混凝土结构设计原理上册-课后习题的答案(我国建筑工业出版社)

...wd......wd......wd...?混凝土构造设计原理?第1章绪论思考题钢筋混凝土梁破坏时的特点是：受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，破坏前变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。在钢筋混凝土构造中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特点，用混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力，钢筋主要承受中和轴以下受拉区的拉力，即使受拉区的混凝土开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋到达屈服强度以后，荷载再略有增加，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，且钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏二者之间的粘结，从而保证了钢筋和混凝土的协同工作。钢筋混凝土构造的优点有：1〕经济性好，材料性能得到合理利用；2〕可模性好；3〕耐久性和耐火性好，维护费用低；4〕整体性好，且通过适宜的配筋，可获得较好的延性；5〕刚度大，阻尼大；6〕就地取材。缺点有：1〕自重大；2〕抗裂性差；3〕承载力有限；4〕施工复杂；5〕加固困难。本课程主要内容分为“混凝土构造设计原理〞和“混凝土构造设计〞两局部。前者主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算方法和构造等混凝土构造的基本理论，属于专业根基课内容；后者主要讲述梁板构造、单层厂房、多层和高层房屋、公路桥梁等的构造设计，属于专业课内容。学习本课程要注意以下问题：1〕加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面；2〕突出重点，并注意难点的学习；3〕深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切忌死记硬背。第2章混凝土构造材料的物理力学性能思考题①混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k是根据以边长为150mm的立方体为标准试件，在(20±3)℃的温度和相对湿度为90％以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的具有95％保证率的立方体抗压强度确定的。②混凝土的轴心抗压强度标准值fck是根据以150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件，在与立方体标准试件一样的养护条件下，按照棱柱体试件试验测得的具有95％保证率的抗压强度确定的。③混凝土的轴心抗拉强度标准值ftk是采用直接轴心抗拉试验直接测试或通过圆柱体或立方体的劈裂试验间接测试，测得的具有95％保证率的轴心抗拉强度。④由于棱柱体标准试件比立方体标准试件的高度大，试验机压板与试件之间的摩擦力对棱柱体试件高度中部的横向变形的约束影响比对立方体试件的小，所以棱柱体试件的抗压强度比立方体的强度值小，故fck低于fcu,k。⑤轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的关系为：。⑥轴心抗压强度标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的关系为：。混凝土的强度等级是根据立方体抗压强度标准值确定的。我国新?标准?规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。单向受力状态下，混凝土的强度与水泥强度等级、水灰比有很大关系，骨料的性质、混凝土的级配、混凝土成型方法、硬化时的环境条件及混凝土的龄期也不同程度地影响混凝土的强度。混凝土轴心受压应力—应变曲线包括上升段和下降段两个局部。上升段可分为三段，从加载至比例极限点A为第1阶段，此时，混凝土的变形主要是弹性变形，应力—应变关系接近直线；超过A点进入第2阶段，至临界点B，此阶段为混凝土裂缝稳定扩展阶段；此后直至峰点C为第3阶段，此阶段为裂缝快速开展的不稳定阶段，峰点C相应的峰值应力通常作为混凝土棱柱体的抗压强度fc，相应的峰值应变一般在0.0015～0.0025之间波动，通常取0.002。下降段亦可分为三段，在峰点C以后，裂缝迅速开展，内部构造的整体受到愈来愈严重的破坏，应力—应变曲线向下弯曲，直到凹向发生改变，曲线出现拐点D；超过“拐点〞，随着变形的增加，曲线逐渐凸向应变轴方向开展，此段曲线中曲率最大的一点称为收敛点E；从“收敛点〞开场以后直至F点的曲线称为收敛段，这时贯穿的主裂缝已很宽，混凝土最终被破坏。常用的表示混凝土单轴向受压应力—应变曲线的数学模型有两种，第一种为美国E.Hognestad建议的模型：上升段为二次抛物线，下降段为斜直线；第二种为德国Rusch建议的模型：上升段采用二次抛物线，下降段采用水平直线。连接混凝土受压应力—应变曲线的原点至曲线任一点处割线的斜率，即为混凝土的变形模量。在混凝土受压应力—应变曲线的原点作一切线，其斜率即为混凝土的弹性模量。混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。当混凝土试件的加载应力小于混凝土疲劳强度时，其加载卸载应力—应变曲线形成一个环形，在屡次加载卸载作用下，应力—应变环越来越密合，经过屡次重复，这个曲线就密合成一条直线。当混凝土试件的加载应力大于混凝土疲劳强度时，混凝土应力—应变曲线开场凸向应力轴，在重复荷载过程中逐渐变成直线，再经过屡次重复加卸载后，其应力—应变曲线由凸向应力轴而逐渐凸向应变轴，以致加卸载不能形成封闭环，且应力—应变曲线倾角不断减小。构造或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。徐变对混凝土构造和构件的工作性能有很大影响，它会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布的现象，在预应力混凝土构造中会造成预应力损失。影响混凝土徐变的主要因素有：1〕时间参数；2〕混凝土的应力大小；3〕加载时混凝土的龄期；4〕混凝土的组成成分；5〕混凝土的制作方法及养护条件；6〕构件的形状及尺寸；7〕钢筋的存在等。减少徐变的方法有：1〕减小混凝土的水泥用量和水灰比；2〕采用较坚硬的骨料；3〕养护时尽量保持高温高湿，使水泥水化作用充分；4〕受到荷载作用后所处的环境尽量温度低、湿度高。当养护不好以及混凝土构件的四周受约束从而阻止混凝土收缩时，会使混凝土构件外表出现收缩裂缝；当混凝土构件处于完全自由状态时，它产生的收缩只会引起构件的缩短而不会产生裂缝。影响混凝土收缩的主要因素有：1〕水泥的品种；2〕水泥的用量；3〕骨料的性质；4〕养护条件；5〕混凝土制作方法；6〕使用环境；7〕构件的体积与外表积的比值。减少收缩的方法有：1〕采用低强度水泥；2〕控制水泥用量和水灰比；3〕采用较坚硬的骨料；4〕在混凝土结硬过程中及使用环境下尽量保持高温高湿；5〕浇筑混凝土时尽量保证混凝土浇捣密实；6〕增大构件体表比。软钢的应力—应变曲线有明显的屈服点和流幅，而硬钢那么没有。对于软钢，取屈服下限作为钢筋的屈服强度；对于硬钢，取极限抗拉强度σb的85％作为条件屈服点，取条件屈服点作为钢筋的屈服强度。热轧钢筋按强度可分为HPB235级〔Ⅰ级，符号〕、HRB335级〔Ⅱ级，符号〕、HRB400级〔Ⅲ级，符号〕和RRB400级〔余热处理Ⅲ级，符号R〕四种类型。常用的钢筋应力—应变曲线的数学模型有以下三种：1〕描述完全弹塑性的双直线模型；2〕描述完全弹塑性加硬化的三折线模型；3〕描述弹塑性的双斜线模型。钢筋主要有热轧钢筋、高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋等多种形式。钢筋冷加工的方法有冷拉和冷拔。冷拉可提高钢筋的抗拉强度，但冷拉后钢筋的塑性有所降低。冷拔可同时提高钢筋的抗拉及抗压强度，但塑性降低很多。钢筋混凝土构造对钢筋性能的要求如下：1〕钢筋的强度必须能保证安全使用；2〕钢筋具有一定的塑性；3〕钢筋的可焊性较好；4〕钢筋的耐火性能较好；5〕钢筋与混凝土之间有足够的粘结力。钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力，通常把这种剪应力称为钢筋和混凝土之间的粘结力。影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素有：混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力、钢筋外表形状以及浇筑混凝土时钢筋的位置等。保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力的构造措施有：1〕对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；2〕为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；3〕在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋；4〕为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩。此外，对高度较大的混凝土构件应分层浇注或二次浇捣，另外，对于锈蚀钢筋，一般除重锈钢筋外，可不必除锈。第3章按近似概率理论的极限状态设计法思考题构造在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力称为构造的可靠性。它包含安全性、适用性、耐久性三个功能要求。构造超过承载能力极限状态后就不能满足安全性的要求；构造超过正常使用极限状态后就不能保证适用性和耐久性的功能要求。建筑构造安全等级是根据建筑构造破坏时可能产生的后果严重与否来划分的。所有能使构造产生内力或变形的原因统称为作用，荷载那么为“作用〞中的一种，属于直接作用，其特点是以力的形式出现的。影响构造可靠性的因素有：1〕设计使用年限；2〕设计、施工、使用及维护的条件；3〕完成预定功能的能力。构造构件的抗力与构件的几何尺寸、配筋情况、混凝土和钢筋的强度等级等因素有关。由于材料强度的离散性、构件截面尺寸的施工误差及简化计算时由于近似处理某些系数的误差，使得构造构件的抗力具有不确定的性质，所以抗力是一个随机变量。整个构造或构件的一局部超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。构造的极限状态可分为两类，一类是承载能力极限状态，即构造或构件到达最大承载能力或者到达不适于继续承载的变形状态。另一类是正常使用极限状态，即构造或构件到达正常使用或耐久性能中某项规定限值的状态。建筑构造应该满足安全性、适用性和耐久性的功能要求。构造的设计工作寿命是指设计规定的构造或构造构件不需进展大修即可按其预定目的使用的时期，它可按?建筑构造可靠度设计统一标准?确定，业主可提出要求，经主管部门批准，也可按业主的要求确定。构造超过其设计工作寿命并不意味着不能再使用，只是其完成预定功能的能力越来越差了。正态分布概率密度曲线主要有平均值μ和标准差σ两个数字特征。μ越大，表示曲线离纵轴越远；σ越大，表示数据越分散，曲线扁而平；反之，那么数据越集中，曲线高而窄。正态分布概率密度曲线的主要特点是曲线呈钟形，并以x=μ为对称轴呈对称分布，峰点横座标为平均值μ，峰点两侧μ±σ处各有一个反弯点，且曲线以x轴为渐近线。P(x＞x0)=1－P(x≤x0)=1－。保证构造可靠的概率称为保证率，如95%、97.73%。构造的可靠度就是构造可靠性的概率度量。构造的可靠指标β＝μz/σz，它和失效概率一样可作为衡量构造可靠度的一个指标。我国?建筑构造设计统一标准?定义构造可靠度是构造在设计工作寿命内，在正常条件下，完成预定功能的概率。设R表示构造构件抗力，S表示荷载效应，Z＝R－S就是构造的功能函数。整个构造或构件的一局部超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态就是该功能的极限状态。Z＞0表示构造处于可靠状态；Z＜0表示构造处于失效(破坏)状态；Z＝0表示构造到达极限状态。Z＝R－S＜0(即构件失效)出现的概率即为失效概率pf，可靠概率ps＝1－pf，目标可靠指标就是使构造在按承载能力极限状态设计时其完成预定功能的概率不低于某一允许的水平时的可靠指标。可靠指标β与失效概率pf之间有一一对应的关系，它们都可以用来衡量构造可靠度。可靠指标β可按公式β＝μz／σz＝(μR－μS)／确定。我国“标准〞采用的概率极限状态设计法是一种近似方法，因为其中用到的概率统计特征值只有平均值和均方差，并非实际的概率分布，并且在别离导出分项系数时还作了一些假定，运算中采用了一些近似的处理方法，因而计算结果是近似的，所以只能称为近似概率设计法。我国“标准〞承载力极限状态设计表达式如下：1)对由可变荷载效应控制的组合，其表达式一般形式为：2)对由永久荷载效应控制的组合，其表达式一般形式为：式中，——构造构件的重要性系数，与安全等级对应，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的构造构件不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的构造构件不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的构造构件不应小于0.9；在抗震设计中，不考虑构造构件的重要性系数；Gk——永久荷载标准值；Q1k——最大的一个可变荷载的标准值；Qik——其余可变荷载的标准值；、、——永久荷载、可变荷载的分项系数，当永久荷载效应对构造不利时，对由可变荷载效应控制的组合一般取1.2；对由永久荷载效应控制的组合一般取1.35，当永久荷载效应对构造有利时，取＝1.0；可变荷载的分项系数、一般取1.4；CG、CQ1、CQi——分别为永久荷载、第一种可变荷载、其他可变荷载的荷载效应系数，即由荷载求出荷载效应(如荷载引出的弯矩、剪力、轴力和变形等)须乘的系数；——可变荷载组合值系数。不等式右侧为构造承载力，用承载力函数R(…)表示，说明其为混凝土和钢筋强度标准值(fCk、fSk)、分项系数(、)、几何尺寸标准值(ak)以及其他参数的函数。式中可靠指标表达在了承载力分项系数、及荷载分项系数、中。荷载标准值是荷载的基本代表值。它是根据大量荷载统计资料，运用数理统计的方法确定具有一定保证率的统计特征值，这样确定的荷载是具有一定概率的最大荷载值，称为荷载标准值。可变荷载的频遇值系数乘以可变荷载标准值所得乘积称为荷载的频遇值，可变荷载的准永久值系数乘以可变荷载标准值所得乘积称为荷载的准永久值。考虑到两个或两个以上可变荷载同时出现的可能性较小，引入荷载组合值系数对基本标准值进展折减，即可变荷载的组合值系数乘以可变荷载标准值所得乘积即为荷载的组合值。因为根据实际设计的需要，常须区分荷载的短期作用(标准组合、频遇组合)和荷载的长期作用(准永久组合)下构件的变形大小和裂缝宽度计算，所以，对正常使用极限状态验算，要按不同的设计目的，区分荷载的标准组合和荷载的准永久组合。按荷载的标准组合时，荷载效应组合的设计值S取为永久荷载及第一个可变荷载的标准值与其他可变荷载的组合值之和。按荷载的准永久组合时，荷载效应组合的设计值S取为永久荷载的标准值与可变荷载的准永久值之和。根据?建筑构造设计统一标准?规定混凝土强度标准值取混凝土强度平均值减1.645倍的标准差。混凝土材料强度分项系数是根据轴心受压构件按照目标可靠指标经过可靠度分析而确定的，混凝土强度的分项系数规定取为1.4。混凝土强度标准值除以混凝土强度的分项系数，即得到混凝土强度设计值。?混凝土构造设计标准?中取国家冶金局标准规定的钢筋废品限值作为钢筋的强度标准值。钢筋强度标准值除以钢筋强度的分项系数即得到钢筋强度设计值。混凝土的材料强度标准值是取其强度平均值减1.645倍的标准差所得，其强度设计值那么是取强度标准值除以混凝土材料强度的分项系数；钢筋的材料强度标准值是取其强度平均值减2倍的标准差所得，其强度设计值那么是取强度标准值除以钢筋材料强度的分项系数。第4章受弯构件的正截面受弯承载力思考题混凝土弯曲受压时的极限压应变的取值如下：当正截面处于非均匀受压时，的取值随混凝土强度等级的不同而不同，即＝0.0033－0.5(fcu,k－50)×10-5，且当计算的值大于0.0033时，取为0.0033；当正截面处于轴心均匀受压时，取为0.002。所谓“界限破坏〞，是指正截面上的受拉钢筋的应变到达屈服的同时，受压区混凝土边缘纤维的应变也正好到达混凝土极限压应变时所发生的破坏。此时，受压区混凝土边缘纤维的应变＝＝0.0033－0.5(fcu,k－50)×10-5，受拉钢筋的应变＝＝fy／Es。因为受弯构件正截面受弯全过程中第Ⅰ阶段末(即Ⅰa阶段)可作为受弯构件抗裂度的计算依据；第Ⅱ阶段可作为使用荷载阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据；第Ⅲ阶段末(即Ⅲa阶段)可作为正截面受弯承载力计算的依据。所以必须掌握钢筋混凝土受弯构件正截面受弯全过程中各阶段的应力状态。正截面受弯承载力计算公式正是根据Ⅲa阶段的应力状态列出的。当纵向受拉钢筋配筋率满足时发生适筋破坏形态；当时发生少筋破坏形态；当时发生超筋破坏形态。与这三种破坏形态相对应的梁分别称为适筋梁、少筋梁和超筋梁。由于少筋梁在满足承载力需要时的截面尺寸过大，造成不经济，且它的承载力取决于混凝土的抗拉强度，属于脆性破坏类型，故在实际工程中不允许采用。由于超筋梁破坏时受拉钢筋应力低于屈服强度，使得配置过多的受拉钢筋不能充分发挥作用，造成钢材的浪费，且它是在没有明显预兆的情况下由于受压区混凝土被压碎而突然破坏，属于脆性破坏类型，故在实际工程中不允许采用。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，简称配筋率，用表示。从理论上分析，其他条件均一样(包括混凝土和钢筋的强度等级与截面尺寸)而纵向受拉钢筋的配筋率不同的梁将发生不同的破坏形态，显然破坏形态不同的梁其正截面受弯承载力也不同，通常是超筋梁的正截面受弯承载力最大，适筋梁次之，少筋梁最小，但超筋梁与少筋梁的破坏均属于脆性破坏类型，不允许采用，而适筋梁具有较好的延性，提倡使用。另外，对于适筋梁，纵向受拉钢筋的配筋率越大，截面抵抗矩系数将越大，那么由M＝可知，截面所能承担的弯矩也越大，即正截面受弯承载力越大。单筋矩形截面梁的正截面受弯承载力的最大值Mu,max＝，由此式分析可知，Mu,max与混凝土强度等级、钢筋强度等级及梁截面尺寸有关。在双筋梁计算中，纵向受压钢筋的抗压强度设计值采用其屈服强度，但其先决条件是：或，即要求受压钢筋位置不低于矩形受压应力图形的重心。双筋截面梁只适用于以下两种情况：1)弯矩很大，按单筋矩形截面计算所得的又大于，而梁截面尺寸受到限制，混凝土强度等级又不能提高时；2)在不同荷载组合情况下，梁截面承受异号弯矩时。应用双筋梁的基本计算公式时，必须满足x≤h0和x≥2这两个适用条件，第一个适用条件是为了防止梁发生脆性破坏；第二个适用条件是为了保证受压钢筋在构件破坏时到达屈服强度。x≥2的双筋梁出现在受压钢筋在构件破坏时到达屈服强度的情况下，此时正截面受弯承载力按公式：计算；x＜2的双筋梁出现在受压钢筋在构件破坏时不能到达其屈服强度的情况下，此时正截面受弯承载力按公式：计算。T形截面梁有两种类型，第一种类型为中和轴在翼缘内，即x≤，这种类型的T形梁的受弯承载力计算公式与截面尺寸为×h的单筋矩形截面梁的受弯承载力计算公式完全一样；第二种类型为中和轴在梁肋内，即x＞，这种类型的T形梁的受弯承载力计算公式与截面尺寸为b×h，＝／2，＝As1(As1满足公式)的双筋矩形截面梁的受弯承载力计算公式完全一样。在正截面受弯承载力计算中，对于混凝土强度等级等于及小于C50的构件，值取为1.0；对于混凝土强度等级等于及大于C80的构件，值取为0.94；而对于混凝土强度等级在C50～C80之间的构件，值由直线内插法确定，其余的计算均一样。习题4.1查表知，环境类别为一类，混凝土强度等级为C30时梁的混凝土保护层最小厚度为25mm。故设as＝35mm，那么h0＝h－as＝500－35＝465mm由混凝土和钢筋等级，查表得：fc＝14.3N/mm2，ft＝1.43N/mm2，fy＝300N/mm2，＝1.0，＝0.8，＝0.55求计算系数那么，可以。故mm2图1mm2图1且mm2，满足要求。选用318，As＝763mm2，配筋图如图1所示。4.2梁自重：kN/m那么简支梁跨中最大弯矩设计值：M1＝＝＝1.0×[]＝85.514kN·mM2＝＝＝1.0×[]＝80.114kN·mM＝max｛M1，M2｝＝85.514kN·m查表知，环境类别为二类，混凝土强度等级为C40，梁的混凝土保护层最小厚度为30mm，故设as＝40mm，那么h0＝h－as＝450－40＝410mm由混凝土和钢筋等级，查表得：fc＝19.1N/mm2，ft＝1.71N/mm2，fy＝360N/mm2，＝1.0，＝0.8，＝0.518求计算系数那么，可以。图2故mm2图2mm2且mm2，满足要求。选用216＋118，As＝657mm2，配筋图如图2所示。4.3取板宽b＝1000mm的板条作为计算单元。计算最大弯矩设计值M方法一：M砂浆＝20×0.02×1×1×0.5+20×0.02×1×1×0.5＝0.4kN·mM砼板＝=0.83kN·mMGk＝0.4+0.83＝1.23kN·m方法二：MGk＝kN·m又MQk＝P×l＝1×1＝1kN·m故雨篷板根部处的最大弯矩设计值：M1＝＝1.0×(1.2×1.23+1.4×1)＝2.876kN·mM2＝＝1.0×(1.35×1.23+1.4×0.7×1)＝2.6405kN·mM＝max｛M1，M2｝＝2.876kN·m〔2〕查表知，环境类别为二类，混凝土强度等级为C25时，板的混凝土保护层最小厚度为25mm，故设as＝30mm，那么h0＝h－as＝80－30＝50mm由砼和钢筋的强度等级，查表得：fc＝11.9N/mm2，ft＝1.27N/mm2，fy＝300N/mm2＝1.0，＝0.550那么，可以。故mm2mm2且mm2，满足要求。选用6@120，As＝236mm2。垂直于纵向受拉钢筋布置6@250的分布钢筋。4.4fc＝14.3N/mm2，ft＝1.43N/mm2，fy＝300N/mm2，＝1.0，＝0.55查表知，环境类别为一类，混凝土强度等级为C30，梁的混凝土保护层最小厚度为25mm，故设as＝35mm，那么h0＝h－as＝450－35＝415mm＝804mm2mm2且mm2，满足要求。又＜＝0.55满足适用条件。故Mu＝＝＝89.84kN·m＞M＝70kN·m，安全。4.5fc＝11.9N/mm2，fy＝＝300N/mm2，＝1.0，＝0.8，＝0.55查表知，环境类别为二类，混凝土强度等级为C25，梁的混凝土保护层最小厚度为25mm，故设＝35mm。假设受拉钢筋放两排，故as＝60mm，那么h0＝h－as＝500－60＝440mm取＝，那么＝＝＝628mm2＝＝图3＝2548mm2图3受拉钢筋选用322＋325的钢筋，As＝2613mm2；受压钢筋选用220mm的钢筋，＝628mm2。图3配筋图如图3所示。图34.6〔1〕选用混凝土强度等级为C40时fc＝19.1N/mm2，ft＝1.71N/mm2，fy＝＝360N/mm2，＝1.0，＝0.8，＝0.518鉴别类型：假设受拉钢筋排成两排，故取as＝60mm，那么h0＝h－as＝750－60＝690mm＝672.32kN·m＞M＝500kN·m属于第一种类型的T形梁。以代替b，可得那么，可以。故mm2mm2且mm2，满足要求。选用720，As＝2200mm2。〔2〕选用混凝土强度等级为C60时fc＝27.5N/mm2，ft＝2.04N/mm2，＝＝360N/mm2，＝0.98，＝0.499鉴别类型：假设受拉钢筋排成两排，故取as＝60mm，那么h0＝h－as＝750－60＝690mm＝948.64kN·m＞M＝500kN·m仍然属于第一种类型的T形梁，故计算方法同〔1〕，最后求得As＝2090mm2，选用720，As＝2200mm2。由此可见，对于此T形梁，选用C40的混凝土即可满足设计需要，4.7fc＝14.3N/mm2，＝＝300N/mm2，＝1.0，＝0.55鉴别类型：假设受拉钢筋排成两排，故取as＝60mm，那么h0＝h－as＝500－60＝440mm＝183.04kN·m＜M＝250kN·m属于第二种类型的T形梁。＝＝91.52kN·mM2＝M－M1＝250－91.52＝158.48kN·m那么，可以。mm2mm2＝＋＝1452＋763＝2215mm2选用622，＝2281mm2第5章受弯构件的斜截面承载力思考题①②剪跨比的大小对梁的斜截面受剪破坏形态有着极为重要的影响。对于无腹筋梁，通常当＜1时发生斜压破坏；当1＜＜3时常发生剪压破坏；当＞3时常发生斜拉破坏。对于有腹筋梁，剪跨比的大小及箍筋配置数量的多少均对斜截面破坏形态有重要影响，从而使得有腹筋梁的受剪破坏形态与无腹筋梁一样，也有斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏三种。钢筋混凝土梁在其剪力和弯矩共同作用的剪弯区段内，将发生斜裂缝。在剪弯区段内，由于截面上同时作用有弯矩M和剪力V，在梁的下部剪拉区，因弯矩产生的拉应力和因剪力产生的剪应力形成了斜向的主拉应力，当混凝土的抗拉强度缺乏时，那么开裂，并逐渐形成与主拉应力相垂直的斜向裂缝。斜裂缝主要有两种类型：腹剪斜裂缝和弯剪斜裂缝。腹剪斜裂缝是沿主压应力迹线产生于梁腹部的斜裂缝，这种裂缝中间宽两头细，呈枣核形，常见于薄腹梁中。而在剪弯区段截面的下边缘，由较短的垂直裂缝延伸并向集中荷载作用点开展的斜裂缝，称为剪弯斜裂缝，这种裂缝上细下宽，是最常见的。梁斜截面受剪破坏主要有三种形态：斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏。斜压破坏的特征是，混凝土被腹剪斜裂缝分割成假设干个斜向短柱而压坏，破坏是突然发生的。剪压破坏的特征通常是，在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直裂缝，它们沿竖向延伸一小段长度后，就斜向延伸形成一些斜裂缝，而后又产生一条贯穿的较宽的主要斜裂缝，称为临界斜裂缝，临界斜裂缝出现后迅速延伸，使斜截面剪压区的高度缩小，最后导致剪压区的混凝土破坏，使斜截面丧失承载力。斜拉破坏的特征是当垂直裂缝一出现，就迅速向受压区斜向伸展，斜截面承载力随之丧失，破坏荷载与出现斜裂缝时的荷载很接近，破坏过程急骤，破坏前梁变形亦小，具有很明显的脆性。简支梁斜截面受剪机理的力学模型主要有三种。第一种是带拉杆的梳形拱模型，适用于无腹筋梁，这种力学模型把梁的下部看成是被斜裂缝和垂直裂缝分割成一个个具有自由端的梳状齿，梁的上部与纵向受拉钢筋那么形成带有拉杆的变截面两铰拱。第二种是拱形桁架模型，适用于有腹筋梁，这种力学模型把开裂后的有腹筋梁看作为拱形桁架，其中拱体是上弦杆，裂缝间的齿块是受压的斜腹杆，箍筋那么是受拉腹杆。第三种是桁架模型，也适用于有腹筋梁，这种力学模型把有斜裂缝的钢筋混凝土梁对比为一个铰接桁架，压区混凝土为上弦杆，受拉纵筋为下弦杆，腹筋为竖向拉杆，斜裂缝间的混凝土那么为斜压杆。后两种力学模型与第一种力学模型的主要区别在于：1)考虑了箍筋的受拉作用；2)考虑了斜裂缝间混凝土的受压作用。影响斜截面受剪性能的主要因素有：1)剪跨比；2)混凝土强度；3)箍筋配箍率；4)纵筋配筋率；5)斜截面上的骨料咬合力；6)截面尺寸和形状。梁的斜压和斜拉破坏在工程设计时都应设法防止。为防止发生斜压破坏，设计时，箍筋的用量不能太多，也就是必须对构件的截面尺寸加以验算，控制截面尺寸不能太小。为防止发生斜拉破坏，设计时，对有腹筋梁，箍筋的用量不能太少，即箍筋的配箍率必须不小于规定的最小配箍率；对无腹筋板，那么必须用专门公式加以验算。(1)在均匀荷载作用下(即包括作用有多种荷载，但其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值小于总剪力值的75％的情况)，矩形、T形和I形截面的简支梁的斜截面受剪承载力的计算公式为：式中Vcs——构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值，Vcs＝Vc＋Vs；Vsb——与斜裂缝相交的弯起钢筋的受剪承载力设计值；ft——混凝土轴心抗拉强度设计值；fyv——箍筋抗拉强度设计值；fy——弯起钢筋的抗拉强度设计值；Asv——配置在同一截面内的各肢箍筋的全部截面面积，Asv＝nAsv1，其中n为在同一截面内的箍筋肢数，Asv1为单肢箍筋的截面面积；s——沿构件长度方向的箍筋间距；Asb——与斜裂缝相交的配置在同一弯起平面内的弯起钢筋截面面积；——弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角；b——矩形截面的宽度，T形或I形截面的腹板宽度；h0——构件截面的有效高度。(2)在集中荷载作用下(即包括作用有各种荷载，且集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75％以上的情况)，矩形、T形和I形截面的独立简支梁的截面受剪承载力的计算公式为：式中——计算剪跨比，可取＝a／h0，a为集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离，当＜1.5时，取＝1.5；当＞3时，取＝3。连续梁与简支梁的区别在于，前者在支座截面附近有负弯矩，在梁的剪跨段中有反弯点，因此连续梁斜截面的破坏形态受弯矩比的影响很大。对于受集中荷载的连续梁，在弯矩和剪力的作用下，由于剪跨段内存在有正负两向弯矩，因而会出现两条临界斜裂缝。并且在沿纵筋水平位置混凝土上会出现一些断断续续的粘结裂缝。临近破坏时，上下粘结裂缝分别穿过反弯点向压区延伸，使原先受压纵筋变成受拉，造成在两条临界斜裂缝之间的纵筋都处于受拉状态，梁截面只剩中间局部承受压力和剪力，这就相应提高了截面的压应力和剪应力，降低了连续梁的受剪承载力，因而，与一样广义剪跨比的简支梁相比，其受剪能力要低。对于受均布荷载的连续梁，当弯矩比＜1.0时，临界斜裂缝将出现于跨中正弯矩区段内，连续梁的抗剪能力随的加大而提高；当＞1.0时，临界斜裂缝的位置将移到跨中负弯矩区内，连续梁的抗剪能力随的加大而降低。另外，由于梁顶的均布荷载对混凝土保护层起着侧向约束作用，因而，负弯矩区段内不会有严重的粘结裂缝，即使在正弯矩区段内存在有粘结破坏，但也不严重。试验说明，均布荷载作用下连续梁的受剪承载力不低于一样条件下的简支梁的受剪承载力。由于连续梁的受剪承载力与一样条件下的简支梁相比，仅在受集中荷载时偏低于简支梁，而在受均布荷载时承载力是相当的。不过，在集中荷载时，连续梁与简支梁计算梁斜截面受剪承载力时应选取以下计算截面：1)支座边缘处斜截面；2)弯起钢筋弯起点处的斜截面；3)箍筋数量和间距改变处的斜截面；4)腹板宽度改变处的斜截面。由钢筋和混凝土共同作用，对梁各个正截面产生的受弯承载力设计值Mu所绘制的图形，称为材料抵抗弯矩图MR。以确定纵筋的弯起点来绘制MR图为例，首先绘制出梁在荷载作用下的M图和矩形MR图，将每根纵筋所能抵抗的弯矩MRi用水平线示于MR图上，并将用于弯起的纵筋画在MR图的外侧，然后，确定每根纵筋的MRi水平线与M图的交点，找到用于弯起的纵筋的充分利用截面和不需要截面，那么纵筋的弯起点应在该纵筋充分利用截面以外大于或等于0.5h0处，且必须同时满足在其不需要截面的外侧。该弯起纵筋与梁截面高度中心线的交点及其弯起点分别垂直对应于MR图中的两点，用斜直线连接这两点，这样绘制而成的MR图，能完全包住M图，这样既能保证梁的正截面和斜截面的受弯承载力不致于破坏，又能将局部纵筋弯起，利用其受剪，到达经济的效果。同理，也可以利用MR图来确定纵筋的截断点。因此，绘制材料抵抗弯矩图MR的目的是为了确定梁内每根纵向受力钢筋的充分利用截面和不需要截面，从而确定它们的弯起点和截断点。为了保证梁的斜截面受弯承载力，纵筋的弯起、锚固、截断以及箍筋的间距应满足以下构造要求：1)纵筋的弯起点应在该钢筋充分利用截面以外大于或等于0.5h0处，弯终点到支座边或到前一排弯起钢筋弯起点之间的距离，都不应大于箍筋的最大间距。2)钢筋混凝土简支端的下部纵向受拉钢筋伸入支座范围内的锚固长度las应符合以下条件：当V≤0.7ftbh0时，las≥5d；当V＞0.7ftbh0时，带肋钢筋las≥12d，光面钢筋las≥15d，d为锚固钢筋直径。如las不能符合上述规定时，应采取有效的附加锚固措施来加强纵向钢筋的端部。3)梁支座截面负弯矩区段内的纵向受拉钢筋在截断时必须符合以下规定：当V≤0.7ftbh0时，应在该钢筋的不需要截面以外不小于20d处截断，且从该钢筋的充分利用截面伸出的长度不应小于1.2la；当V＞0.7ftbh0时，应在该钢筋的不需要截面以外不小于h0且不小于20d处截断，且从该钢筋的充分利用截面伸出的长度不应小于1.2la＋h0；当按上述规定的截断点仍位于负弯矩受拉区内，那么应在该钢筋的不需要截面以外不小于1.3h0且不小于20d处截断，且从该钢筋的充分利用截面伸出的长度不应小于1.2la＋1.7h0。4)箍筋的间距除按计算要求确定外，其最大间距应满足?标准?规定要求。箍筋的间距在绑扎骨架中不应大于15d，同时不应大于400mm。当梁中绑扎骨架内纵向钢筋为非焊接搭接时，在搭接长度内，箍筋的间距应符合以下规定：受拉时，间距不应大于5d，且不应大于100mm；受压时，间距不应大于10d，且不应大于200mm，d为搭接箍筋中的最小直径。采用机械锚固措施时，箍筋的间距不应大于纵向箍筋直径的5倍。习题5.1〔1〕验算截面条件，属厚腹梁＝1=332475N＞V＝1.4×105N截面符合要求。〔2〕验算是否需要计算配置箍筋＝93093N＜V＝1.4×105故需要进展配箍计算。〔3〕配置箍筋〔采用HPB235级钢筋〕那么选配箍筋8@200，实有〔可以〕＝0.25％＝0.163％＜〔可以〕5.2〔1〕当V＝6.2×104N时1〕截面符合要求2〕验算是否需要配置箍筋0.7ftbh0＝93093N＞V＝6.2×104仅需按构造配置箍筋，选配箍筋8@300〔2〕当V＝2.8×105N时1〕截面符合要求2〕验算是否需要计算配置箍筋0.7ftbh0＝93093N＜V＝2.8×105故需要进展配箍计算3〕配置箍筋〔采用HRB335级〕V≤那么选配箍筋10@120，实有＞1.072〔可以〕＝0.654％＞＝0.114％〔可以〕5.3〔1〕求剪力设计值如图4所示为该梁的计算简图和内力图，计算剪力值列于图4中。图4〔2〕验算截面条件取as＝35mm，属厚腹梁＝1=260975N此值大于截面A、、中最大的剪力值〔＝104400N〕，故截面尺寸符合要求。〔3〕配置箍筋〔采用HPB235级钢筋〕截面A：VA＝75600N0.7ftbh0＝0.7×1.43×200×365＝73073N＜VA＝75600N必须按计算配置箍筋VA＝那么选配箍筋6@150，实有＞0.026〔可以〕＝0.189％＞＝0.163％〔可以〕截面：＝104400N0.7ftbh0＝73073N＜＝104400N必须按计算配置箍筋＝那么仍选配箍筋6@150，实有＞0.327〔可以〕＝0.189％＞＝0.163％〔可以〕截面：＝72000N0.7ftbh0＝73073N＞＝72000N仅需按构造配置箍筋，选配6@300。5.4〔1〕求剪力设计值支座边缘处截面的剪力值最大＝144kN〔2〕验算截面条件hw＝h0＝600－35＝565mm，属厚腹梁＝1=504969N＞Vmax＝144000N截面符合要求。〔3〕验算是否需要计算配置箍筋0.7ftbh0＝0.7×1.43×250×565＝141391N＜Vmax＝144000N故需要进展配箍计算〔4〕只配箍筋而不用弯起钢筋〔箍筋采用HPB235级钢筋〕Vmax≤那么选配箍筋8@200，实有＞0.018〔可以〕＝0.201％＞＝0.163％〔可以〕〔5〕既配箍筋又设弯起钢筋根据已配的425纵向钢筋，可利用125以45°弯起，那么弯筋承担的剪力N混凝土和箍筋承担的剪力Vcs＝Vmax－Vsb＝144000－83308＝60692N0.7ftbh0＝141391N＞Vcs＝60692N仅需按构造配置箍筋，选用8@350，实有Vcs＝141391＋N验算弯筋弯起点处的斜截面，该处的剪力设计值〔如图5所示〕V＝N＜Vcs所以可不再配置弯起钢筋。〔6〕当箍筋配置为8@200时，实有Vcs＝图5＝图5＝215992N＞Vmax＝144000N故不需要配置弯起钢筋。5.5〔1〕求所需纵向受拉钢筋如图6所示为该梁的计算简图和内力图，Mmax＝100kN·m图6图6设as＝35mm，那么h0＝h－as＝400－35＝365mm假定纵筋选用HRB335级钢筋，那么由混凝土和钢筋等级，查表得fc＝14.3N/mm2，ft＝1.43N/mm2，fy＝300N/mm2，＝1.0，＝0.8，＝0.55计算系数那么，可以。故mm2mm2且mm2，满足要求。纵向受拉钢筋选用322mm的钢筋，As＝1140mm2〔2〕只配箍筋而不用弯起钢筋〔箍筋采用HPB235级钢筋〕最大剪力值Vmax＝100kN=260975N＞Vmax＝100000N截面符合要求。在AC段：N＜Vmax＝100000N需要进展配箍计算那么选配箍筋8@150，实有〔可以〕＝0.336％＞＝0.163％〔可以〕在CD段：只受弯矩不受剪力，可以不配置箍筋。在DB段：箍筋配置同AC段，选配8@150。〔3〕既配箍筋又设弯起钢筋〔箍筋采用HPB235级钢筋〕根据已配的322纵向钢筋，可利用122以45°弯起，那么弯筋承担的剪力N混凝土和箍筋承担的剪力Vcs＝Vmax－Vsb＝100000－64505＝35495N＝48846N＞Vcs＝35495N仅需按构造配置箍筋，选用8@300，实有Vcs＝48846＋N由于该梁在AC段中剪力值均为100kN，所以弯筋弯起点处的剪力值V＝100000N＞Vcs＝74549N宜再弯起钢筋或加密箍筋，考虑到纵向钢筋中必须有两根直通支座，已无钢筋可弯，应选择加密箍筋的方案。重选8@150，实有Vcs＝48846＋N＞100000N〔可以〕5.6〔1〕求剪力设计值如图7所示为该梁的计算简图和剪力图。V均V总V均V总V集图7〔2〕验算截面条件属厚腹梁＝1=504969N＞截面尺寸符合要求。〔3〕确定箍筋数量〔箍筋采用HPB235级钢筋〕该梁既受集中荷载，又受均布荷载，但集中荷载在两支座截面上引起的剪力值均小于总剪力值的75％A、B支座：＝50.7％故梁的左右两半区段均应按均布荷载下的斜截面受剪承载力计算公式计算。由于梁所受的荷载是对称分布的，配筋亦是对称布置的，因此，可将梁分为AC、CD两个区段来计算斜截面受剪承载力。AC段：0.7ftbh0＝0.7×1.43×250×565＝141391N＜VA＝207000N必须按计算配置箍筋。那么选配箍筋8@200，实有〔可以〕＝0.201％＞＝0.163％〔可以〕CD段：0.7ftbh0＝141391N＞VC＝86000N仅需按构造配置箍筋，选用8@350由于此梁对称配筋，所以DE段选配箍筋8@350，EF段选配箍筋8@200。5.7〔1〕首先求由正截面受弯承载力Mu控制的P值as＝60mm，h0＝550－60＝490mmAs＝＝2281mm2mm2且mm2，满足要求。满足适用条件。＝260.92kN·m该梁的内力图如图8所示，在集中荷载作用点处的弯矩值最大：Mmax＝＝0.8P令Mmax＝Mu，得：P1＝326.15kN再求由斜截面受剪承载力Vu控制的P值图8图8属厚腹梁0.25×1.0×14.3×220×490＝385385NAC段：＝147206N故Vu＝min｛147206，385385｝＝147206N该梁在AC段中的剪力值均为2P/3，令2P/3＝147206，得P2＝220.81kNCB段：，取＝136454N故Vu＝min｛136454，385385｝＝136454N该梁在CB段中的剪力值均为P/3，令P/3＝136454，得：P3＝409.36kN由以上计算结果可知，该梁所能承受的最大荷载设计值P＝min｛P1，P2，P3｝=220.81，此时该梁发生斜截面受剪破坏。5.8如图9所示为该梁的计算简图和剪力图。图9图9as＝35mm，h0＝h－as＝550－35＝515mmAC段：配置箍筋8@150属厚腹梁0.25×1.0×14.3×250×515＝460281N＝154936N故Vu＝min｛154936，460281｝＝154936N令1.5P＝154936，得：P1＝103.29kNCD段：配置箍筋6@200不满足，取故＝80549N令0.5P＝80549，得：P2＝161.1kN由以上计算结果可知，该梁所能承受的极限荷载设计值P＝min｛P1，P2｝＝103.29kN第6章受压构件的截面承载力思考题轴心受压普通箍筋短柱的破坏形态是随着荷载的增加，柱中开场出现微细裂缝，在临近破坏荷载时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压碎，柱子即告破坏。而长柱破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。?混凝土构造设计标准?采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度，即＝，和分别为长柱和短柱的承载力。根据试验结果及数理统计可得的经历计算公式：当l0／b＝8～34时，＝1.177－0.021l0／b；当l0／b＝35～50时，＝0.87－0.012l0／b。?混凝土构造设计标准?中，对于长细比l0／b较大的构件，考虑到荷载初始偏心和长期荷载作用对构件承载力的不利影响较大，的取值比按经历公式所得到的值还要降低一些，以保证安全。对于长细比l0／b小于20的构件，考虑到过去使用经历，的取值略微抬高一些，以使计算用钢量不致增加过多。轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算公式为：〔1〕轴心受压螺旋箍筋柱的正截面受压承载力计算公式为：〔2〕钢筋混凝土偏心受压短柱的破坏形态有受拉破坏和受压破坏两种情况。受拉破坏形态又称大偏心受压破坏，它发生于轴向力N的相对偏心距较大，且受拉钢筋配置得不太多时。随着荷载的增加，首先在受拉区产生横向裂缝；荷载再增加，拉区的裂缝随之不断地开裂，在破坏前主裂缝逐渐明显，受拉钢筋的应力到达屈服强度，进入流幅阶段，受拉变形的开展大于受压变形，中和轴上升，使混凝土压区高度迅速减小，最后压区边缘混凝土到达极限压应变值，出现纵向裂缝而混凝土被压碎，构件即告破坏，破坏时压区的纵筋也能到达受压屈服强度，这种破坏属于延性破坏类型，其特点是受拉钢筋先到达屈服强度，导致压区混凝土压碎。受压破坏形态又称小偏心受压破坏，截面破坏是从受压区开场的，发生于轴向压力的相对偏心距较小或偏心距虽然较大，但配置了较多的受拉钢筋的情况，此时构件截面全部受压或大局部受压。破坏时，受压应力较大一侧的混凝土被压碎，到达极限应变值，同侧受压钢筋的应力也到达抗压屈服强度，而远测钢筋可能受拉可能受压，但都达不到屈服。破坏时无明显预兆，压碎区段较大，混凝土强度越高，破坏越带突然性，这种破坏属于脆性破坏类型，其特点是混凝土先被压碎，远测钢筋可能受拉也可能受压，但都不屈服。偏心受压构件按受力情况可分为单向偏心受压构件和双向偏心受压构件；按破坏形态可分为大偏心受压构件和小偏心受压构件；按长细比可分为短柱、长柱和细长柱。偏心受压长柱的正截面受压破坏有两种形态，当柱长细比很大时，构件的破坏不是由于材料引起的，而是由于构件纵向弯曲失去平衡引起的，称为“失稳破坏〞，它不同于短柱所发生的“材料破坏〞；当柱长细比在一定范围内时，虽然在承受偏心受压荷载后，偏心距由ei增加到ei＋f，使柱的承载能力比同样截面的短柱减小，但就其破坏本质来讲，与短柱破坏一样，均属于“材料破坏〞，即为截面材料强度耗尽的破坏。轴心受压长柱所承受的轴向压力N与其纵向弯曲后产生的侧向最大挠度值f的乘积就是偏心受压长柱由纵向弯曲引起的最大的二阶弯矩，简称二阶弯矩。偏心受压构件的偏心距增大系数的推导如下：首先，对于两端铰接柱的侧向挠度曲线可近似假定符合正弦曲线，由此推得侧向挠度y与截面曲率的关系式。接着，由平截面假定可得曲率的计算式，将界限破坏时混凝土和钢筋的应变值打入此式即为界限破坏时的曲率。然后，将界限破坏时的曲率代入侧向挠度公式中得到界限破坏时柱中点的最大侧向挠度值f。最后，引进两个截面曲率的修正系数和，以考虑偏心距和长细比对截面曲率的修正，依据关系式：＝1＋f／ei，将界限破坏时的最大侧向挠度f及和代入，并取h＝1.1h0，即推得的计算公式如下：大、小偏心受压破坏的界限破坏形态即称为“界限破坏〞，其主要特征是：受拉纵筋应力到达屈服强度的同时，受压区边缘混凝土到达了极限压应变。相应于界限破坏形态的相对受压区高度设为，那么当≤时属大偏心受压破坏形态，当＞时属小偏心受压破坏形态。α1fcα1fcNufy‘Asfy‘As‘α1fcbxexfyAs式中NfyAs图10——混凝土受压区等效矩形应力图形系数；图10e——轴向力作用点至受拉钢筋As合力点之间的距离；e＝ei＋h/2－as，ei＝e0+ea——偏心距增大系数，ei——初始偏心距；ea——附加偏心距，取偏心方向截面尺寸的1/30和20mm中的较大值；x——受压区计算高度。适用条件为：1〕x≤xb；2〕x≥2。式中xb为界限破坏时的受压区计算高度，xb＝h0。α1fα1fcα1fcxσsAsα1fcbxfy‘AxσsAsα1fcbxfy‘As‘eNue‘σsAsα1fcbxfy‘As‘Nue‘e图11那么矩形截面小偏心受压构件正截面的受压承载力计算公式如下：或式中x——受压区混计算高度，当x＞h，在计算时，取x＝h；——钢筋As的应力值，可近似取：，要求满足：；、——e、——分别为轴向力作用点至受拉钢筋As合力点和受压钢筋合力点之间的距离；，另外，为了防止发生“反向破坏〞，?混凝土构造设计标准?规定，对于小偏心受压构件除按以上公式计算外，还应满足以下条件：式中——〔1〕不对称配筋矩形截面偏心受压构件截面设计：类型一：b×h，fc，fy，，l0/h，N，M，求As及。计算ei和初步判别构件的偏心类型当时，先按大偏心受压情况计算；当时，先按小偏心受压情况计算。求As及假设属于大偏心受压情况，那么取代入大偏压基本公式得：假设，那么取，然后按的情况重新计算。假设，那么取。按轴心受压构件公式验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力，即验算：，假设，那么需要对构件重新设计(重新选择截面尺寸或材料强度)。假设属于小偏心受压情况，那么按如下实用方法计算：令，由小偏压基本公式：和联立求解得。假设，那么按大偏心受压情况计算，转至①。假设，那么由小偏压基本公式(2)求得。假设，那么取，，由小偏压基本公式联立求解As和。假设，那么取，，由小偏压基本公式联立求解As和。对于c、d两种情况，均应再复核反向破坏的承载力，即As必须满足下式：最后，As取按c、d计算所得的值与按上式计算所得的值中的较大值。验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力。类型二：b×h，fc，fy，，l0/h，N，M，，求As。初步判别大、小偏压(求)；用大、小偏压基本公式的第二式求算x值；假设，属于大偏压，那么由其基本公式(1)得：假设，取，那么对受压钢筋合力点取矩，得：再按不考虑的情况(即＝0)利用大偏压基本公式计算As值，与按上式求得的As值对比，取其中较小值配筋。假设，属于小偏压，那么由其基本公式(1)得：其中〔〕，且当x≥h时取x＝h计算。复核反向破坏的承载力，As必须满足下式：As取按上两式计算所得的较大值。除此之外，也可加大构件截面尺寸，或按未知的情况来重新计算，使其满足的条件。按轴心受压构件验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力。〔2〕不对称配筋矩形截面偏心受压构件截面复核：类型三：b×h，fc，fy，，l0/h，As，，e0，求Nu。暂取，求出；先按大偏心受压破坏的计算简图对N作用点取矩试求x值，即：求x；假设，属于大偏压，那么由其基本公式(1)得：4〕假设，取，那么对受压钢筋合力点取矩，得：5〕假设，属于小偏压，那么由其基本公式(1)得：其中〔〕且当x≥h时取x＝h计算。验算反向破坏时的承载力：验算垂直于弯矩作用平面的承载力，求得Nu。小偏压的Nu取以上三个Nu中的最小值。6〕重算，假设与暂取的相符，那么Nu即为所求；假设不相符，转到1)中，以新的再次循环。类型四：b×h，fc，fy，，l0/h，As，，N，求Mu。法1：先求出界限破坏状态下的受压承载力设计值Nb，即：假设，属于大偏压，那么由其基本公式联立求解得x，e，再求出e0，那么Mu＝Ne0；假设，属于小偏压，那么由其基本公式联立求解得x，e，再求出e0，那么Mu＝Ne0；验算垂直于弯矩作用平面的承载力。法2：先用大偏压基本公式(1)试求x值，即：假设，属于大偏压，那么由其基本公式(2)求得e，再求出e0，那么Mu＝Ne0；假设，取，那么:再求出e0，那么Mu＝Ne0；假设，属于小偏压，那么由其基本公式联立求解得x，e〔其中，当x≥h时取x＝h计算〕，再求出e0，那么Mu＝Ne0。验算垂直于弯矩作用平面的承载力。对称配筋矩形截面偏心受压构件界限破坏时的轴力，当时，为大偏心受压；当时，为小偏心受压。〔1〕对称配筋矩形截面偏心受压构件截面设计：类型五：b×h，fc，fy＝，l0/h，N，M，求As()。初步判别大、小偏压(求)；用对称配筋的大偏压基本公式(1)试求x值，即；假设，属于大偏压，那么由其基本公式(2)求得：假设，取，那么对受压钢筋合力点取矩，得：假设，属于小偏压，那么采用近似公式法进展简化计算，即：于是求得：验算垂直于弯矩作用方向的承载力。〔2〕对称配筋矩形截面偏心受压构件截面复核：步骤同不对称配筋矩形截面偏心受压构件的截面复核“类型三〞和“类型四〞，但此时取As＝，fy＝。偏心受压构件正截面承载力Nu—Mu的相关曲线是指偏心受压构件正截面的受压承载力设计值Nu与正截面的受弯承载力设计值Mu之间的关系曲线。整个曲线分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两个曲线段，其特点是：1〕Mu＝0时，Nu最大；Nu＝0时，Mu不是最大；界限破坏时，Mu最大。2〕小偏心受压时，Nu随Mu的增大而减小；大偏心受压时，Nu随Mu的增大而增大。3〕对称配筋时，如果截面形状和尺寸一样，混凝土强度等级和钢筋级别也一样，但配筋数量不同，那么在界限破坏时，它们的Nu是一样的〔因为Nu＝〕，因此各条Nu—Mu曲线的界限破坏点在同一水平处。应用Nu—Mu相关曲线，可以对一些特定的截面尺寸、特定的混凝土强度等级和特定的钢筋类别的偏心受压构件，通过计算机预先绘制出一系列图表，设计时可直接查表求得所需的配筋面积，以简化计算，节省大量的计算工作。从理论上分析，双向偏心受压构件的正截面承载力计算公式如下：由于利用上述公式进展双向偏心受压计算的过程非常繁琐，各国标准都采用近似方法来计算。我国?混凝土构造设计标准?对截面具有两个相互垂直的对称轴的双向偏心受压构件的正截面承载力，采用的近似方法是应用弹性阶段应力叠加的方法推导求得。设计时，现拟定构件的截面尺寸和钢筋布置方案，然后按以下公式复核所能承受的轴向承载力设计值Nu：式中Nu0——构件截面轴心受压承载力设计值。此时考虑全部纵筋，但不考虑稳定系数；Nux、Nuy——分别为轴向力作用于x轴、y轴，考虑相应的计算偏心距及偏心距增大系数后，按全部纵筋计算的偏心受压承载力设计值。对承受轴压力和横向力作用的矩形、T形和I形截面偏心受压构件，其斜截面受剪承载力应按以下公式计算：式中——偏心受压构件计算截面的剪跨比；对各类构造的框架柱，取；当框架构造中柱的反弯点在层高范围内时，可取〔Hn为柱的净高〕；当＜1时，取＝1；当＞3时，取＝3；此处，M为计算截面上与剪力设计值V相应的弯矩设计值，Hn为柱净高。对其他偏心受压构件，当承受均布荷载时，取＝1.5；当承受集中荷载时〔包括作用有多种荷载、且集中荷载对支截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力的75％以上的情况〕，取＝a／h0；当＜1.5时，取＝1.5；当＞3时，取＝3；此处。a为集中荷载至支座或节点边缘的距离。N——与剪力设计值V相应的轴向压力设计值；当V＞0.3fcA时，取V＝0.3fcA；A为构件的截面面积。假设符合以下公式的要求时那么可不进展斜截面受剪承载力计算，而仅需根据构造要求配置箍筋。习题6.1按?混凝土构造设计标准?对规定l0＝H＝6m由l0／b＝6000／350＝17.14查表得：＝0.836那么＝953mm2＝0.778％＞＝0.6％〔可以〕截面每一侧的配筋率＝0.389％＞0.2％〔可以〕应选用418mm的纵向受压钢筋，mm26.2先按配有普通纵筋和箍筋柱进展计算取柱截面直径d＝350mm〔1〕求计算稳定系数l0／d＝4000／350＝11.43查表得＝0.931〔2〕求纵筋mm2那么＝3743mm2〔3〕求配筋率＝3.9％，满足：0.6％＜＜5％〔可以〕应选用1022mm的纵筋，＝3801mm2由此可见，按普通箍筋柱进展设计已满足要求。假设按螺旋箍筋柱进展计算〔1〕假定纵筋配筋率＝0.02，那么得＝A＝1924mm2。dcor＝d－25×2＝300mmmm2〔2〕混凝土强度等级＜C50，＝1.0，那么螺旋箍筋的换算截面面积=1588mm2＞0.25＝503mm2，满足构造要求。〔3〕假定螺旋箍筋的直径d＝10mm，那么Ass1＝78.5mm2＝46.58mm取s＝40mm〔4〕根据所配置的螺旋箍筋d＝10mm，s＝40mm，求得间接配筋柱的轴向力设计值Nu如下：mm2＝1998.55kN＞N＝1900kN按轴心受压普通箍筋柱的承载力计算公式得＝1463.72kN1.5×1463.72＝2195.58kN＞1998.55kN，满足要求。6.3mm，ea＝20mm那么ei＝e0＋ea＝220mml0／h＝3500／500＝7＜15，取＝1那么＝1.07＝235mm＞0.3h0＝0.3×455＝136.5mm按大偏心受压情况计算。＝235＋500／2－45＝440mm＝929mm2＞mm2＝665mm2＞mm2受拉钢筋As选用318〔As＝763mm2〕，受压钢筋选用320〔＝941mm2〕验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力：由l0/b＝3500/300＝11.67，查表得：＝0.955＝＝1677.06kN＞N＝800kN验算结果安全。6.4mm，ea＝20mm那么ei＝e0＋ea＝818＋20＝838mm，取＝1l0／h＝7200／600＝12＜15，取＝1那么＝1.07＝897mm＞0.3h0＝0.3×555＝166.5mm按大偏心受压情况计算。＝897＋600／2－45＝1152mm＝225mm2＜mm2因此，取＝mm2，选用412〔＝452mm2〕由得：即mmmm＞x＞＝90mm故＝2515mm2＞mm2选用428钢筋〔As＝2463mm2，相差仅为2.1％〕验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力：由l0/b＝7200/300＝24，查表得：＝0.65＝＝2372.41kN＞N＝550kN验算结果安全。6.5mm，ea＝600／30＝20mm那么ei＝e0＋ea＝26.4＋20＝46.4mml0／h＝6000／600＝10＜15，取＝1那么＝1.54＝1.54×46.4＋600／2－45＝326mm＝600／2－1.54×46.4－45＝184mm＝71mm＜0.3h0＝0.3×555＝166.5mm按小偏心受压情况计算。取＝0.8和mm2那么＝由求得：＝0.848＝＝2×0.8－0.518＝1.0820.518＝＜＜＝1.082故由求得＝155mm2＜故取＝因此，受拉钢筋和受压钢筋均取＝＝480mm2和均选配218钢筋〔＝＝509mm2〕验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力：由l0/b＝6000/400＝15，查表得：＝0.895＝＝3523.64kN＞N＝3170kN验算结果安全。6.6mm，ea＝1000／30＝33mm那么ei＝e0＋ea＝240＋33＝273mml0／h＝6000／1000＝6＜15，取＝1那么＝1.07＝1.07×273＋1000／2－45＝747mm＝292mm＞0.3h0＝0.3×955＝286.5mm先按大偏心受压情况计算x值。那么mm由于mm＜x＝656mm属于小偏心受压情况。按近似公式法计算，＝0.8，求：＝0.643那么＝3848mm2＞mm2受拉钢筋和受压钢筋均选配532钢筋〔＝＝4021mm2〕验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力：由l0/b＝6000/800＝7.5，查表得：＝1.0＝＝12467.34kN＞N＝7500kN验算结果安全。6.7先按大偏心受压计算公式求算x值：＝680mm＞〔＝0.518×555＝287mm〕属于小偏心受压情况。由l0／b＝6000／400＝15查表得＝0.895那么由轴心受压构件承载力计算公式得：＝2600251N＜3100000N说明偏心受压构件在垂直于弯矩平面的承载力是不安全的。可通过加宽截面尺寸、提高混凝土强度等级或加大钢筋截面来解决。此题采用提高混凝土强度等级的方法来解决，取混凝土强度等级为C30。那么＝3508855N＞3100000N满足要求。再重新按大偏心受压计算公式求算x值：＝456mm＞〔＝0.518×555＝287mm〕属于小偏心受压情况。取＝0.8，由小偏心受压计算公式，重求x值：＝0.763x＝0.763h0＝0.76×555＝423mm＜＝(2×0.8－0.518)×555＝601mm＞＝0.518×555＝287mm那么＝384mm由得＝384－600/2＋45＝129mml0／h＝6000／600＝10＜15，得＝1先取＝1，ei＝129mm，那么求值：＝1.17重求ei值，由＝129得：ei＝129／1.17＝110mm，重求值：＝1.20两个值相差不到5％，故可取＝1.17ei＝129／1.17＝110mm，ea＝60／30＝20mm得e0＝ei－ea＝110－20＝90mm该截面在h方向能承受的弯矩设计值kN·m＞M＝85kN·m故该构件截面是安全的。6.8mm，ea＝700／30＝23mm那么ei＝e0＋ea＝483＋23＝506mm＝1.12＞1，取＝1l0／h＝5700／700＝8.14＜15，取＝1那么＝1.06先按宽度为的矩形截面大偏心受压构件计算，求得x值＝149mm＞＝112mm此时中和轴在腹板内，令，代入以下公式重新求算x值得＝273mm＜xb〔＝mm〕应按大偏心受压公式计算钢筋。＝1.06×506＋700／2－45＝841mm那么＝1312mm2＞＝0.002×80×700＝112mm2受拉钢筋和受压钢筋均选配220＋222钢筋〔＝＝1388mm2〕第7章受拉构件的截面承载力思考题当轴心受拉杆件的受拉钢筋强度不同时，其正截面的受拉承载力Nu等于各根钢筋的抗拉强度设计值与其截面面积的乘积之和。偏心受拉构件按纵向拉力N的位置不同，分为大偏心受拉与小偏心受拉两种情况：当纵向拉力N作用在钢筋As合力点及合力点范围以外时，属于大偏心受拉情况；当纵向拉力N作用在As合力点及合力点范围以内时，属于小偏心受拉情况。小偏心受拉构件在临破坏前，一般情况是截面全部裂通，拉力完全由钢筋承担。计算时，可假定构件破坏时钢筋As及的应力都到达屈服强度，根据内外力分别对钢筋As及的合力点取矩的平衡条件，即得到小偏心受拉构件的正截面承载力计算公式，依次公式即可计算出所需的钢筋As及的截面面积。〔有明显屈服点的钢筋〕和〔无明显屈服点的钢筋〕来计算，故大偏心受拉构件的xb取与受弯构件一样。偏心受拉构件的斜截面受剪承载力Vu等于混凝土和箍筋承担的剪力Vcs扣掉轴向拉力的不利作用，而偏心受压构件的斜截面承载力Vu等于混凝土和箍筋承担的剪力Vcs加上轴向压力的有利作用。这是因为轴向拉力的存在有时会使斜裂缝贯穿全截面，导致偏心受拉构件的斜截面受剪承载力比无轴向拉力时要降低一些。而轴向压力的存在那么能推迟垂直裂缝的出现，并使裂缝宽度减小，从而使得偏心受压构件的斜截面受剪承载力比无轴向压力时要高一些，但有一定限度，当轴压比N/fcbh＝0.3～0.5时，再增加轴向压力就将转变为带有斜裂缝的小偏心受压的破坏情况，斜截面受剪承载力到达最大值，因此，在计算偏心受压构件的斜截面受剪承载力时，注意当轴向压力N>0.3fcA时，取N＝0.3fcA，A为构件的截面面积。习题7.1e0＝＝＝900mm因此，此构件为大偏心受拉构件。e＝e0－h/2+as＝900－450/2+45＝720mm先假定x＝xb＝h0＝0.55×405＝223mm来计算值。＝＝＝1400mm2mm2As＝＝＝6589mm2=mm2且Asmm2〔满足〕受压钢筋选用214＋216〔＝1419mm2〕受拉钢筋As选用632＋236〔As＝6862mm2〕第8章受扭构件的扭曲截面承载力思考题8.1〔1〕对hw／b≤6的矩形截面钢筋混凝土纯扭构件，其受扭承载力Tu的计算公式为：〔1〕〔2〕式中——受扭纵筋与箍筋的配筋强度比值，?混凝土构造设计标准?取的限制条件为0.3≤≤1.7，当＞1.7时，按＝1.7计算。2〕对hw／tw≤6的箱形截面钢筋混凝土纯扭构件，其受扭承载力Tu的计算公式为：〔3〕式中——箱形截面壁厚影响系数，＝(0.25tw／bh)，当＞1时，取＝1。3〕对T形和I形截面钢筋混凝土纯扭构件，可将其截面划分为几个矩形截面进展配筋计算，矩形截面划分的原那么是首先满足腹板截面的完整性，然后再划分受压翼缘和受拉翼缘的面积。划分的各矩形截面所承担的扭矩值，按各矩形截面的受扭塑性抵抗矩与截面总的受扭塑性抵抗矩的比值筋分配的原那么确定，并分别按式〔1〕计算受扭钢筋。注意：为了防止发生少筋破坏，受扭构件的配筋应有最小配筋量的要求；为了防止发生超筋破坏，构件的截面尺寸应满足?标准?规定。〔2〕?混凝土构造设计标准?对构件混凝土剪扭构件的扭曲截面承载力计算，类似于纯扭构件的截面承载力计算，亦根据截面形式的不同，采用不同的计算公式，步骤如下：对矩形截面钢筋混凝土剪扭构件a.对一般剪扭构件受剪承载力：〔4〕受扭承载力：〔5〕式中为剪扭构件混凝土受拉承载力降低系数，一般剪扭构件的值按下式计算：＝〔6〕b.对集中荷载作用下独立的钢筋混凝土剪扭构件(包括作用有多种荷载，且其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75％以上的情况)受剪承载力：〔7〕受扭承载力：同式〔5〕。式中应改为按下式计算：＝〔8〕按式〔6〕及式〔8〕计算得出的值，假设小于0.5，取＝0.5；假设大于1.0，取＝1.0。对箱形截面钢筋混凝土剪扭构件a．对一般剪扭构件受剪承载力：受拉承载力：〔9〕式中近似按式〔6〕计算。b．对集中荷载作用下独立的钢筋混凝土剪扭构件(包括作用有多种荷载，且其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75％以上的情况)受剪承载力：受拉承载力：同式〔9〕。式中近似按式〔8〕计算。对T形和I形截面钢筋混凝土剪扭构件a.b.受扭承载力，可按纯扭构件的计算方法，将截面划分为几个矩形截面分别进展计算；腹板可按式〔5〕及式〔6〕或式〔8〕进展计算；受压翼缘及受拉翼缘可安矩形截面纯扭构件的规定进展计算。纵向钢筋与箍筋的配筋强度比表示受扭构件中所配置的受扭纵筋沿截面核心周长单位长度上的拉力与受扭箍筋沿构件纵向单位长度上的拉力的比值，其表达式为：控制好的值就可以使受扭构件中的纵筋和箍筋在构件破坏时均能到达屈服强度，从而防止发生局部超筋破坏。我国?混凝土构造设计标准?取的限制条件为：0.6≤≤1.7，且当＞1.7时，按＝1.7进展计算。钢筋混凝土纯扭构件的适筋破坏是在扭矩的作用下，纵筋和箍筋先到达屈服强度，然后混凝土被压碎而破坏，属于延性破坏类型；局部超筋破坏主要发生在纵筋与箍筋不匹配，两者配筋率相差较大时，当纵筋配筋率比箍筋配筋率小得多时，那么破坏时仅纵筋屈服，而箍筋不屈服；反之，那么箍筋屈服，纵筋不屈服，这种破坏亦具有一定是延性，但较适筋受扭构件破坏时的截面延性小；超筋破坏主要发生在纵筋和箍筋的配筋率都过高时，破坏时纵筋和箍筋都没有到达屈服强度而混凝土先行压坏，属于脆性破坏类型；少筋破坏主要发生在纵筋和箍筋。在受扭计算中，为了防止少筋破坏，受扭构件的配筋应