建筑结构-第六章 钢筋混凝土板.ppt
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1、建筑结构-第六章 钢筋混凝土板 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 单向板单向板1.1.单向板的受力特点单向板的受力特点单单 向向 板板 上上 的的 荷荷 载载 主主 要要 沿沿 短短 边边 方方 向向 传传 递递,沿沿 长长 边边 方方 向向 传传递递的的荷荷载载很很少少,受受力力钢钢筋筋沿沿短短边边方方向向布布置置,长长边边方方向向只只布置构造钢筋。布置构造钢筋。单单向向板板肋肋形形楼楼盖盖构构造造简简单单,施施工工方方便便,是是整整体
2、体式式楼楼盖盖结结构构中中最最常常用用的的形形式式。因因板板、次次梁梁和和主主梁梁为为整整体体现现浇浇,所所以以将将板板视视为为多多跨跨超超静静定定连连续续板板,而而将将梁梁视视为为多多跨跨超超静静定定梁梁。其其荷荷载载的的传传递递路路线线是是:板板次次梁梁主主梁梁柱柱或或墙墙。可可见见,板板的的支支座座为为次次梁梁,次次梁梁的的支支座座为为主主梁梁,主主梁梁的的支支座座为为柱柱或或墙。墙。(1)(1)弹性理论计算法弹性理论计算法1)1)计算简图计算简图计算简图应表示梁、板的支座情况,各跨跨数以及荷计算简图应表示梁、板的支座情况,各跨跨数以及荷载的形式,位置大小等。载的形式,位置大小等。2.2
3、.钢筋混凝土连续梁、板内力计算钢筋混凝土连续梁、板内力计算支座支座梁梁,板板支支承承在在砖砖墙墙或或砖砖柱柱上上时时,可可视视为为铰铰支支座座;当当梁梁,板板的的支支座座与与支支承承梁梁,柱柱整整体体连连接接时时,为为简简化化计计算算,仍仍可可视视为为铰铰支支座座,并并忽忽略略支支座座宽宽度度的的影影响响。板板,次次梁梁、主主梁梁均均可可简简化化为支承在相应的支座上的多跨连续梁。为支承在相应的支座上的多跨连续梁。跨数与计算跨度跨数与计算跨度跨跨数数:当当连连续续梁梁、板板各各跨跨跨跨度度不不等等时时,各各跨跨计计算算跨跨度度相相差差不不超超过过10%10%,则则可可按按等等跨跨连连续续梁梁、板
4、板的的内内力力系系数数表表查查取取各各截面的内力系数。截面的内力系数。各跨荷载相同,跨数超过五跨的等跨等截面连续梁,除两各跨荷载相同,跨数超过五跨的等跨等截面连续梁,除两边第边第1 1、2 2跨外,所有中间各跨的内力十分接近,为简化计算,跨外,所有中间各跨的内力十分接近,为简化计算,中间跨均以第三跨代表。中间跨均以第三跨代表。对于超过五跨的多跨连续梁、板可按五跨计算内力,见下对于超过五跨的多跨连续梁、板可按五跨计算内力,见下图图 五跨及五跨以内的等跨连续梁内力系数可按附录五跨及五跨以内的等跨连续梁内力系数可按附录3采用。采用。荷载荷载 当当楼楼面面承承受受均均布布荷荷载载时时,取取1m1m宽宽
5、的的板板带带作作为为板板的的计计算算单单元元,次次梁梁承承受受左左右右两两边边板板上上传传来来的的均均布布荷荷载载及及次次梁梁自自重重,主主梁梁承承受受次次梁梁传传来来的的集集中中荷荷载载及及主主梁梁自自重重(为为便便于于计计算算,一一般般将将主主梁梁自自重重折折算算为为几几个个集集中中荷荷载载,分分别别加加在在次次梁梁的的集集中中荷荷载载上)。上)。折算荷载折算荷载 在在确确定定计计算算简简图图中中,认认为为连连续续板板在在次次梁梁处处,次次梁梁在在主主梁梁处处均均为为铰铰支支座座,没没有有考考虑虑次次梁梁对对板板,主主梁梁对对次次梁梁转转动动的的弹弹性性约束作用,使计算结果与实际情况存在差
6、异。约束作用,使计算结果与实际情况存在差异。当当板板受受荷荷发发生生弯弯曲曲转转动动时时,将将带带动动次次梁梁产产生生扭扭转转,次次梁梁的的抗抗扭扭刚刚度度则则将将部部分分地地阻阻止止板板自自由由转转动动,这这就就与与理理想想的的铰铰支支座座不不同同。此此时时板板支支座座截截面面转转角角 ,相相当当于于降降低低了了板板跨跨中中的的弯弯距距值值,类类似似的的情情况况也也发发生生在在次次梁梁和和主主梁之间。梁之间。主梁主梁 ,次梁次梁 ,折算荷载的取值:折算荷载的取值:板板 ,2qgg+=计计算算中中难难以以十十分分准准确确地地考考虑虑次次梁梁对对板板及及主主梁梁对对次次梁梁的的这这种种约约束束影
7、影响响,采采用用增增大大永永久久荷荷载载和和减减小小可可变变荷荷载载的的办办法法,以以折折算算荷荷载载代代替替实实际际荷荷载载近近似似地地考考虑虑这这一一约约束束影影响。响。主梁不进行荷载折减,如果支承主梁的柱刚度较大,主梁不进行荷载折减,如果支承主梁的柱刚度较大,应按框架结构计算内力,如柱刚度较小,则柱对主梁的应按框架结构计算内力,如柱刚度较小,则柱对主梁的约束作用很小,可按铰支座考虑。约束作用很小,可按铰支座考虑。2 2)内力计算)内力计算 假定结构构件(梁、板)为理想的匀质弹性体,内假定结构构件(梁、板)为理想的匀质弹性体,内力可按结构力学方法分析,为简便计算,可直接查附录力可按结构力学
8、方法分析,为简便计算,可直接查附录3 3跨中和支座的内力系数,按弹性计算法的结果是非常可跨中和支座的内力系数,按弹性计算法的结果是非常可靠的。靠的。荷载的最不利组合荷载的最不利组合对于多跨连续梁,永久荷载必须每跨满布,可变荷载对于多跨连续梁,永久荷载必须每跨满布,可变荷载往往不是满布于梁上时出现最大内力,因此需要研究可往往不是满布于梁上时出现最大内力,因此需要研究可变荷载作用的位置对连续梁内力的影响。见下图。变荷载作用的位置对连续梁内力的影响。见下图。活荷载最不利位置的布置原则:活荷载最不利位置的布置原则:如求某跨跨中截面最大正弯矩时,除应在该跨布置如求某跨跨中截面最大正弯矩时,除应在该跨布置
9、活荷载个,还应在其左,右每隔一跨布置活荷载。活荷载个,还应在其左,右每隔一跨布置活荷载。如求各中间支座最大负弯矩时,除应在该支座左右如求各中间支座最大负弯矩时,除应在该支座左右两跨布置活荷载外,还应每隔一跨布置活荷载。两跨布置活荷载外,还应每隔一跨布置活荷载。内力包络图绘制内力包络图绘制内内力力包包络络图图(包包括括弯弯矩矩包包络络图图和和剪剪力力包包络络图图)是是指指在在恒恒荷荷载载内内力力图图上上以以相相同同比比例例叠叠画画上上各各种种最最不不利利活活荷荷载载位位置置作作用用下下的的内内力力图图,在在同同一一个个图图上上的的这这些些曲曲线线的的最最外外轮廓线所围成的内力图就是内力包络图。轮
10、廓线所围成的内力图就是内力包络图。绘制变矩包络图和剪力包络图的目的,在于能合理绘制变矩包络图和剪力包络图的目的,在于能合理地确定连续梁钢筋弯起和截断的位置,还可以检查构件地确定连续梁钢筋弯起和截断的位置,还可以检查构件截面强度是否可靠,材料用量是否节省。截面强度是否可靠,材料用量是否节省。剪力包络图的绘制剪力包络图的绘制第第一一步步:确确定定荷荷载载作作用用位位置置,恒恒荷荷载载应应满满布布于于各各跨跨,活活荷荷载布置只须考虑分别使该跨两端支座剪力为最大的两种情况。载布置只须考虑分别使该跨两端支座剪力为最大的两种情况。第二步:分别求出上述两种荷载组合下的支座剪力值。第二步:分别求出上述两种荷载
11、组合下的支座剪力值。第第三三步步:绘绘出出上上述述两两种种荷荷载载组组合合下下的的剪剪力力图图,并并按按相相同同比比例叠画在同一个图上。例叠画在同一个图上。第四步:连接剪力图上的最外轮廓线,并加粗以示区分。第四步:连接剪力图上的最外轮廓线,并加粗以示区分。2.2.钢筋混凝土连续梁、板内力计算钢筋混凝土连续梁、板内力计算(2)(2)塑性理论计算法塑性理论计算法1 1)塑性内力重分布计算方法的基本概念)塑性内力重分布计算方法的基本概念 按弹性理论计算法的缺陷:按弹性理论计算法的缺陷:a a 钢筋砼是两种材料组成的非匀质弹性体,在构件的钢筋砼是两种材料组成的非匀质弹性体,在构件的截面设计中己充分考虑
12、了其塑性性能,按破坏阶段的构件截面设计中己充分考虑了其塑性性能,按破坏阶段的构件截面计算方法与按弹性理论计算的结构内力是互不协调的,截面计算方法与按弹性理论计算的结构内力是互不协调的,材料强度未能得到充分发挥。材料强度未能得到充分发挥。b b 弹性理论计算法是按活荷载的最不利位置时的内弹性理论计算法是按活荷载的最不利位置时的内力包络图来配筋的,但各跨中和各支座截面的最大内力实力包络图来配筋的,但各跨中和各支座截面的最大内力实际上并不能同时出现。际上并不能同时出现。c c 由于超静定结构具有多余约束,某一支座进入破由于超静定结构具有多余约束,某一支座进入破坏阶段时,只是少一个多余联系,整个结构并
13、未破坏。坏阶段时,只是少一个多余联系,整个结构并未破坏。d d 按按弹弹性理性理论计论计算法算法计计算算时时,支座弯矩,支座弯矩总总是是远远大于跨大于跨中弯矩,支座配筋中弯矩,支座配筋拥挤拥挤,构造复,构造复杂杂,施工不便。,施工不便。塑性铰与塑性内力重分布的概念塑性铰与塑性内力重分布的概念 塑性铰与普通铰的区别:塑性铰能承受一定的弯矩,塑性铰与普通铰的区别:塑性铰能承受一定的弯矩,并能沿弯矩作用方向作一定限度的转动。普通的理想铰并能沿弯矩作用方向作一定限度的转动。普通的理想铰不能承受弯矩,但能自由转动。不能承受弯矩,但能自由转动。简支梁跨中出现塑性铰后,即成为几何可变体系,简支梁跨中出现塑性
14、铰后,即成为几何可变体系,将失去承载能力。而对于多跨连续的钢筋砼梁是超静定将失去承载能力。而对于多跨连续的钢筋砼梁是超静定结构,支座截面出现塑性铰后,只是减少一个多余联系,结构,支座截面出现塑性铰后,只是减少一个多余联系,还未使结构变为几何可变体系,还能继续承担后续荷载。还未使结构变为几何可变体系,还能继续承担后续荷载。但这时梁的工作简图己有所改变,内力不再按原来的但这时梁的工作简图己有所改变,内力不再按原来的规律分布,支座弯矩向跨中进行了转移,即出现了塑性内规律分布,支座弯矩向跨中进行了转移,即出现了塑性内力重分布。力重分布。值值得得指指出出的的是是,如如按按弯弯矩矩包包络络图图配配筋筋,支
15、支座座的的最最大大负负弯弯矩矩与与跨跨中中的的最最大大正正弯弯距距并并不不是是在在同同一一组组荷荷载载作作用用下下产产生生的的,所所以以当当下下调调支支座座负负弯弯矩矩时时,在在这这一一组组荷荷载载作作用用下下增增大大后后的的跨跨中中正正弯弯矩矩,实实际际上上并并不不大大于于包包络络图图上上外外包包线的正弯矩,因此跨中截面并不会因此而增加配筋。线的正弯矩,因此跨中截面并不会因此而增加配筋。由由此此可可见见,采采用用塑塑性性内内力力重重分分布布方方法法设设计计,可可调调整整连连续续梁梁的的支支座座弯弯矩矩和和跨跨中中变变矩矩,在在不不增增加加跨跨中中截截面面配配筋筋的的情情况况下下,减减少少了了
16、支支座座截截面面的的配配筋筋,即即方方便便了了施施工工,又又节省了材料,也更符合构件的实际工作情况。节省了材料,也更符合构件的实际工作情况。2 2)塑性内力重分布的基本规律)塑性内力重分布的基本规律根根据据上上节节课课所所讲讲内内容容可可得得出出钢钢筋筋砼砼连连续续梁梁塑塑性性内内力力重分布的基本规律如下:重分布的基本规律如下:钢钢筋筋砼砼连连续续梁梁达达到到承承载载力力极极限限状状态态的的标标志志,不不是是某某个个截截面面达达到到极极限限弯弯距距,而而是是必必须须出出现现足足够够的的塑塑性性铰铰,使整个结构形成可变体系。使整个结构形成可变体系。塑塑性性铰铰出出现现以以前前,连连续续梁梁的的弯
17、弯矩矩服服从从弹弹性性的的内内力力分分布布规规律律,塑塑性性铰铰出出现现以以后后,结结构构计计算算简简图图发发生生改改变变,随随着着荷荷载载的的增增加加,结结构构内内力力将将重重新新分分布布,这这种种现现象象称称为为塑性内力重分布。塑性内力重分布。按按弹弹性性理理论论计计算算,连连续续梁梁的的内内力力与与外外力力符符合合平平衡衡条条件件,同同时时也也满满足足变变形形协协调调关关系系。按按塑塑性性内内力力重重分分布布方方法法计计算算,内内力力与与外外力力符符合合平平衡衡条条件件,但但转转角角相相等等的的变变形形协调关系在塑性铰截面处己不再适用。协调关系在塑性铰截面处己不再适用。通过控制支座截面和
18、跨中截面的配筋比,可以控通过控制支座截面和跨中截面的配筋比,可以控制连续梁中塑性铰出现的早晚和位置,即控制调幅的大制连续梁中塑性铰出现的早晚和位置,即控制调幅的大小和方向。小和方向。3 3)按塑性内力重分布方法设计的基本原则)按塑性内力重分布方法设计的基本原则 a a、确保结构安全可靠、确保结构安全可靠 由于连续梁出现塑性铰后,是按简支梁工作由于连续梁出现塑性铰后,是按简支梁工作的,因此每跨调整后的两端支座弯矩的平均值加上跨中的,因此每跨调整后的两端支座弯矩的平均值加上跨中弯矩的绝对值之和应不小于相应的简支梁跨中弯矩,即:弯矩的绝对值之和应不小于相应的简支梁跨中弯矩,即:M M0 0 (M M
19、B B+M+MC C)/2+M/2+M1 1 M MB B、M MC C、M M1 1分别为支座、和跨中截面的弯矩;分别为支座、和跨中截面的弯矩;M M0 0 在全部荷载作用下简支梁的跨中弯矩。在全部荷载作用下简支梁的跨中弯矩。此外此外,调整后的所有支座和跨中的弯矩的绝对,调整后的所有支座和跨中的弯矩的绝对值,对承受均布荷载的梁均应满足下式要求:值,对承受均布荷载的梁均应满足下式要求:MM(g+qg+q)l l2 2/24/24 此外此外,必须满足刚度和裂缝宽度的要求,必须满足刚度和裂缝宽度的要求 弯矩调幅不宜过大,以避免构件产生过宽的弯矩调幅不宜过大,以避免构件产生过宽的裂缝,降低梁的刚度并
20、影响正常使用。根据实践证明,裂缝,降低梁的刚度并影响正常使用。根据实践证明,连续板、梁支座弯矩的调整幅度一般不应超过连续板、梁支座弯矩的调整幅度一般不应超过30%30%,对,对于于q/g1/3q/g1/3的连续板、梁中,弯矩调幅不得超过的连续板、梁中,弯矩调幅不得超过15%15%。此外此外,应保证塑性铰有足够的转动能力:,应保证塑性铰有足够的转动能力:为保证在调幅截面能够形成塑性铰,且具有足为保证在调幅截面能够形成塑性铰,且具有足够的转动能力,应限制支座截面受压区高度,规范规够的转动能力,应限制支座截面受压区高度,规范规定,塑性铰截面中砼受压区高度应满足下式要求:定,塑性铰截面中砼受压区高度应
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