混凝土结构第四章精选文档.ppt

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1、混凝土结构第四章本讲稿第一页，共六十七页一、受弯构件一、受弯构件 主要承受弯矩和剪力的构件。主要承受弯矩和剪力的构件。典型受弯构件：梁、板。典型受弯构件：梁、板。二、受弯构件的种类二、受弯构件的种类1 1单筋受弯构件单筋受弯构件仅在截面受拉区配置受力钢筋的构件。仅在截面受拉区配置受力钢筋的构件。2 2双筋受弯构件双筋受弯构件在截面受拉区和受压区都配置受力钢筋的构件。在截面受拉区和受压区都配置受力钢筋的构件。本讲稿第二页，共六十七页PP剪力引起的斜裂缝弯矩引起的垂直裂缝1 1正截面破坏正截面破坏由弯矩引起的破坏，破坏截面与梁由弯矩引起的破坏，破坏截面与梁的纵轴垂直。的纵轴垂直。2 2斜截面破坏斜

2、截面破坏由弯矩和剪力共同引起的破坏，由弯矩和剪力共同引起的破坏，破坏截面是倾斜的。破坏截面是倾斜的。三、受弯构件的截面破坏形式三、受弯构件的截面破坏形式本讲稿第三页，共六十七页弯起筋箍筋架立筋纵向受力筋受拉区配置，保证正截面承载力。防止梁的斜截面发生破坏构造筋四、典型四、典型钢筋混凝土梁的配筋梁的配筋本讲稿第四页，共六十七页钢筋混凝土受弯构件的设计内容：钢筋混凝土受弯构件的设计内容：(1)正截面受弯承载力计算正截面受弯承载力计算按已知截面弯矩设计值按已知截面弯矩设计值M，计算确定截面尺寸和纵向受力钢筋；，计算确定截面尺寸和纵向受力钢筋；(2)斜截面受剪承载力计算斜截面受剪承载力计算按受剪计算截

3、面的剪力设按受剪计算截面的剪力设计值计值V，计算确定箍筋和弯起钢筋的数量；，计算确定箍筋和弯起钢筋的数量；(3)正常使用阶段的裂缝宽度和挠度变形验算正常使用阶段的裂缝宽度和挠度变形验算；本讲稿第五页，共六十七页第一节受弯构件的 截面形式和构造矩形T形工形十字形一、截面形式梁满足承载能力极满足承载能力极限状态的要求限状态的要求M指结构上的作用所产指结构上的作用所产生的内力设计值；生的内力设计值；Mu是受弯构件正截面受弯是受弯构件正截面受弯承载力的设计值。承载力的设计值。本讲稿第六页，共六十七页矩形板空心板槽形板板二、截面尺寸高跨比高跨比h/l0=1/81/12矩形截面梁高宽比矩形截面梁高宽比h/

4、b=2.03.5T形截面梁高宽比形截面梁高宽比h/b=2.54.0。（b为梁肋）为梁肋）b=120、150、180、200、220、250、300、(mm)，250以以上的级差为上的级差为50mm。h=250、300、350、750、800、900、1000、(mm)，800mm以下的级差为以下的级差为50mm，以上的为，以上的为100mm。本讲稿第七页，共六十七页三、梁内钢筋的直径和净距纵向受力钢筋的直径不能太细保证钢筋骨架有较好的刚度，便于施工；不宜太粗避免受拉区混凝土产生过宽的裂缝。直径取1028mm之间。h0a净距净距d 25mmh0a净距净距d 25mm净距净距d 25mm净距净距1

5、.5d 30mm本讲稿第八页，共六十七页四、板内钢筋的直径和间距板的纵筋布置要求：a.钢筋直径通常为钢筋直径通常为612mm；板厚度较大时，钢筋直径可用板厚度较大时，钢筋直径可用1425mm；b.受力钢筋最大间距受力钢筋最大间距 板厚板厚 h200mm时：时：250mm 200mm1500mm:0.2h及及400mmc.垂直于受力钢筋的方向应布置垂直于受力钢筋的方向应布置分布钢筋分布钢筋。70C15分布筋h0h0=h-20本讲稿第九页，共六十七页混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度c纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离。纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离。保护层厚度的作用：保护层厚度的作

6、用：a.保护纵向钢筋不被锈蚀；保护纵向钢筋不被锈蚀；b.发生火灾时延缓钢筋温度上升；发生火灾时延缓钢筋温度上升；c.保证纵向钢筋与混凝土的较好粘结。保证纵向钢筋与混凝土的较好粘结。保护层厚度不应小于钢筋直径及由构件类别和环境条件确定的最小保护层厚度不应小于钢筋直径及由构件类别和环境条件确定的最小保护层厚度，不宜小于粗骨料最大粒径的保护层厚度，不宜小于粗骨料最大粒径的1.25倍。倍。环境类别为一类（室内环境）时，梁的最小保护层厚度是环境类别为一类（室内环境）时，梁的最小保护层厚度是25mm，板，板为为20mm.五、混凝土保护层本讲稿第十页，共六十七页六、纵向受拉钢筋的配筋百分率 d=1032mm

7、(常用常用)单排单排 as=c+d/2=2520/2=35mm双排双排 as=c+d+e/2=25+20+30/2=60mm 截面上所有纵向受拉钢筋的合力点到受拉边缘的竖向距截面上所有纵向受拉钢筋的合力点到受拉边缘的竖向距离为离为as，则到受压边缘的距离为则到受压边缘的距离为h0=h-as，称为截面有效高称为截面有效高度。度。纵向受拉钢筋配筋率为纵向受拉钢筋配筋率为本讲稿第十一页，共六十七页4.2 受弯构件正截面受弯的受弯构件正截面受弯的 受力全过程试验研究受力全过程试验研究4.2.1适筋梁正截面受弯的三个受力阶段本讲稿第十二页，共六十七页一、适筋梁正截面受弯性能的试验纵向受拉钢筋配筋率比较适

8、当，正截面的受弯破坏形态属于延性纵向受拉钢筋配筋率比较适当，正截面的受弯破坏形态属于延性破坏形态类型，称为适筋梁。破坏形态类型，称为适筋梁。应变测点FF位移计MVl0/3l0/3l0/3habAsh0s本讲稿第十三页，共六十七页CaaM0crM0yM0u0 0M0Y(钢筋开始屈服)混凝土压碎破坏截面曲率(混凝土开裂)梁跨中截面的弯距试验值梁跨中截面的弯距试验值M0截面曲率试验值截面曲率试验值0关系关系二适筋梁正截面受弯性能的三个受力阶段本讲稿第十四页，共六十七页第阶段：混凝土开裂前的未裂阶段a阶段作段作为受弯构件受弯构件 抗裂度的抗裂度的计算依据算依据本讲稿第十五页，共六十七页第第阶段特点：阶

9、段特点：a.混凝土未开裂；混凝土未开裂；b.受压区应力图形为直线，受拉区前受压区应力图形为直线，受拉区前期为直线，后期为曲线；期为直线，后期为曲线；c.弯矩曲率呈直线关系。弯矩曲率呈直线关系。本讲稿第十六页，共六十七页第阶段：带裂缝工作阶段阶段a阶段作段作为正常使用正常使用阶段段验算算变形和裂形和裂缝宽度的度的计算依据算依据本讲稿第十七页，共六十七页第第阶段特点：阶段特点：a.a.裂缝截面处，受拉区大部分砼退出工作，拉裂缝截面处，受拉区大部分砼退出工作，拉力主要由钢筋承担，但钢筋未屈服；力主要由钢筋承担，但钢筋未屈服；b.b.受压区砼已有塑性变形，但不充分；受压区砼已有塑性变形，但不充分；c.

10、c.弯矩曲率关系为曲线，曲率与挠度增长加弯矩曲率关系为曲线，曲率与挠度增长加快。快。本讲稿第十八页，共六十七页第阶段：破坏阶段 a阶段作段作为正截面受正截面受 弯承弯承载力的力的计算依据算依据本讲稿第十九页，共六十七页第第阶段特点：阶段特点：a.纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；b.裂缝截面处，受拉区大部分混凝土已退出工作，受压区砼裂缝截面处，受拉区大部分混凝土已退出工作，受压区砼压应力曲线图形比较丰满，有上升段，也有下降段；压应力曲线图形比较丰满，有上升段，也有下降段；c.压区边缘砼压应变达到其极限压应变压区边缘砼压应变达到其极限压应变cu，混凝土被压碎，混

11、凝土被压碎，截面破坏；截面破坏；d.弯矩曲率关系为接近水平的曲线。弯矩曲率关系为接近水平的曲线。本讲稿第二十页，共六十七页4.2.2 破坏形态及特征配筋率破坏形态及特征配筋率1 1适筋破坏（适筋破坏（P43P43图图3-8(a)3-8(a)）（1 1）适筋梁：配筋率适当的梁。）适筋梁：配筋率适当的梁。（2 2）破坏特点）破坏特点a a破坏过程经历三个明显的阶段，破坏时拉区纵筋先屈服之破坏过程经历三个明显的阶段，破坏时拉区纵筋先屈服之后经历一个过程之后，压区砼被压碎。后经历一个过程之后，压区砼被压碎。b b破坏前有明显的预兆，截面产生较大的塑性变形，是延性破破坏前有明显的预兆，截面产生较大的塑性

12、变形，是延性破坏。坏。本讲稿第二十一页，共六十七页2 2超筋破坏（超筋破坏（P43P43图图3-8(b)3-8(b)）（1 1）超筋梁：配筋率过高的梁。）超筋梁：配筋率过高的梁。（2 2）破坏特点：）破坏特点：a a钢筋尚未达到屈服，而受压区砼被压碎且达到极限压应变。钢筋尚未达到屈服，而受压区砼被压碎且达到极限压应变。b b破坏前没有明显的预兆，突然破坏，是脆性破坏。破坏前没有明显的预兆，突然破坏，是脆性破坏。本讲稿第二十二页，共六十七页3 3界限破坏及界限配筋率界限破坏及界限配筋率（1 1）平衡配筋梁：受拉区钢筋的屈服与受压区砼的压）平衡配筋梁：受拉区钢筋的屈服与受压区砼的压坏同时发生的梁。

13、坏同时发生的梁。（2 2）破坏特点：）破坏特点：a a受拉区钢筋的屈服同时受压区砼达到极限压应变。受拉区钢筋的屈服同时受压区砼达到极限压应变。b b破坏前有一定的预兆，延性介于适筋梁和超筋梁之间。破坏前有一定的预兆，延性介于适筋梁和超筋梁之间。（3 3）界限配筋率：发生界限破坏时的配筋率，又称平衡）界限配筋率：发生界限破坏时的配筋率，又称平衡配筋率，最大配筋率，区别超筋破坏和适筋破坏。配筋率，最大配筋率，区别超筋破坏和适筋破坏。本讲稿第二十三页，共六十七页4 4 少筋破坏及最小配筋率（少筋破坏及最小配筋率（P43P43图图3-8(c)3-8(c)）（1 1）少筋梁：配筋率过低的梁。）少筋梁：配

14、筋率过低的梁。（2 2）破坏特点：）破坏特点：a a 受拉区砼开裂，钢筋应力急增达到屈服强度构件受拉区砼开裂，钢筋应力急增达到屈服强度构件破坏。破坏。b b 破坏前没有明显预兆，一裂即坏，属于脆性破坏。破坏前没有明显预兆，一裂即坏，属于脆性破坏。本讲稿第二十四页，共六十七页（3 3）最小配筋率）最小配筋率 当当 时，裂缝一出现，钢筋也同时达到屈服，时，裂缝一出现，钢筋也同时达到屈服，此时的配筋率称为最小配筋率。此时的配筋率称为最小配筋率。用来区别适筋破坏和少筋破坏。用来区别适筋破坏和少筋破坏。本讲稿第二十五页，共六十七页Mu0 f0M0My C超筋梁超筋梁B适筋梁适筋梁A少筋梁少筋梁本讲稿第二

15、十六页，共六十七页4.3 正截面受弯承载力计算原理4.3.1 正截面承载力计算的基本假定(1)平截面假定平截面假定截面的应变沿截面高度保持线性分布截面的应变沿截面高度保持线性分布(2)不考虑混凝土的抗拉强度scxch0fyMTxcTcC本讲稿第二十七页，共六十七页(3)混凝土的压应力压应变之间的关系为：混凝土的压应力压应变之间的关系为：上升段水平段cu0fc钢筋(4)钢筋的应力应变方程为：钢筋的应力应变方程为：1Es本讲稿第二十八页，共六十七页4.3.2 受压区混凝土的压应力的合力及其作用点cu0ocfcc混凝土受压应力应变曲线的面积：混凝土受压应力应变曲线的面积的形心到原点的距离：本讲稿第二

16、十九页，共六十七页K1、K2混凝土受压应力应变曲线系数。（P62表4-4）本讲稿第三十页，共六十七页CTsz fcxc ycMu受压区混凝土压应力的合力：合力C到中和轴的距离yc：本讲稿第三十一页，共六十七页本讲稿第三十二页，共六十七页4.3.3 等效矩形应力图形a1 CTszM=C z fcxc ycCTszMuM=C zfc ycx=b1 xcMu两个图形等效的条件：两个图形等效的条件：a.砼压应力的合力砼压应力的合力C大小相等；大小相等；b.两图形两图形中受压区合力中受压区合力C的作用点不变。的作用点不变。令令则则本讲稿第三十三页，共六十七页系数系数1和和1仅与混凝土应力应变曲线有关，仅

17、与混凝土应力应变曲线有关，称为称为等效矩形应力图形系数等效矩形应力图形系数。（。（P64表表4-5）本讲稿第三十四页，共六十七页C=a1 fcbxTs=ssMu a1 fcx=b xc基本方程基本方程fyAs本讲稿第三十五页，共六十七页4.3.4 适筋梁与超筋梁的界限及界限配筋率相对界限受压区高度相对界限受压区高度ycuxcbh0相对界限受压区高度仅与材料性相对界限受压区高度仅与材料性能有关，而与截面尺寸无关能有关，而与截面尺寸无关本讲稿第三十六页，共六十七页cuyxcbh0平衡破坏适筋破坏超筋破坏本讲稿第三十七页，共六十七页本讲稿第三十八页，共六十七页4.3.5 最小配筋率（P50）本讲稿第

18、三十九页，共六十七页4.4 单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算4.4.1 基本计算公式及适用条件基本计算公式基本计算公式C=a1 fcbxT=fyAsMu a1 fcx=b1xcbhh0ax力的平衡力的平衡力矩平衡力矩平衡(h0-x/2)s本讲稿第四十页，共六十七页防止超筋脆性破坏防止超筋脆性破坏防止少筋脆性破坏防止少筋脆性破坏适用条件适用条件本讲稿第四十一页，共六十七页经济配筋率的概念经济配筋率的概念1、为保证明显的预兆和足够的延性，要求、为保证明显的预兆和足够的延性，要求2、r r在经济配筋率范围波动时，对总造价影响不大，如在经济配筋率范围波动时，对总造价影响不大，如板板的经济配筋的

19、经济配筋率约为率约为0.3%0.3%0.8%0.8%，单筋矩形梁单筋矩形梁的经济配筋率约为的经济配筋率约为0.6%0.6%1.5%1.5%。本讲稿第四十二页，共六十七页4.4.2 截面承载力计算的两类问题截面设计截面设计已知：已知：弯矩设计值弯矩设计值M、砼及钢强度等级、构件截面尺寸砼及钢强度等级、构件截面尺寸b及及h求：求：受拉钢筋截面面积受拉钢筋截面面积As基本公式：基本公式：适用条件：适用条件：a.满足满足 ;b.满足满足 。纵向受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离纵向受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离as的确定的确定:一类环境（室内环境）：一类环境（室内环境）：单排单排 as=35mm双

20、排双排 as=60mm梁梁板板as=20mm本讲稿第四十三页，共六十七页截面复核截面复核已知：已知：M、b，h(h0)、截面配筋、截面配筋As，砼及钢筋强度等级，砼及钢筋强度等级求：求：截面的受弯承载力截面的受弯承载力 MuM未知数：未知数：受压区高度受压区高度x和受弯承载力和受弯承载力Mu基本公式：基本公式：前提条件：前提条件：最终公式：最终公式：或或当当MuM时，认为截面受弯承载力满足要求，否则为不安全。时，认为截面受弯承载力满足要求，否则为不安全。当当Mu大于大于M过多过多时，该截面设计不经济。时，该截面设计不经济。本讲稿第四十四页，共六十七页4.4.3 截面承载力计算的计算系数和计算方

21、法取取取取令令M Mu截面抵抗矩系数截面抵抗矩系数力臂系数力臂系数本讲稿第四十五页，共六十七页4.5 双筋矩形截面构件正截面受弯承载力计算一、概述双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。什么是双筋截面？什么是双筋截面？双筋截面的适用情况：双筋截面的适用情况：a.弯距很大，按单筋截面计算得到弯距很大，按单筋截面计算得到 b，而截，而截面尺寸受到限制，混凝土强度等级不能提高；面尺寸受到限制，混凝土强度等级不能提高；b.不同荷载组合情况下，梁截面承受异号弯不同荷载组合情况下，梁截面承受异号弯距。距。受拉钢筋本讲稿第四十六页，共六十七页二、计算公式与适用条件h

22、0aA sA sCc=fcbxT=fyAsMuxcuysa受压钢筋是否屈服？受压钢筋是否屈服？当当受压钢筋屈服，达到抗压屈服强度受压钢筋屈服，达到抗压屈服强度fy 。配置受压钢筋后，为防止受压钢筋压曲而导致受压区混凝土配置受压钢筋后，为防止受压钢筋压曲而导致受压区混凝土保护层过早崩落影响承载力，保护层过早崩落影响承载力，必须必须配置配置封闭箍筋封闭箍筋。ss本讲稿第四十七页，共六十七页 双筋截面在满足构造要求的条件下，截面达到双筋截面在满足构造要求的条件下，截面达到Mu的标志的标志 仍然是仍然是受压边受压边缘混凝土达到缘混凝土达到e ecu。在截面受弯承载力计算时，受压区混凝土的应力仍可按等效

23、矩形应力图在截面受弯承载力计算时，受压区混凝土的应力仍可按等效矩形应力图方法考虑。方法考虑。本讲稿第四十八页，共六十七页双筋截面的分解双筋截面的分解As1As2sAAssA fyAs fcbx fyAsMu fcbx fyAs1 fyAs fyAs2双筋截面的分解AsAs本讲稿第四十九页，共六十七页力的平衡力的平衡力矩平衡力矩平衡防止超筋脆性破坏防止超筋脆性破坏受压钢筋达到受压屈服强受压钢筋达到受压屈服强若此式不满足？若此式不满足？对受压钢筋合力点处取矩对受压钢筋合力点处取矩双筋截面一般不会出现少筋破坏，可不必验算最小配筋率。双筋截面一般不会出现少筋破坏，可不必验算最小配筋率。适用条件适用条件

24、本讲稿第五十页，共六十七页三、计算方法三、计算方法1.截面设计截面设计2.承载力复核承载力复核本讲稿第五十一页，共六十七页第一种类型第一种类型本讲稿第五十二页，共六十七页本讲稿第五十三页，共六十七页本讲稿第五十四页，共六十七页本讲稿第五十五页，共六十七页4.6 T形截面构件正截面受弯承载力计算一、概述承载力的观点：承载力的观点：挖去受拉区混凝土，形挖去受拉区混凝土，形成成T形截面，对受弯承载力没有影响。形截面，对受弯承载力没有影响。目的和好处：目的和好处：节省混凝土，减轻自重。节省混凝土，减轻自重。本讲稿第五十六页，共六十七页试验和理论分析均表明，翼缘上混凝土的试验和理论分析均表明，翼缘上混凝

25、土的纵向压应力不是均匀分布纵向压应力不是均匀分布的，离梁的，离梁肋越远压应力越小。肋越远压应力越小。计算上为简化采计算上为简化采翼缘计算宽度翼缘计算宽度bf，假定在假定在bf范围内压应力为均匀分布，范围内压应力为均匀分布，bf范围以外部分的翼缘则不考虑。范围以外部分的翼缘则不考虑。bf的影响因素包括：的影响因素包括：翼缘高度翼缘高度hf 、梁的跨度梁的跨度l0 0、受力情况受力情况(单独梁、单独梁、整浇肋形楼盖梁整浇肋形楼盖梁)等因素有关。等因素有关。本讲稿第五十七页，共六十七页T T形、工形、倒L形截面受弯构件翼缘计算宽度 fbT形截面倒L形截面考 虑 情 况肋形梁（板）独立梁肋形梁（板）按

26、计算跨度l0考虑031l031l061l按梁（肋）净距Sn考虑nSb+nSb21+当1.00hhffhb+12当05.01.00hhffhb+12fhb+6fhb+5按翼缘高度fh考虑当05.00hhffhb+12bfhb+5本讲稿第五十八页，共六十七页二、两类T形截面两类两类T形截面：中和轴的位置不同形截面：中和轴的位置不同第一类T形截面中和轴在翼缘中和轴在翼缘内内第二类T形截面中和轴在梁中和轴在梁肋内肋内相当于宽度为相当于宽度为bf的矩形截面的矩形截面本讲稿第五十九页，共六十七页判别方法判别方法 当中和轴通过翼缘底面时，为两类当中和轴通过翼缘底面时，为两类T形截面的分界线。此形截面的分界线。此时：时：本讲稿第六十页，共六十七页当满足当满足:时为第一类时为第一类T形截面；否则为第二类截面。形截面；否则为第二类截面。或或本讲稿第六十一页，共六十七页三、基本公式及适用条件三、基本公式及适用条件1.第一类第一类T形截面承载力计算形截面承载力计算本讲稿第六十二页，共六十七页按按 的单筋矩形截面计算的单筋矩形截面计算:适用条件：适用条件：本讲稿第六十三页，共六十七页2第二类第二类T形截面承载力计算形截面承载力计算本讲稿第六十四页，共六十七页适用条件：适用条件：本讲稿第六十五页，共六十七页三、计算方法三、计算方法本讲稿第六十六页，共六十七页本讲稿第六十七页，共六十七页