝土压应变达到极限应变，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[图3.8(a)]，截面宣告破坏，此时截面所承担的弯矩即为破坏弯矩Mu，这时的应力状态作为构件承载力计算的依据[图3.8(f)]。图适筋梁工作的三个阶段由上述可知，适筋梁的破坏始于受拉钢筋屈服，从受拉钢筋屈服到受压区混凝土被压碎（即弯矩由增大到），需要经历较长过程。由于钢筋屈服后产生很大塑性变形，使裂缝急剧开展和挠度急剧增大，给人以明显的破坏预兆，这种破坏称为延性破坏。适筋梁的材料强度能得到充分发挥。见图3-9a(2)超筋梁精品文档精品文档纵向受力钢筋配筋率大于最大配筋率的梁称为超筋梁。这种梁由于纵向钢筋配置过多，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[图3.9(b)]，梁的挠度也较小。这种单纯因混凝土被压碎而引起的破坏，发生得非常突然，没有明显的预兆，属于脆性破坏。实际工程中不应采用超筋梁。(3)少筋梁配筋率小于最小配筋率的梁称为少筋梁。这种梁破坏时，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。在此过程中，裂缝迅速开展，构件严重向下挠曲，最后因裂缝过宽，变形过大而丧失承载力，甚至被折断[图3.9（c）]。这种破坏也是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏。实际工程中不应采用少筋梁。精品文档精品文档2、单筋矩形截面梁受弯构件正截面承载力计算根据换算后的等效矩形应力图形，利用静力平衡条件，可得到单筋矩形构件正截面抗弯承载力的两个基本公式。1.两个基本公式板的截面有效高度。精品文档精品文档图3-13梁板有效高度的确定方法2.两个条件：1)为了避免出现少筋情况，必须控制截面配筋率，即最小配筋率。对于受弯构件，2)为了防止将构件设计成超筋构件，要求构件截面的相对受压区高度小于界限相对受压区高度，即，或3.计算例题[例]某钢筋混凝土矩形截面梁，截面尺寸b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级C25，钢筋采用HRB400级，纵向受拉钢筋3φ18，混凝土保护层厚度25mm。该梁承受最大弯矩设计值M=100kN·m。试复核梁是否安全。已知条件，[解]（1）计算因纵向受拉钢筋布置成一排，故（2）判断梁的条件是否满足要求满足要求。精品文档精品文档（3）求截面受弯承载力，并判断该梁是否安全该梁安全。3、双筋矩形截面梁受弯构件正截面承载力计算双筋截面受弯构件的破坏特征与单筋截面相似，不同之处是受压区有混凝土和受压钢筋（）一起承受压力。双筋矩形截面受弯构件到达受弯承载力极限状态时的截面应力状态如图3-17。图双筋矩形截面承载力计算简图基本方程：（3－9）M≤（3－10）公式（3-9）、（3-10）实际上是在单筋矩形截面的公式（3-4）和（3-5）的基础上增加了受压钢筋的作用一项，应注意它是加在混凝土项同一侧，表示帮助混凝土承担部分压力。适用条件：（1）为了防止超筋梁破坏，应：或（3-11）精品文档精品文档(2)为了保证受压钢筋能达到规定的抗压强度设计值，应（3-12）在实际设计中，若出现的情况，则说明此时受压钢筋所受到的压力太小，压应力达不到抗压设计强度，这样公式（3-9）和（3-10）中的只能用??代人，由于是未知数，使得计算非常复杂，故《混凝土规范》建议在时，近似取，即假定受压钢筋合力点受压混凝合力点相重合，这样处理对截面来说是偏于完全的。对取矩，得：4、T形正截面承载力计算在矩形截面受弯构件的承载力计算中，是不考虑混凝土的抗拉强度的，因此，如果将受拉区两侧混凝土挖去，形成如图所示的T形截面，可以降低结构自重，节约材料，获得经济效果。图T形截面1、翼缘计算宽度试验表明，T形梁破坏时，其翼缘上混凝土的压应力是不均匀的，越接近肋部应力越大，超过一定距离时压应力几乎为零。在计算中，为简便起见，假定只在翼缘一定宽度范围内受有压应力，且均匀分布，该范围以外的部分不起作用，这个宽度称为翼缘计算宽度，用表示，其值取表3-3中各项的最小值。表T形、I形及倒L形截面受弯构件翼缘计算宽度项次考虑情况T形截面、I形截面倒L形截面肋形梁、肋形板独立梁肋形梁、肋形板精品文档精品文档1按计算跨度考虑2按梁(纵肋)净距考虑－3按翼缘高度考虑－－b2、T形截面分类按T形截面受弯构件按受压区的高度不同，分为第一类和第二类T形截面：第一类T形截面，中和轴在翼缘内，即；第二类T形截面，中和轴在梁肋内，即。3、两类T形截面的计算公式1)第一类T形截面承载力在计算截面的正载面承载力时，不考虑受拉区混凝土参加受力。因此，第一类T形截面（图3-21）相当于宽度的矩形截面，可用代替b按矩形截面的公式计算图第一类T形截面的计算简图两个基本公式适用条件或其中，式（3-18）一般均能满足，可不必验算。2)第二类T形截面承载力基本公式：精品文档精品文档：适用条件其中式（3－23）条件一般均能满足，往往不必验算。两种T形截面的判别图判别T形截面类别的计算简图两类T形截面的判别：当中和轴通过翼缘底面，即时为两类T形截面的界限情况。由平衡条件显然，若≤或M≤则，即属于第一类T形截面。若或则，即属于第二类T形截面。4、简化公式计算法（利用表格进行计算）：在进行截面计算时，为简化计算，也可利用现成的表格。公式（3-4）可改写成(a)公式（3-5a）可改写成(b)式中(c)精品文档精品文档(d)利用式（c），（d）就可制成受弯构件正截面强度计算表格。受弯构件斜截面承载力计算梁的斜截面承载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、受弯构件斜截面受剪破坏形态1、剪跨比λ广义剪跨比λ：计算截面的弯矩M与剪力V和相应截面的有效高度乘积的比值计算剪跨比，为集中荷载作用点至支座的距离，称为剪跨。在集中荷载作用下，可用计算剪跨比。2.配箍率箍筋截面面积与对应的混凝土面积的比值，称为配箍率（见上图）3、斜截面破坏三种形态1)斜压破坏破坏发生条件：多发生在剪力大而弯矩小的区段，即剪跨比λ较小(λ1)时，或剪跨比适中但腹筋配置过多即配筋率较大时，以及腹板宽度较窄的T形或I形截面。精品文档精品文档破坏特征：发生斜压破坏的过程首先是在梁腹部出现若干条平行的斜裂缝，随着荷载的增加，梁腹部被这些斜裂缝分割成若干个斜向短柱，最后这些斜向短柱由于混凝土达到其抗压强度而破坏（图3－27a）。这种破坏的承载力主要取决于混凝土强度及截面尺寸，而破坏时箍筋的应力往往达不到屈服强度，钢筋的强度不能充分发挥，且破坏属于脆性破坏，故在设计中应避免。防止破坏发生的措施：为了防止出现这种破坏，要求梁的截面尺寸不得太小，箍筋不宜过多。图3－27梁斜截面破坏形态2）斜拉破坏破坏发生条件：破坏多发生在剪跨比λ较大(λ3)，或腹筋配置过少即配箍率较小时。破坏特征：发生斜拉破坏的过程是一旦梁腹部出现斜裂缝，很快就形成临界斜裂缝，与其相交的梁腹筋随即屈服，箍筋对斜裂缝开展的限制已不起作用，导致斜裂缝迅速向梁上方受压区延伸，梁将沿斜裂缝裂成两部分而破坏（图3－27c）。破坏属于脆性破坏。防止破坏发生的措施：为了防止出现斜拉破坏，要求梁所配置的箍筋数量不能太少，间距不能过大。3）剪压破坏这种破坏通常发生在剪跨比λ适中（λ=1～3），梁所配置的腹筋（主要是箍筋）适当，即配箍率合适时。破坏特征：随着荷载的增加，截面出现多条斜裂缝，其中一条延伸长度较大，开展宽度较宽的斜裂缝，称为“临界斜裂缝”。到破坏时，与临界斜裂缝相交的箍筋首先达到屈服强度。最后，由于斜裂缝顶端剪压区的混凝土在压应力、剪应力共同作用下达到剪压复合受力时的极限强度而破坏，梁失去承载力（图3－27b）。梁发生剪压破坏时，混凝土和箍筋的强度均能得到充分发挥，破坏时的脆性性质不如斜压破坏时明显。防止破坏发生的措施：为了防止剪压破坏，可通过斜截面抗剪承载力计算，配置适量的箍筋来防止。2、斜截面受剪承载力计算１．计算公式1）仅配箍筋的受弯构件。对矩形、T形及I形截面一般受弯构件，其受剪承载力计算基本公式为精品文档精品文档对集中荷载作用下（包括作用多种荷载，其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占该截面总剪力值的75%以上的情况）的独立梁，其受剪承载力计算基本公式为式中：——混凝土轴心抗拉强度设计值（按附表1采用）；——箍筋抗拉强度设计值（按附表2采用，）；λ——计算截面的剪跨比（当λ1.5时，取λ=1.5；当λ3时，取λ=3）。2）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为3）板的计算公式截面高度影响系数,当取；取。２．计算条件1）防止出现斜压破坏的条件——最小截面尺寸的限制。为了防止斜压破坏，必须限制截面最小尺寸：当（即一般梁）时当(薄腹梁)时当时式中：b——矩形截面宽度，T形和I形截面的腹部宽度；——截面的腹板高度（矩形截面取其有效高度，T形截面取有效高度减去翼缘高度，I形截面取腹板净高）。——混凝土强度影响系数（当混凝土强度等级≤C50时，=1.0；当混凝土强度等级为C80时，=0.8；其它混凝土强度等级按线性内插法取用）。2）防止出现斜拉破坏的条件——最小配箍率的限制。为