混凝土结构设计原理课件第3章 受弯构件正截面承载力计算.ppt

受弯构件的主要破坏形态 3 1受弯构件的截面形式与构造 3 1 1截面的形式和尺寸 板 钢筋混凝土简支板的标准跨径不宜大于13m 连续板桥的标准跨径不宜大于25m 预应力连续板桥的标准跨径不宜大于30m 现浇板宽度比较大 计算时可取单位宽度的矩形截面计算 空心板的顶板和底板厚度 均不应小于80mm 空心板的空洞端部应予以封填 板的厚度由控制截面上的最大弯矩和板的刚度要求决定 人行道板的厚度 就地浇筑的板不宜小于80mm 预制混凝土板不宜小于60mm 行车道板的厚度不宜低于100mm 梁 现浇矩形截面梁的宽度b通常取120mm 150mm 180mm 200mm 220mm 250mm 以后按50mm或100mm递增 矩形截面梁宽高比一般可取2 0 2 5 预制的T形截面梁 高跨比一般为1 11 1 16 跨径较大时用偏小值 梁肋宽度常取为150mm 180mm T形梁翼版悬臂端厚度不应小于100mm 梁肋处翼版的厚度不宜小于梁高的1 10 钢筋混凝土T形 I形截面简支梁标准跨径不宜大于16m 钢筋混凝土箱形截面简支梁标准跨径不宜大于25m 钢筋混凝土箱形截面连续梁标准跨径不宜大于50m 3 1 2受弯构件的钢筋构造 钢筋混凝土梁 板 正截面承受弯矩作用时 中和轴以上部分受压 中和轴以下受拉 故在梁 板 的受拉区配置纵向钢筋 此种构件称为单筋受弯构件 如果同时在截面受压区也配置钢筋 则成为双筋受弯构件 配筋率 截面上配置钢筋的多少 纵向钢筋的面积 截面的有效高度 梁宽 板的钢筋 四边支撑的板 长宽比大于等于2时受力以短边为主 称之为单向板 反之为双向板 受力主钢筋的直径不宜小于10mm 行车道板 或8mm 人行道板 简支板跨中及连续板的支点处间距不大于200mm 分布钢筋的作用是使主钢筋受力更均匀 同时也起着固定受力钢筋位置 分担混凝土收缩和温度应力的作用 梁的钢筋 架立钢筋 箍筋 纵向钢筋 弯起钢筋 3 2受弯构件正截面受力全过程和破坏全过程 3 2 1实验研究 受弯构件正截面工作的三个阶段 梁正截面上混凝土应力分布规律 整体工作阶段 特征 混凝土全截面工作混凝土压应力和拉应力基本上都呈三角形分布 a 混凝土即将开裂 特征 混凝土受压区的应力基本上仍是三角形分布 拉区混凝土的盈应力图形为曲线形 受拉边缘混凝土的拉应变临近极限拉应变 带裂缝工作阶段 特征 梁出现第一批裂缝 在裂缝截面上 拉区混凝土推出工作 拉应力转给钢筋承担 发生了应力重分布 钢筋的拉应力随荷载的增加而增大 混凝土的压应力呈微曲的曲线形 中和轴位置向上移动 a 受拉钢筋屈服 特征 钢筋的拉应变达到屈服时的应变值 应力达到屈服强度 裂缝急剧扩展阶段 特征 钢筋的拉应变增长很快 钢筋的拉应力一般维持在屈服强度不变 裂缝急剧开展 中和轴继续上升 混凝土受压区面积不断缩小 压应力也不断增加 压应力图成为丰满的曲线形 a 梁即将破坏 特征 截面上边缘的混凝土压应变达到极限压应变值 压应力呈明显的曲线形 最大应力以不在上边缘而在稍下处 在临界裂缝两侧一定的区段内 出现纵向水平裂缝 随即混凝土被压碎 梁破坏 3 2 2受弯构件正截面破坏形态 3 3受弯构件正截面承载力计算的基本原则 3 3 1基本假定 1 平截面假定 2 不考虑混凝土的抗拉强度 3 混凝土的应力应变关系 4 钢筋的应力应变关系 3 3 2压区混凝土等效矩形应力图形 由平截面假定得 受压区混凝土的合力 混凝土合力至受压边缘的距离 适用计算方法 根据力的等效性原则 在保证受压区混凝土的压应力的合力及作用点不变的情况下 用等效的矩形分布代替上述受压区混凝土的分布 则 联解以上两式 可得到 和 详见表3 1 3 3相对界限受压区高度 b 由图可得 又 所以 3 3 4最小配筋率 最小配筋率是少筋梁与适筋梁的界限 当梁的配筋率由最小配筋率逐渐减小 梁的工作特性也从钢筋混凝土结构逐渐向素混凝土结构过渡 所以 最小配筋率的确定 可按照采用最小配筋率的钢筋混凝土梁在破坏时 正截面的承载力等于同样材料的素混凝土梁正截面开列弯矩标准值的原则确定 对受弯构件 3 4单筋矩形截面受弯构件 3 4 1基本公示及适用条件 计算简图 计算公式 适用条件 3 4 2计算方法 1 截面设计 已知弯矩计算值M 混凝土和钢筋的材料级别 截面的尺寸b h 求钢筋的面积As 1 假设钢筋截面重心到截面受拉边缘距离as 3 由基本公示计算所需钢筋面积 4 选择并布置钢筋并进行截面上的布置后 得到实际的钢筋面积AS 及as及h0 实际配筋率并满足 2 选用基本公示 解一元二次方程 求受压区高度x 并满足 2 截面复核 已知截面的尺寸b h 混凝土和钢筋的级别 钢筋的面积As及as 求截面承载力Mu 1 检查钢筋布置是否符合要求 2 计算配筋率 并满足 3 由基本公式计算受压区的高度x 4 若 则为超筋截面 其承载力为 5 若 由基本公式计算其承载力 3 5双筋矩形截面 3 5 1受压钢筋的应力 构造要求 必须设置闭合式箍筋 箍筋的间距不大于400mm 并不大于受压钢筋直径的15倍 箍筋直径不小于8mm或受压钢筋直径的1 4倍 受压钢筋的应力 由图可得 此时 普通的热轧钢筋均能达到屈服强度 当时 压应变将更大 钢筋早以屈服 3 5 3基本公示及适用条件 适用条件 若 则表明受压钢筋可能达不到其抗压强度设计值 对于受压钢筋保护层厚度不大的情况 公路桥规 规定可取 即假设混凝土和受压钢筋的合力作用点重合 可得计算式 3 5 3计算方法 1 截面计算 情况1 已知截面尺寸 材料的强度类别 弯矩计算值 求 1 假设 求得 2 验算是否需要双筋截面 3 补充条件 求得 4 分别选择受压及受拉钢筋的直径和根数 进行截面布置 1 假设 求得 2 求受压区的高度x 情况2 已知截面尺寸 材料的强度类别 受压区普通钢筋的面积 弯矩计算值 求 3 当时 由下式求受拉钢筋面积 4 当时 由基本公式求 5 选择钢筋的直径和根数 布置截面钢筋 2 截面复核 1 检查钢筋布置是否符合要求 2 按双筋截面求受压区高度x 3 当时 由下式求受拉钢筋面积 4 当时 由公式求受矩形截面承载力 3 6T形截面受弯构件 T形截面的基本概念 将空心板截面换算为等效工字形截面 T形截面梁受压翼板有效宽度 3 6 1基本公式及适用条件 1 第一类T形截面 适用条件 基本公式 2 第二类T形截面 适用条件 基本公式 3 6 2计算方法 1 截面设计 已知截面尺寸 材料强度级别 弯矩计算值 求受拉钢筋面积 1 假设as 对于焊接钢筋笼骨架 可假设 2 判断T行截面类型 若满足此公式 则为第一类T形截面 否则为第二类T形截面 3 由基本公式求x 并计算受拉钢筋的面积 4 选择钢筋直径直径和数量 按照构造要求进行布置 2 截面复核 1 检查钢筋布置是否符合规范要求 2 判断T行截面类型 3 选择基本公式进行求解 例题3 1 1 根据已给的材料 分别查附表 得到各项参数 2 假设采用绑扎钢筋骨架 按一层布置 求有效高度 3 选择基本解方程 求受压区的高度 注意单位 4 求所需要的钢筋面积 5 选择并布置钢筋 1 选择2 20 2 18 1137 2 净间距为 3 混凝土保护层厚度取30mm d 20mm且满足附表1 8要求 故as 30 22 7 2 41 35mm 取为45mm 故h0 455mm 4 最小配筋率 例题3 2 现浇整体式钢筋混凝土矩形简支板的厚度为h 350mm 每米板宽承受跨中恒载弯矩标准值为MGK 43 7KN m 汽车荷载弯矩标准值MQlK 111 5KN m 已计入冲击系数 采用C30混凝土和HRB335级钢筋 类环境条件 安全等级为二级 求所需要的钢筋的面积 解 2 根据已给的材料 分别查附表 得到各项参数 1 取单位板宽进行计算 即b 1000mm h 350mm 3 板控制截面的弯矩组合设计值为 4 受压区的高度 设as 35mm h0 350 35 315mm 5 所需要钢筋的面积 6 选择并布置钢筋 由附表1 7查得1m板宽按计算配置受拉钢筋为 18 间距为95mm时 钢筋得截面积为2679mm2 截面得配筋如图所示 混凝土得保护层厚度c 30mm as 40mm 实际h0 350 40 310mm 板的分布钢筋取 8 间距为200mm 截面的实际配筋率 说明 实际整体板的配筋 考虑到车辆荷载靠近板边行驶时板内的受力不均匀性 除在板中间的2 3范围内按计算配筋外 在两侧各1 6的范围内应按比中间的要增加15 即加密布置 例题 3 6 解 1 根据已给的材料 分别查附表 得到各项参数 2 假设受拉区钢筋按两层布置 3 验算是否需要双筋截面 需要采用双筋截面 假设受压钢筋按一层布置 则 4 取 b 0 56 则x bh0 198 8mm 5 受拉钢筋的面积 6 选择并布置钢筋 1 受压钢筋选择2 12 226 受拉钢筋选择3 20 3 18 942 462 1404 布置如图 2 净间距为 3 混凝土保护层厚度取 故as 61mm 取为45mm 故h0 339mm a s 40mm 7 截面复核 补例3 6 某矩形截面梁的尺寸b h 300mm 400mm 已有受压钢筋3 25 1437mm2 a