鋼筋溷凝土構(gòu)件估算.ppt

第四章 鋼筋混凝土構(gòu)件估算,4.1、鋼筋混凝土構(gòu)件的特點 4.2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料性能及粘結(jié)力概念 4.3、鋼筋砼受彎構(gòu)件設計估算 4.4、鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的設計估算 4.5、鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫的概念 4.6、鋼筋混凝土構(gòu)件截面抗彎剛度及撓度計算的概念 4.7、預應力混凝土,4.1、鋼筋混凝土構(gòu)件的特點,1、鋼筋與混凝土共同工作： 具有粘結(jié)力； 變形協(xié)調(diào)； 混凝土包裹鋼筋具有耐久性； 2、可以推廣使用的特點 可按受力需要配筋； 構(gòu)件形狀可控； 鋼筋混凝土耐久性、耐火性、耐磨性好； 混凝土的材料可就地取材，經(jīng)濟性好,鋼筋混凝土設計中的問題,1、鋼筋與混凝土必須有良好的連接； 2、縱向鋼筋的配置必須適量，避免出現(xiàn)少筋梁（配筋率0.15%）和超筋梁（配筋率2.0%或3%，視鋼筋和混凝土強度而異） 3、需配置足夠的橫向鋼筋箍筋，以提高抗剪能力； 4、必須防止任何形式的突然破壞少筋（無筋）、超筋、剪切的破壞。,4.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料性能及粘結(jié)力概念,1、鋼筋： 1）、縱向受力普通鋼筋宜采用、 HRB400 、 HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋,也可采用HPB300 、HRB335、 HRBF335、RRB400： 2）、梁、柱縱向受力普通鋼筋應采用HRB400、 HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋： 3）、箍筋宜采用HRB400、 HRBF400、 HPB300 、 HRB500、 HRBF500鋼筋，也可以采用HRB335、HRBF335鋼筋； 4）、預應力筋宜采用預應力鋼絲、鋼絞線和預應力螺紋鋼筋。 鋼筋強度標準值fyk保證率95%，鋼筋強度設計值fy=fyk/R; 、級鋼筋的材料分項系數(shù)為R=1.15. R=1.0. 2、混凝土： 素混凝土結(jié)構(gòu)的強度不低于C15 鋼筋混凝土構(gòu)件的強度不低于C20 采用強度等級400MPa及以上的鋼筋時，混凝土的強度不低于C25；預應力混凝土構(gòu)結(jié)構(gòu)的強度不宜低于C40，且不應低于C30，承受重復荷載的混凝土構(gòu)件的強度不低于C30 ， 高標號混凝土強度高，價高，延性差。,3、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié),光面鋼筋與混凝土粘結(jié)由三部分組成： 1）、混凝土中水泥與鋼筋表面的膠著力； 2）、混凝土與鋼筋接觸面上的摩擦力； 3）、鋼筋表面不平而產(chǎn)生的機械咬合力 變形鋼筋由于鋼筋表面與混凝土的咬合作用強，粘結(jié)力提高，錨固長度可減小。 設計中應注意的問題： 1）鋼筋的錨固長度是保證鋼筋充分發(fā)揮強度作用的條件； 2）光面鋼筋的粘結(jié)性能差，在末端需設彎鉤； 3 ）對受拉鋼筋，錨固長度近似估計時可取35d； 4）對受拉鋼筋，綁扎搭接長度約為錨固長度的1.2倍，近似估算可取45d。,鋼筋的錨固長度和搭接長度,混凝土保護層厚度,為保證粘結(jié)、錨固和耐久性，鋼筋四周需有足夠的保護層厚度，保護層厚度與使用環(huán)境、使用年限有關(guān)。 鋼筋的保護層厚度不應小于鋼筋的公稱直徑d； 當使用年限為50年，按下表采用；當使用年限為100年，按下表的1.4倍采用。,4.3 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件（梁、板）的設計估算,一、截面尺寸估算 受彎構(gòu)件（梁、板）截面的截面尺寸（或高跨比）決定于材料的性質(zhì)、荷載大小、截面形狀、支承條件及實際跨度，對荷載較大或有震動的情況應加大。 1、現(xiàn)澆板的厚度：各類現(xiàn)澆板的厚度取值必須滿足強度和剛度的要求。 板厚與跨度之比h/l（為板短向計算跨度）,2、梁的截面尺寸：梁的截面尺寸主要根據(jù)梁跨度及荷載大小及性質(zhì)決定。,通常梁的高跨比h/l?。?框架梁及主梁：1/101/18 次梁：1/151/20 懸臂梁：1/61/8 井字梁：1/201/25 梁寬b：b=h(1/1.51/3) 梁的高度應為50mm的倍數(shù)，在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中，框架梁與主梁、主梁與次梁的高差至少取50mm，如支承梁底部配置兩排鋼筋，則高差應取100mm，,二、受彎構(gòu)件的配筋設計,可按下列步驟計算： 1、由M、b、h0、fcm算A0，A0=M/fcmbh02； 2、由A0查表得到相應的0； 3、由M、b、h0、fy算As，As=M/ fy0 h0； 4、查表選取應配置的鋼筋，所選鋼筋截面積之和必須 As； 5、檢驗限制條件： 防止出現(xiàn)超筋情況-要求A0A0max 防止出現(xiàn)少筋情況-要求計算得到的配筋率（=As/bh）不得小于min; 6、檢驗配筋排數(shù)是否與預定的h0一致，如不一致，要重定h0，重新計算。,矩形截面梁的抗彎縱向受拉鋼筋還可采用下列步驟近似估算：,1、由M、h0、fy直接估算As As=M/fy(7/8)h 此處采用07/8，因為0大體在0.8-0.95之間變化，取0=7/8=0.875雖有一定誤差，但誤差在10%以內(nèi)，可以使計算大大簡化； 2、由As計算配筋率（=As/bh），要求： minmax 3、檢驗鋼筋排數(shù)。,矩形雙筋截面梁設計估算,雙筋截面配筋估算步驟（對于II級鋼筋）： 1、取界限混凝土受壓區(qū)高度，得： 2、承擔余下彎矩 部分所需鋼筋面積： 3、總受拉鋼筋面積 ，總受壓鋼筋面積,T形截面梁縱向受拉鋼筋估算,1、T形截面受彎時截面分兩種受力形式： I類截面：xhf 按矩形截面 II類截面：x hf 按T形截面 2、實際估算中，按翼緣寬度分為窄翼緣和寬翼緣兩種截面，窄翼緣截面取實際翼緣寬度bf；寬翼緣截面翼緣寬度取bf=b+12hf。 3、配筋估算 對I類截面(hf0.2h0)： As=M/fy(h0-0.5hf ) 對II類截面：As=M/fy(7/8) h0,三、鋼筋混凝土梁箍筋估算,1、箍筋在梁中的作用： 1）、箍筋和斜裂縫間混凝土塊一起共同抵抗由荷載產(chǎn)生的剪力； 2）、箍筋可以限制裂縫的發(fā)展，使裂縫上端有較多的剩余混凝土截面，來抵抗由荷載產(chǎn)生的在該截面上的壓力和剪力； 3）、箍筋兜住縱向受拉鋼筋，使縱向受拉鋼筋在一定程度上參與抵抗由荷載產(chǎn)生的剪力； 4）、箍筋能固定縱向受拉鋼筋和上邊緣架力鋼筋的位置，構(gòu)成鋼筋骨架； 5）、箍筋可以防止縱向受壓鋼筋的側(cè)向壓屈。,箍筋估算時要注意以下三點：,1）、為防止出現(xiàn)超筋情況，要求： 當hw/b4時，V0.25fcbh； 當hw/b6時，V0.20fcbh； 當4hw/b6時，按直線內(nèi)插法取用；（式中hw為截面腹板高度：矩形截面取h0，T形截面取(h0hf ) ，工形截面取腹板凈高。） 2）、為了防止出現(xiàn)少筋情況，要求配箍率： svnASV1/bssvmin0.02fc/fy,3）、為了控制斜裂縫寬度并保證有必要數(shù)量箍筋穿越斜裂縫，要求箍筋最大間距和最小直徑要符合下表：,鋼筋混凝土梁箍筋估算步驟：,1）梁的截面尺寸已由正截面抗彎承載力計算初步確定； 2）按當hw/b4時，V0.25fcbh；當hw/b6時，V0.20fcbh式檢驗，如不滿足要求，應加大截面尺寸或提高混凝土強度等級； 3）當v0.1fcbh0時，按表的構(gòu)造要求配箍，否則需計算配箍量； 4）計算下列截面的剪力設計值：支座邊緣處；截面變化處； 5）按下式估算所需箍筋：,鋼筋混凝土梁抗扭能力估算,梁受扭可以用縱筋、箍筋和斜裂縫間混凝土組成的空間桁架模擬： 為防止混凝土受壓腹桿被壓壞，截面尺寸應滿足： 縱筋面積由抗彎計算得到，箍筋面積由抗剪計算配箍筋加上抗扭箍筋獲得，其中抗扭箍筋按下式計算：,受彎、剪、扭作用的鋼筋混凝土梁抗扭承載力估算步驟,1、檢驗截面尺寸：不滿足需加大截面尺寸； 2、判斷是否按構(gòu)造配筋：不滿足需按計算配箍筋； 3、計算按剪力需要配置的箍筋： 再用式 計算扭矩需要的箍筋， 并檢驗配箍率：,矩形截面梁抗彎縱向受拉鋼筋估算,鋼筋混凝土梁抗剪能力估算,截面尺寸由剪壓比控制，要求： 估算時，可以近似由截面平均剪應力小于4Mpa確定。 箍筋配筋應由鋼筋混凝土教材中公式確定。,4.4、混凝土受壓構(gòu)件承載能力近似估算,一、軸心受壓柱承載能力： 利用上式估算承載能力時： 1、矩形截面長細比應大于4，避免設計短柱；長細比也宜小于30，以免使承載能力下降太多； 2、對于矩形截面，穩(wěn)定系數(shù)可近似按l0/b=10時取1、 l0/b=30時取0.5估算，中間按插值計算； 3、受壓鋼筋面積按常用配筋率近似估計。,二、單向偏心受壓構(gòu)件截面承載能力估算,1、由于偏壓構(gòu)件有大小偏心構(gòu)件之分，對于確定配筋截面極限承載能力是由NM相關(guān)曲線確定的，近似確定了相關(guān)曲線也就可以確定極限承載力。 2、NM相關(guān)曲線估算由圖中a、c、d控制點之間直線近似表示，大小偏心界限點c可以由： 近似確定，a點由軸心受壓確定，d點由受彎確定；,在圖b中，當已知fy、fcm的各對稱配筋截面的偏心受壓構(gòu)件，若截面一側(cè)配筋率為1, 1上的D1D2,，代表截面承載力所能承受內(nèi)力的一種組合，D3在曲線內(nèi)側(cè)，內(nèi)力未達到承載力的極限，而D4在曲線外側(cè)，這組內(nèi)力下承載力不足。 在大偏心受壓情況下，截面所承受的彎矩不變，則軸力越小需縱筋越多；相反在小偏心受壓情況，截面所承受的彎矩不變，則軸力越大，需要的縱筋越多。 思考題： 1、若截面所承受的軸力不變，彎矩越大，在大偏心及小偏心受壓情況所需要的縱筋越多還是越少？ 2、螺紋鋼表面摩擦力比光面鋼筋大，為什么其錨固長度和搭接長度更長？,4.5、鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫的概念,圖 裂縫的形成和開展機理,鋼筋混凝土構(gòu)件最大裂縫寬度估算,規(guī)范中，鋼筋混凝土構(gòu)件最大裂縫寬度wmax按下式計算： 按上式估算構(gòu)件最大裂縫寬度時： 1、裂縫間受拉鋼筋應力不均勻系數(shù)取0.80.9; 2、系數(shù)cr對軸心受拉及受彎構(gòu)件分別取2.7和2.1; 3、sk，,減小裂縫寬度的措施,改用較小直徑的鋼筋。鋼筋愈細，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用越明顯，lcr減小，wmax也隨之減小。 宜采用變形鋼筋。 適當增加鋼筋用量或增加構(gòu)件截面使鋼筋應力sk減小。 解決裂縫問題的最根本的方法是采用預應力混凝土結(jié)構(gòu)。,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件不需作裂縫寬度驗算的最大鋼筋直徑圖,為了簡化裂縫寬度計算，可根據(jù)受彎構(gòu)件最大裂縫寬度小于或等于允許裂縫寬度的條件，即： 求出不需作裂縫寬度驗算的最大鋼筋直徑dmax，見右圖； 注意：右圖是在混凝土保護層c25mm，配有變形鋼筋的受彎構(gòu)件的情形下作出的。 當構(gòu)件的實際情況與制dmax圖的條件不同時，應對sk進行調(diào)整。,4.6、鋼筋混凝土構(gòu)件撓度計算概念,規(guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的撓度，可根據(jù)構(gòu)件的剛度用結(jié)構(gòu)力學的方法計算。例如承受均布荷載qk的鋼筋混凝土簡支梁，其跨中撓度為（B為構(gòu)件的抗彎剛度）： 通常用Bs表示鋼筋混凝土梁在荷載效應的標準組合作用下的截面抗彎剛度，簡稱短期剛度；而用B表示在荷載效應標準組合并考慮荷載長期作用影響的截面抗彎剛度，可簡稱為長期剛度。,鋼筋混凝土構(gòu)件截面抗彎剛度及撓度估算,而鋼筋混凝土構(gòu)件實際彎矩與撓度關(guān)系如右圖所示，即進入彈塑性階段后，抗彎剛度EI減小。在初步設計時，抗彎剛度可以按下面方法近似估算： 1、未開裂構(gòu)件： 2、正常使用荷載下： 3、長期荷載效應下：,按結(jié)構(gòu)力學，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大撓度計算式為：,撓度按最小剛度原理估算！,最小剛度原理,圖示： 剛度原理,(a) 簡支梁最小剛度；(b) 伸臂梁最小剛度,最小截面高度或最大跨高比,右圖中的構(gòu)件配置的鋼筋為級鋼筋，混凝土強度等級為C15C30，允許撓度值為l0/200，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0=1，活荷載的準永久值系數(shù)q=0.4，且承受均布荷載的等截面簡支受彎構(gòu)件。,圖 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件不需作撓度驗算的最大跨高比,4.7、預應力混凝土,在鋼筋混凝土受拉部位預加壓力，使構(gòu)件在荷載作用時原受拉應力為零或很小，同時減少裂縫。 一、施加預應力的方法 1、先張法：,2、后張法：,二、預應力混凝土的幾個概念,1、建立預應力的同時發(fā)生預應力損失： 通過張拉鋼筋建立的預應力并不完全有效，部分預應 力損失， 影響因素有： 1）由錨具變形引起的損失，約占總損失的5%10%； 2) 由預應力筋與預留空壁摩擦引起的損失，約占總損失的 3）由蒸汽養(yǎng)護產(chǎn)生溫差引起的損失，約占總損失的20%； 4）由混凝土徐變引起的損失，約占總損失的50%60%； 5）由鋼筋受拉后產(chǎn)生應力松弛引起的損失，約占總損失的15%；,二、預應力混凝土的幾個概念,2、預應力混凝土轉(zhuǎn)變成彈性材料： 預壓應力阻止或推遲了混凝土的開裂，只要混凝土不開裂，它的受力特性就類似于彈性材料。 3、預應力使高強鋼筋直接有效地與混凝土結(jié)合： 預應力混凝土梁的內(nèi)力抵抗矩是主動的，內(nèi)力抵抗矩的力臂是隨外荷載的大小而變化的。 4、用預應力平衡外荷載： 以預應力混凝土梁為例，當采用曲線預應力筋時，在梁內(nèi)引起反拱即反向荷載，可以用來平衡梁上的部分荷載。 5、預應力能使構(gòu)件提高抗裂性，減少變形，但不能提高構(gòu)件的強度。,三、預應力混凝土的材料和配筋形式,預應力筋有碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線和冷拉級、冷拔低碳鋼絲。 混凝土方面應采用高標號混凝土，同時構(gòu)