受弯性能试验研究分析

1、章节章节第三章课题课题受弯构件承载力计算教学目的教学目的1.了解受弯构件基本构造要求；2.掌握单筋截面和双筋截面设计；3.斜截面设计。教学重点教学重点正截面和斜截面设计教学难点教学难点单筋截面承载力设计教学方法教学方法课件+板书课时安排课时安排2节时间时间第三周第2次课 受弯构件：受弯构件：同时受到弯矩同时受到弯矩M和剪力和剪力V共同作用共同作用, 而而N可以忽略的构件。可以忽略的构件。pplllMplVp概述概述受弯构件的受弯构件的主要破坏形态主要破坏形态:沿弯矩最大的截面破坏，破坏截沿弯矩最大的截面破坏，破坏截面与构件的轴线垂直面与构件的轴线垂直沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截沿剪力最大或

2、弯矩和剪力都较大的截面破坏，破坏截面与构件的轴线斜交面破坏，破坏截面与构件的轴线斜交 受弯构件截面类型：梁、板受弯构件截面类型：梁、板( a )( b )( c )( d )( e )( f )( g )建筑工程中常用受弯构件截面类型：梁、板桥涵工程中常用受弯构件截面类型：梁、板(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)挡土墙板梁式桥3.1一般构造要求一般构造要求3.1.1截面形式 梁、板常用矩形、T形、I字形、槽形、空心板和倒L形梁等对称和不对称截面。 3.1.2 梁构造要求梁构造要求受弯构件的受弯构件的配筋形式配筋形式弯筋箍筋PP剪力引起的斜裂缝弯矩引起的垂直裂缝架立纵筋1.梁板的截

3、面尺寸 n 1)高跨比h/l：主梁 ；次梁 ； 简支梁 ；连续梁 .n2) 高宽比h/b：一般梁 ；T形梁 n3)矩形梁或T形梁肋宽b：一般取为100mm、120mm、150mm、 (180mm)、200mm、(220mm)、250mm和300mm，300mm以上的级差为50mm；括号中的数值仅用于木模。n4)梁的高度采用h250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、650mm、700mm、750mm、800mm、900mm、1000mm等尺寸。800mm以下的级差为50mm，以上的为l00mm。现浇板的宽度设计时可取单位宽度(b=1000m

4、m)进行计算。 1/81/141/121/181/151/202.03.52.54.02.混凝土强度等级和保护层厚度u1）梁、板常用的混凝土强度等级是C20、C25、C30、C35和C40。u2）保护层厚度 纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，称为混凝土纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，称为混凝土保护层厚度，用保护层厚度，用c（cover）表示表示。 混凝土保护层有三个作用：混凝土保护层有三个作用：保护纵向钢筋不被锈蚀；在火灾等情况下，使钢筋的温度上升缓慢；I.使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。 配筋构造（ 1 ）梁净距25mm 钢筋直径dcccbhc25mm dh0=h-35bh

5、h0=h-60净距30mm 钢筋直径1.5d净距25mm 钢筋直径d)(0.45.2)(5.32形截面矩形截面Tbh10 28mm (14 40mm )d 桥 梁 中4.纵向受力筋纵向受力筋u1）梁中纵向受力钢筋宜采用HRB400级或RRB400级和HRB335级，常用直径为12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、25mm、28mm、32mm。根数最好不少于3(或4)根。 钢筋直径相差至少2mm，以便在施工中能用肉眼识别，单相差不宜超过6mm.u2）梁的箍筋宜采用HPB300级、HRB335和HRB400级的钢筋，常用直径是6mm、8mm、10mm和12mm。 u3）梁内纵

6、向钢筋直径要求：h300mm时，不小于10mm； h450mm时，需布置腰筋；且其截面面积不应小于腹板截面面积的0.1倍，即0.1bhw6.箍筋箍筋u 常采用钢筋等级：常采用钢筋等级：HPB300，HRB335和HRB400. 常采用直径：常采用直径： 6mm、8mm、10mm和12mm。 3.1.3 板的构造要求板的构造要求板的类别板的类别厚度厚度/mm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密肋板肋间距小于或等于700mm40肋间距大于700mm50悬臂板板的悬臂长度小于或等于500mm60板的悬臂长度大于500mm80无梁楼板150表表3-1 3-1

7、现浇钢筋混凝土板的最小厚度现浇钢筋混凝土板的最小厚度2.2.板的混凝土等级与受力钢筋板的混凝土等级与受力钢筋板常用的混凝土强度等级是：C20、C25、C30、C35和C40。hh0c15mm， d分布钢筋mmd128200 hh板厚的模数为10mm 常采用钢筋等级：常采用钢筋等级：HPB300，HRB335和HRB400。 常采用直径：常采用直径： 6mm、8mm、10mm和12mm。 间距当板厚h 150mm时， 不宜大于200mm；当板厚h 150mm时， 不宜大于200mm和1.5h中较小值；3.3.板的分布钢筋板的分布钢筋 当按单向板设计时，除沿受力方向布置受力钢筋外，还应在垂直受力方

8、向布置分布钢筋。分布钢筋宜采用HPB300级和HRB335级的钢筋，单位长度上分布钢筋的截面面积不小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15，且不小于该方向板截面面积的0.15 。 hh0c15mm， d分布钢筋mmd128直径及间距要求一般情况下，间距不宜大于250mm，直径不宜小于6mm；其他情况下，间距不宜大于200mm。3.23.2受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算3.2.13.2.1配筋率及破坏特征配筋率及破坏特征1）配筋百分率 设正截面上所有纵向受拉钢筋的合力点至截面受拉边缘的竖向距离为as，则合力点至截面受压区边缘的竖向距离h0has。其中，h是截面高度，由于对正截面受弯

9、承载力起作用的是h0，而不是h，所以称h0为截面的有效高度为截面的有效高度，称bh0为截面的有效面积为截面的有效面积，b是截面宽度。 纵向受拉钢筋的总截面面积用As表示，单位为mm2。纵向受拉钢筋总截面面积As与正截面的有效面积bh0的比值，称为纵向受拉钢筋的配筋百分率，用表示，或简称配筋率，用百分数来计量，即 纵向受拉钢筋的配筋百分率在一定程度上标志了正截面上纵向受拉钢筋与混凝土之间的面积比率，它是对梁的受力性能有很大影响的一个重要指标。 0bhAsbhh0=h-35hh0=h-603.2.13.2.1配筋率及破坏特征配筋率及破坏特征1）配筋百分率 纵向受拉钢筋的配筋百分率在一定程度上标志了

10、正截面上纵向受拉钢筋与混凝土之间的面积比率，它是对梁的受力性能有很大影响的一个重要指标。 根据梁纵向钢筋配筋率的不同，钢筋混凝土梁可分为三种破坏类型，适筋梁破坏: min max超筋梁破坏: max 少筋梁破坏: max适筋梁破坏 PPPP.适筋梁破坏 适筋梁破坏经历了三个阶段。应变图应力图yMyfyAsIIaMsAsIIsAsMIc maxMufyAs=ZDxfIIIaMfyAsIIIsAst maxMcrIaftkZu 第一阶段第一阶段 弹性受力阶段（弹性受力阶段（阶段）阶段）:混凝土开裂前的未裂阶段混凝土开裂前的未裂阶段 。 从开始加荷到受拉区混凝土开裂，梁的从开始加荷到受拉区混凝土开裂

11、，梁的整个截面整个截面均参加受力，由于弯矩很均参加受力，由于弯矩很小，沿梁高量测到的梁截面上各个纤维应变也小，且应变沿梁截面高度为直线变小，沿梁高量测到的梁截面上各个纤维应变也小，且应变沿梁截面高度为直线变化。虽然受拉区混凝土在开裂以前有一定的塑性变形，但整个截面的受力基本接化。虽然受拉区混凝土在开裂以前有一定的塑性变形，但整个截面的受力基本接近线弹性近线弹性，荷载荷载-挠度曲线或弯矩挠度曲线或弯矩-曲率曲线基本接近直线曲率曲线基本接近直线。截面抗弯刚度较大，。截面抗弯刚度较大，挠度和截面曲率很小，钢筋的应力也很小，且都与弯矩近似成正比。挠度和截面曲率很小，钢筋的应力也很小，且都与弯矩近似成正

12、比。 在弯矩增加到在弯矩增加到Mcr时，受拉区边缘纤维的应变值即将到达混凝土受弯时的极时，受拉区边缘纤维的应变值即将到达混凝土受弯时的极限拉应变实验值限拉应变实验值tu0，截面遂处于，截面遂处于即将开裂状态即将开裂状态，称为第，称为第I阶段末，用阶段末，用Ia表示。表示。第二阶段第二阶段带裂缝工作阶段（带裂缝工作阶段（阶段）：阶段）：混凝土开裂后至钢筋混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段屈服前的裂缝阶段 在开裂瞬间，开裂截面受拉区混凝土退出工作在开裂瞬间，开裂截面受拉区混凝土退出工作，其开裂前承担的拉力，其开裂前承担的拉力将转移给钢筋承担，导致钢筋应力有一突然增加（将转移给钢筋承担，导致钢筋应力

13、有一突然增加（应力重分布应力重分布），这使中），这使中和轴比开裂前有较大上移。和轴比开裂前有较大上移。 M0=Mcr0时，在纯弯段抗拉能力最薄弱的某一截面处，当受拉区边缘纤时，在纯弯段抗拉能力最薄弱的某一截面处，当受拉区边缘纤维的拉应变值到达混凝土极限拉应变实验值维的拉应变值到达混凝土极限拉应变实验值tu0时，将首先出现第一条裂缝，时，将首先出现第一条裂缝，一旦开裂，梁即由第一旦开裂，梁即由第I阶段转入为第阶段转入为第阶段工作。阶段工作。 随着弯矩继续增大，随着弯矩继续增大，受压区混凝土压应变与受拉钢筋的拉应变的实测受压区混凝土压应变与受拉钢筋的拉应变的实测值都不断增长值都不断增长，当应变的量

14、测标距较大，跨越几条裂缝时，测得的应变沿，当应变的量测标距较大，跨越几条裂缝时，测得的应变沿截面高度的变化规律仍能符合平截面假定，弯矩再增大，截面曲率加大，截面高度的变化规律仍能符合平截面假定，弯矩再增大，截面曲率加大，同时主裂缝开展越来越宽。同时主裂缝开展越来越宽。 由于受压区混凝土应变不断增大，受压区混凝土应变增长速度比应由于受压区混凝土应变不断增大，受压区混凝土应变增长速度比应力增长速度快，力增长速度快，塑性性质塑性性质表现得越来越明显，受压区应力图形呈曲线变表现得越来越明显，受压区应力图形呈曲线变化。当弯矩继续增大到受拉化。当弯矩继续增大到受拉钢筋应力即将到达屈服强度钢筋应力即将到达屈

15、服强度fy时，称为时，称为第第阶段末，用阶段末，用a表示表示。 第第阶段是截面混凝土裂缝发生、开展的阶段，在此阶段中梁是带阶段是截面混凝土裂缝发生、开展的阶段，在此阶段中梁是带裂缝工作的。其裂缝工作的。其受力特点受力特点是：是：1)在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土退出工作，拉力主要由纵向受拉在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土退出工作，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；钢筋承担，但钢筋没有屈服；2)受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的曲线；曲线；3)弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的增长加快了。弯

16、矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的增长加快了。 第三阶段第三阶段屈服阶段（屈服阶段（阶段）：阶段）：钢筋开始屈服至截面破坏的钢筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段破坏阶段 纵向受力钢筋屈服后，正截面就进入第纵向受力钢筋屈服后，正截面就进入第阶段工作。阶段工作。 钢筋屈服。截面曲率和梁的挠度也突然增大，裂缝宽度随之扩展并钢筋屈服。截面曲率和梁的挠度也突然增大，裂缝宽度随之扩展并沿梁高向上延伸，中和轴继续上移沿梁高向上延伸，中和轴继续上移，受压区高度进一步减小。弯矩再增，受压区高度进一步减小。弯矩再增大直至极限弯矩实验值大直至极限弯矩实验值Mu0时，称为第时，称为第阶段末，用阶段末，用a表示。表示

17、。 在第在第阶段整个过程中，钢筋所承受的总拉力大致保持不变，但由于阶段整个过程中，钢筋所承受的总拉力大致保持不变，但由于中和轴逐步上移，内力臂中和轴逐步上移，内力臂z z略有增加，故截面极限弯矩略有增加，故截面极限弯矩Mu0略大于屈服弯略大于屈服弯矩矩My0可见第可见第阶段是截面的破坏阶段，破坏始于纵向受拉钢筋屈服，终阶段是截面的破坏阶段，破坏始于纵向受拉钢筋屈服，终结于受压区混凝土压碎。结于受压区混凝土压碎。 其特点是：其特点是：1)纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；裂缝截面处，受拉区大部纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；裂缝截面处，受拉区大部分混凝土已退出工作，受压区混凝土压应力曲线图形比较丰满，有分混凝土已退出工作，受压区混凝土压应力曲线图形比较丰满，有上升段曲线，也有下降段曲线；上升段曲线，也有下降段曲线；2)弯矩还略有增加；弯矩还略有增加；3)受压区边缘混凝土压应变达到其极限压应变实验值受压区边缘混凝土压应变达到其极限压应变实验值cu时，混凝土时，混凝土被压碎，截面破坏；被压碎，截面破坏；4)弯矩弯矩曲率关系为接近水平的曲线。曲率关系为接近水平的曲线。 n 1）第阶段：从加载至混凝土开裂，弯矩从零增至开裂弯矩Mcr，该阶段结束的标志是混凝土拉应变增