钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算.ppt
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1、第三章 受弯构件正截面承载力计算Flexural Strength of RC Beams,Questions1 Why are there different types of RC members?2 What are the functions of reinforcement detailing?3 How to simplify the calculation of flexural strength?4 How to determine the maximum and minimum reinforcement ratio for RC beams?5 How to design
2、RC beam when the maximum or minimum reinforcement ratio are not satisfied?6 How to design T-section RC beam?,受弯构件(bending member)是指截面上通常有弯矩和剪力共同作用而轴力可以忽略不计的构件。,钢筋混凝土受弯构件的主要形式是板(slab)和梁(beam),它们是组成工程结构的基本构件,结构中常用的梁、板是典型的受弯构件 梁的截面形式常见的有矩形、T形、工形、箱形、形、形 现浇单向板为矩形截面,高度h取板厚,宽度b取单位宽度(b=1000mm)预制板常见的有空心板、槽型板
3、等 考虑到施工方便和结构整体性要求,工程中也有采用预制和现浇结合的方法,形成叠合梁和叠合板,(1)由于弯矩 M的作用,构件可能沿弯矩最大的截面发生破坏,当受弯构件沿弯矩最大的截面发生破坏时,破坏截面与构件轴线垂直,称为正截面破坏。故需进行正截面承载力计算。,(2)由于弯矩 M和剪力V的共同作用,构件可能沿剪力最大或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,称为沿斜截面破坏,故需进行斜截面承载力计算。,受弯构件的截面将承受弯矩,一般应满足下列两方面的要求:,在梁的受拉区配置足够数量的纵向钢筋,以承受因弯矩作用而产生的拉力,为了防止梁的斜截面破坏,必须在梁中设置一定数量的箍筋和弯起钢筋
4、,以承受由于剪力作用而产生的拉力。,第一节 受弯构件的截面形式与构造,钢筋混凝土板的构造,板是在两个方向上(长、宽)尺度很大,而在另一方向上(厚度)尺寸相对较小的构件。,钢筋混凝土板可分为整体现浇板和预制板。,预制板是在预制厂和工地现场预先制好的板,板宽度一般控制在1m左右,板的厚度h由截面上的最大弯矩和板的刚度要求决定,公路桥规规定了各种板的最小厚度;行车道板厚度不小于100mm,人行道板厚度,就地浇注的混凝土板不宜小于80mm,预制不宜小于60mm。空心板桥的顶板和底板厚度,均不宜小于80mm。,板的构造要求:混凝土保护层厚度一般不小于15mm和钢筋直径d;行车道板内的主钢筋直径一般不小于
5、10mm,级钢筋;人行道板内的主钢筋不小于8mm;受力钢筋间距一般在70200mm之间;垂直于受力钢筋的方向应布置分布钢筋,以便将荷载均匀地传递给受力钢筋,并便于在施工中固定受力钢筋的位置,同时也可抵抗温度和收缩等产生的应力。,单向板,板的长边与短变的比值2。,板中钢筋由主钢筋(受力钢筋)和分布钢筋组成。主钢筋布置在板的受拉区,各主钢筋间横向净距和层与层之间的竖向净距,当钢筋为3层及以下时,不应小于30mm,并不小于钢筋直径。3层以上时,不应小于40mm,并不小于1.25d。,其直径不应小于8mm,间距不应大于200mm,截面面积不小于板面积的0.1,人行道板分布钢筋直径不应小于6mm,间距不
6、应大于200mm。,双向板,板的长边与短变的比值2。,双向板内主钢筋的分布,可在纵向和横向各划成3个板带。,两个边带的宽度均为短边宽度的0.25,中间带的钢筋应按计算数量设置,在边带设置中间带所需钢筋的一半,钢筋间距不应大于250mm,且不应大于板厚的两倍。,斜板,斜板的钢筋可按下列规定布置,,1、当整体式斜板的斜交角(板的支座轴线的垂直线和桥纵轴线的夹角)不大于150时;,主钢筋可平行于桥轴线布置,在板的自由边上下应设一条不少于3根主钢筋的平行自由边的钢筋带。,在钝角部位靠近板顶的上层,应布置垂直于钝角平分线的加强钢筋。,在钝角部位靠近板底的下层,应布置平行于钝角平分线的加强钢筋,加强钢筋直
7、径不小于12mm,间距100150mm,布置于以钝角两侧1.0m至1.5m位边长的扇形面积内。,2、斜板的分布钢筋宜垂直于主钢筋方向设置。支座附近宜增设平行于支座轴线的分布钢筋,或将分布钢筋向支座方向呈扇形分布,过渡到平行于支撑轴线。3、预制斜板的主钢筋可与桥轴线平行,其钝角部位加强钢筋及分布钢筋与整体式斜板桥相同。,桥梁宽度较大时,纵向钢筋板中央垂直于支承边布置,边缘平行于自由边布置;横向钢筋平行于支承边布置。,窄斜板桥。纵向钢筋平行于自由边布置;横向钢筋,跨中垂直于自由边布置,两端平行于支承边布置,局部加强钢筋在距自由边一倍板厚的范围内设置加强箍筋,抵抗板边扭矩为承担很大的支反力,应在钝角
8、底面平行于角平分线方向上设置附加钢筋,钝角部位的加强钢筋,钢筋混凝土梁的构造,长度与高度之比()大于或等于5的受弯构件,称为梁,截面形式及尺寸,简支 梁(simply supported beam),标准跨径不宜大于20m,梁高与跨径之比为,预制 梁翼缘悬臂端的厚度不应小于100mm,采用横向整体现浇连接或箱梁设有桥面横向预应力钢筋时,悬臂端厚度不应小于140mm。,梁悬臂根部翼缘厚度不应小于梁高的 设有承托时,翼缘厚度可计入承托加厚部分,厚度,梁横向刚性连接时,横隔梁间距不应大于10m;当绞接时,其间距不应大于5m。,箱形截面,连续梁标准跨径不宜大于30m,内半径小于240m的弯箱梁应设跨间
9、横隔板,间距对于钢筋混凝土梁不应大于10m;,悬臂跨径50m及以上的箱形悬臂梁桥在悬臂中部应设跨间横隔板。,梁顶、底板的中部厚度,不应小于其净跨径的 且不小于140mm;,其上下承托腹板高度,当腹板设有竖向预应力筋时,不应大于;无竖向预应力筋,不应大于腹板宽度的15倍。,梁的构造要求:梁内纵向受力筋也可 成束布置,组成束的单根钢筋直径不应大于28mm,等代直径大于36mm,受拉区应设表层带肋钢筋网,在顺束方向,钢筋直径8mm,在垂直束方向,钢筋直径6mm,间距均不大于100mm 梁底部纵向受力钢筋一般不少于2根,直径常用1432mm。钢筋数量较多时,可多排配置,也可以采用并筋配置方式;,梁的构
10、造要求:为保证RC结构的耐久性、防火性以及钢筋与混凝土的粘结性能,钢筋的混凝土保护层(cover)厚度一般不小于 25mm;为保证混凝土浇注的密实性(consolidation),在绑扎钢筋骨架中,各主钢筋的净距(clear spacing)(层与层之间的净距):当钢筋为三层或三层以下时,应不小于30mm,并不小于主钢筋直径d,当为三层以上,不小于40mm,并不小于主钢筋直径d的1.25倍。,第四章 受弯构件,4.1 概述,梁上部无受压钢筋时,需配置2根架立筋(hanger bars),以便与箍筋和梁底部纵筋形成钢筋骨架,直径一般不小于10mm;梁高度h500mm时,要求在梁两侧沿高度每隔25
11、0设置一根纵向构造钢筋(skin reinforcement),以减小梁腹部的裂缝宽度,直径10mm;,矩形截面梁高宽比h/b=2.03.5 T形截面梁高宽比h/b=2.54.0。To ensure lateral stability,第四章 受弯构件,4.1 概述,为统一模板尺寸、便于施工,通常采用:梁宽度b=120、150、180、200、220、250、300、350、(mm)梁高度h=250、300、750、800、900、(mm)。,第二节 受弯构件的受力分析,受弯构件正截面的工作阶段,应变片:Strain gauge,a,As,f,平截面假定Linear strain distri
12、bution assumption,h0:有效截面高度Effective depth,4.2 梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),a,As,f,4.2 梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),4.2 梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),4.2 梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),梁的受弯性能(Flexu
13、ral Behavior of RC Beam),梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam),对于配筋合适的RC梁,破坏阶段(III)承载力基本保持不变,变形可以持续很长,表明在完全破坏以前具有很好的变形能力,有明显的预兆,这种破坏称为“延性破坏”,a状态:计算Mcr的依据,a状态:计算Mcr的依据,阶段:计算裂缝、刚度的依据,a状态:计算Mcr
14、的依据(gist),阶段:计算裂缝、刚度的依据,a状态:计算My的依据,a状态:计算Mu的依据,a状态:计算Mcr的依据,阶段:计算裂缝、刚度的依据,a状态:计算My的依据,ecu=0.003 0.005,超过该应变值,压区混凝土即开始压坏,梁达到极限承载力。该应变值的计算极限弯矩Mu的标志。,受力特点:,配筋率的影响,钢筋混凝土构件是由钢筋和混凝土两种材料,随着它们的配比变化,将对其受力性能和破坏形态有很大影响。,配筋率,Reinforcement Ratio,配筋率r 增大屈服弯矩My增大屈服时,C增大,xn增加ec也相应增大,MyMu,ececu的过程缩短第阶段的变形能力减小,当r=rb
15、时,My=Mu,“a状态”与“a状态”重合钢筋屈服与压区混凝土的压坏同时达到(Balance),无第阶段,梁在My后基本没有变形能力。,界限破坏 Balanced Failure界限弯矩Mb Balanced moment界限配筋率rb Balanced Reinforcement Ratio,如果r r b,则在钢筋没有达到屈服前,压区混凝土就会压坏,表现为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。这种梁称为“超筋梁(Over reinforced)”。,界限破坏 Balanced Failure界限弯矩Mb Balanced moment界限配筋率rb Balanced Reinforcem
16、ent Ratio,如果r r b,则在钢筋没有达到屈服前,压区混凝土就会压坏,表现为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。这种梁称为“超筋梁over reinforced”。,超筋梁的承载力Mu取决于混凝土的压坏,与钢筋强度无关,比界限弯矩Mb仅有很少提高,且钢筋受拉强度未得到充分发挥,破坏又没有明显的预兆。因此,在工程中应避免采用。,另一方面,由于梁在开裂时受拉区混凝土的拉力释放,使钢筋应力有一突然增量Dss。与轴心受拉构件类似,Dss 随配筋率的减小而增大。当配筋率小于一定值时,钢筋就会在梁开裂瞬间达到屈服强度,即“a状态”与“a状态”重合,无第阶段受力过程。此时的配筋率称为最小配筋率
17、rmin Minimum reinforcement ratio 这种破坏取决于混凝土的抗拉强度,混凝土的受压强度未得到充分发挥,极限弯矩很小。当r rmin,钢筋有可能在梁一开裂时就进入强化,甚至拉断,梁的破坏与素混凝土梁类似,属于受拉脆性破坏特征。,少筋梁的这种受拉脆性破坏比超筋梁受压脆性破坏更为突然,很不安全,而且也很不经济,因此在建筑结构中不容许采用。,截面应力分析,材料力学中线弹性梁截面应力分析的基本思路,几何关系:,物理关系:,平衡条件:,截面上的应变与距形心的距离成正比,应力-应变关系为线弹性,钢筋混凝土截面受弯分析,几何关系:,plane section before bend
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