第3章 受弯构件的正截面受弯承载力.ppt
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1、第第3章章 受弯构件的正截面受弯构件的正截面受弯承载力受弯承载力第三章 受弯构件正截面的弯矩设计值,它是由 内力计算给出的已知值。受弯构件正截面的承载力设计值,它是 由它是由正截面上材料所提供的抗力,这里的下标u是指极限值。3.1 梁、板的一般构造梁、板的一般构造3.1.1 截面形式与尺寸截面形式与尺寸第三章3.13.1.11.1.截面形状截面形状第三章3.13.1.1第三章3.13.1.12.2.梁、板截面尺寸梁、板截面尺寸考虑因素考虑因素模板尺寸模板尺寸方便施工方便施工尺寸统一尺寸统一1)矩形梁高宽比)矩形梁高宽比h/b=2.03.5,T形梁形梁h/b=2.54.0,b=100,120,1
2、50,180,200,220,250,300mm2)梁高)梁高 h=250,300,350750,800,900,1000mm50mm模数模数100mm模数模数框架梁高框架梁高 跨度跨度 楼面次梁楼面次梁 跨度跨度 第三章3.13.1.13)板厚确定现浇钢现浇钢筋混凝土板的最小厚度(筋混凝土板的最小厚度(mm)板 的 类 别最小厚度单向板屋面板60民用建筑楼板60工业建筑楼板70行车道下的楼板80双 向 板80密肋板面板50肋高250悬臂板板的悬臂长度小于或等于500mm时60悬臂长度1200mm100无 梁 楼 盖150现浇空心楼盖2003.1.2 材料选择与一般构造材料选择与一般构造第三章
3、3.13.1.21.1.混凝土强度等级混凝土强度等级梁、板常用梁、板常用C20、C25、C30级级2.2.钢筋强度等级及常用直径钢筋强度等级及常用直径1)梁)梁梁纵筋:宜采用梁纵筋:宜采用HRB400或或RRB400级级 和和HRB335级。级。常用直径:常用直径:12、14、16、18、20、22、25mm纵筋净间距及混凝土保护层厚度纵筋净间距及混凝土保护层厚度梁箍:宜用梁箍:宜用HPB235级、级、HRB335级级 和和HRB400级。级。常用直径:常用直径:6、8、10mm第三章第三章3.13.1.22)板)板受力钢筋:常用受力钢筋:常用HPB235级、级、HRB335级和级和HRB40
4、0级。级。常用直径:常用直径:6、8、12mm间距:间距:70200mm分布钢筋:宜用分布钢筋:宜用HPB235级和级和HRB335级,直径级,直径6mm或或8mm,间距宜间距宜250mm3)纵向钢筋在梁、板截面内的布置要求)纵向钢筋在梁、板截面内的布置要求第三章第三章3.13.1.24)纵向受拉钢筋配筋率)纵向受拉钢筋配筋率3.3.混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度作用:作用:1)保护纵向钢筋不被锈蚀)保护纵向钢筋不被锈蚀 2)发生火灾时,保护钢筋使其温度上升缓慢)发生火灾时,保护钢筋使其温度上升缓慢 3)保证钢筋与混凝土间有较强的粘结强度。)保证钢筋与混凝土间有较强的粘结强度。构件中普通钢筋
5、或预应力筋的混凝土保护层厚度应满足下列要求:构件中普通钢筋或预应力筋的混凝土保护层厚度应满足下列要求:1)构件中受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋公称直径)构件中受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋公称直径d2)设计使用年限为)设计使用年限为50年的钢筋混凝土结构,最外层钢筋的保护层年的钢筋混凝土结构,最外层钢筋的保护层厚度应符合下表的规定;设计使用年限为厚度应符合下表的规定;设计使用年限为100年的混凝土结构,最年的混凝土结构,最外层钢筋的保护层厚度不应小于下表中数值的外层钢筋的保护层厚度不应小于下表中数值的1.4倍。倍。第三章第三章3.13.1.2环境类别板、墙、壳梁、柱、杆一1520二a202
6、5二b2535三a3040三b4050混凝土最小保护层厚度混凝土最小保护层厚度c注:注:1)混凝土强度等级不大于混凝土强度等级不大于C25时,表中保护层厚度数值应增加时,表中保护层厚度数值应增加5mm 2)钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层,基础中钢筋的混凝土保护层)钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层,基础中钢筋的混凝土保护层 厚度应从垫层顶面算起,且不小于厚度应从垫层顶面算起,且不小于40mm课上练习:课上练习:1.钢筋混凝土梁的混凝土保护层厚度是指(钢筋混凝土梁的混凝土保护层厚度是指()A.最外层钢筋外表面至混凝土外表面的距离最外层钢筋外表面至混凝土外表面的距离B.最外层钢筋的截面形心至混凝土外表
7、面的距离最外层钢筋的截面形心至混凝土外表面的距离C.外排纵筋外表面至混凝土外表面的距离外排纵筋外表面至混凝土外表面的距离D.外排纵筋的截面形心至混凝土外表面的距离外排纵筋的截面形心至混凝土外表面的距离第三章第三章3.13.1.23.2 受弯构件正截面受弯性能受弯构件正截面受弯性能3.2.1 适筋梁正截面受弯的三个阶段适筋梁正截面受弯的三个阶段第三章第三章3.23.2.11.1.适筋梁正截面受弯承载力试验适筋梁正截面受弯承载力试验图图3-4 试验梁试验梁适筋梁:纵适筋梁:纵向受拉钢筋向受拉钢筋配筋率比较配筋率比较适当的梁。适当的梁。第三章第三章3.23.2.1图图3-5 试验梁弯矩试验梁弯矩-曲
8、率关系曲率关系第三章第三章3.23.2.11)第)第阶段(加载阶段(加载-开裂)开裂)截面应变分布截面应变分布截面应力分布截面应力分布弯矩弯矩-变形关系变形关系中和轴位置中和轴位置图图3-6 钢筋混凝土梁工作的三个阶段钢筋混凝土梁工作的三个阶段第三章第三章3.23.2.12)第)第阶段(开裂阶段(开裂-受拉钢筋屈服)受拉钢筋屈服)截面应变分布截面应变分布截面应力分布截面应力分布弯矩弯矩-变形关系变形关系中和轴位置中和轴位置受力特点:受力特点:a.裂缝截面处,受拉区混凝土大部分退出工作,拉裂缝截面处,受拉区混凝土大部分退出工作,拉b.力转由钢筋承受。力转由钢筋承受。c.b.受压区混凝土开始出现塑
9、性变形,但不充分。受压区混凝土开始出现塑性变形,但不充分。d.c.弯矩与曲率为非线性关系,变形增长大于弯矩弯矩与曲率为非线性关系,变形增长大于弯矩增长。增长。3)第)第阶段(钢筋屈服阶段(钢筋屈服-正截面破坏)正截面破坏)受力特点:受力特点:a.纵筋屈服,拉力不变,受拉区混凝土退出工作,受压区混凝土应力曲线纵筋屈服,拉力不变,受拉区混凝土退出工作,受压区混凝土应力曲线丰满,有上升及下降段。丰满,有上升及下降段。b.b.弯矩可略有增加。弯矩可略有增加。c.c.弯矩弯矩-曲率关系接近水平曲线。曲率关系接近水平曲线。d.d.受压区边缘混凝土压应变达到其极限压应变,混凝土被压碎,截面破受压区边缘混凝土
10、压应变达到其极限压应变,混凝土被压碎,截面破坏。坏。第三章第三章3.23.2.1第三章第三章3.23.2.1表表3-2 适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点3.2.2 正截面受弯三种破坏形态正截面受弯三种破坏形态第三章第三章3.23.2.2配筋率配筋率决定破坏形态,三种破坏形态如图:决定破坏形态,三种破坏形态如图:第三章第三章3.23.2.21.1.适筋梁破坏形态适筋梁破坏形态特点:纵向受拉钢筋先屈服,随后受压区混凝土被压碎特点:纵向受拉钢筋先屈服,随后受压区混凝土被压碎条件:条件:纵向受拉钢筋的最小配筋率纵向受拉钢筋的最小配筋率 界限配筋率界限配筋率2
11、.2.超筋梁破坏形态超筋梁破坏形态特点:梁破坏时受压区混凝土被压碎,受拉纵筋没有屈服。特点:梁破坏时受压区混凝土被压碎,受拉纵筋没有屈服。条件:条件:3.3.少筋梁破坏形态少筋梁破坏形态特点:受拉区混凝土一旦开裂,受拉纵筋应力马上增大至屈服强度(甚至被特点:受拉区混凝土一旦开裂,受拉纵筋应力马上增大至屈服强度(甚至被拉断),梁一裂即坏。拉断),梁一裂即坏。条件:条件:第三章第三章3.23.2.24.4.界限破坏界限破坏特点:纵向受拉钢筋达到屈服强度的同时,受压区混凝土边缘纤维应变也恰特点:纵向受拉钢筋达到屈服强度的同时,受压区混凝土边缘纤维应变也恰 好达到混凝土受压时极限压应变值。好达到混凝土
12、受压时极限压应变值。此时配筋率称为界限配筋率,符号此时配筋率称为界限配筋率,符号当当 时(上升段)时(上升段)3.3 正截面受弯承载力计算原理正截面受弯承载力计算原理3.3.1 正截面承载力计算的基本假定正截面承载力计算的基本假定第三章第三章3.33.3.11.1.截面应变沿截面高度保持线性分布(平均应变的平截面假定)截面应变沿截面高度保持线性分布(平均应变的平截面假定)2.2.不考虑混凝土抗拉强度不考虑混凝土抗拉强度3.3.混凝土受压应力混凝土受压应力-应变关系假定为下式:应变关系假定为下式:当当 时(水平段)时(水平段)式中:式中:4.4.纵向钢筋的应力纵向钢筋的应力-应变关系方程如下:应
13、变关系方程如下:纵向钢筋的极限拉应变取纵向钢筋的极限拉应变取0.010.013.3.2 受压区混凝土的压应力的合力及其作用点受压区混凝土的压应力的合力及其作用点第三章第三章3.33.3.2由图可知:由图可知:受压区混凝土应力合力受压区混凝土应力合力合力合力C C到中和轴距离到中和轴距离式中式中 受压区混凝土的理论高度受压区混凝土的理论高度第三章第三章3.33.3.2则则设极限弯矩为设极限弯矩为 ,相应混凝土边缘极限压应变,相应混凝土边缘极限压应变 ,受压区高,受压区高度度 ,截面曲率,截面曲率 ,则距中和轴,则距中和轴y y处的压应变为处的压应变为 混凝土受压应力混凝土受压应力-应变曲线下的面
14、积应变曲线下的面积 混凝土受压应力混凝土受压应力-应变曲线面积到中应变曲线面积到中 和轴的距离和轴的距离第三章第三章3.33.3.2 及及 仅与混凝土应力仅与混凝土应力-应变曲线及应变曲线及 有关,引入符号有关,引入符号混凝土受压应力混凝土受压应力-应变曲线参数(与截面尺寸及配筋无关)应变曲线参数(与截面尺寸及配筋无关)混凝土受压应力混凝土受压应力-应变曲线系数应变曲线系数强度等级强度等级忽略受拉混凝土工作,由平衡条件可得忽略受拉混凝土工作,由平衡条件可得对于适筋梁,达到极限弯矩时钢筋合力对于适筋梁,达到极限弯矩时钢筋合力由平衡条件由平衡条件则则3.3.3 等效矩形应力图等效矩形应力图第三章第
15、三章3.33.3.3等效条件:等效条件:1.1.混凝土压应力合力混凝土压应力合力C C大小相等大小相等;2.;2.合力合力C C作用点位置不变作用点位置不变设设 为等效矩形应力图的压力值,受压区高度为为等效矩形应力图的压力值,受压区高度为x x则则令:令:,则,则 也仅与混凝土应力也仅与混凝土应力-应变曲线有关,称为等效矩形应力图形系数,应变曲线有关,称为等效矩形应力图形系数,见表见表3-53-5第三章第三章3.33.3.3承载力计算公式承载力计算公式适筋梁中适筋梁中令令 ,称为相对受压区高度,称为相对受压区高度则则3.3.4 适筋梁与超筋梁的界限及界限配筋率适筋梁与超筋梁的界限及界限配筋率第
16、三章第三章3.33.3.4设钢筋屈服应变为设钢筋屈服应变为 ,界限,界限破坏时受压区高度为破坏时受压区高度为 将将 代入代入当当 时,属于超筋梁,时,属于超筋梁,时为界限时为界限情况,相应界限配筋率为情况,相应界限配筋率为3.3.5 适筋梁与少筋梁的破坏及最小配筋率适筋梁与少筋梁的破坏及最小配筋率第三章第三章3.33.3.5当当 时,即为少筋梁。时,即为少筋梁。当当 时的配筋率,应为避免少筋梁的最小配筋率。时的配筋率,应为避免少筋梁的最小配筋率。考虑各种因素,最小配筋率考虑各种因素,最小配筋率 往往根据经验确定。往往根据经验确定。对受弯构件,一侧受拉钢筋配筋率不应小于对受弯构件,一侧受拉钢筋配
17、筋率不应小于 ,同时不小于,同时不小于2%2%3.4 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算3.4.1 基本计算公式及适用条件基本计算公式及适用条件第三章第三章3.43.4.11.1.基本计算公式基本计算公式第三章第三章3.43.4.12.2.适用条件适用条件1)1)或或 (防超筋破坏)(防超筋破坏)2)2)(防少筋破坏)(防少筋破坏)单筋矩形截面最大受弯承载力单筋矩形截面最大受弯承载力3.3.经济配筋率经济配筋率板板 0.3%0.3%0.8%0.8%单筋矩形梁单筋矩形梁 0.6%0.6%1.5%1.5%3.4.2 截面承载力计算的两类问题截面承载力计算的两类
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