8章 鋼筋砼受彎構(gòu)件

1、第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,8.1 受彎構(gòu)件的基本概念及構(gòu)造要求, 結(jié)構(gòu)中常用的梁、板是典型的受彎構(gòu)件 梁的截面形式常見(jiàn)的有矩形、T形、工形、箱形、形、形 現(xiàn)澆單向板為矩形截面，高度h取板厚，寬度b取單位寬度（b=1000mm） 預(yù)制板常見(jiàn)的有空心板、槽型板等 考慮到施工方便和結(jié)構(gòu)整體性要求，工程中也有采用預(yù)制和現(xiàn)澆結(jié)合的方法，形成疊合梁和疊合板,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,梁的構(gòu)造要求： 為保證耐久性、防火性以及鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能，鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度一般不小于25mm； 為保證混凝土澆注的密實(shí)性，梁底部鋼筋的凈距不小于25mm及鋼筋直徑d，梁上

2、部鋼筋的凈距不小于30mm及1.5 d； 梁底部縱向受力鋼筋一般不少于2根，直徑常用1032。鋼筋數(shù)量較多時(shí)，可多排配置，也可以采用并筋配置方式；,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,梁上部無(wú)受壓鋼筋時(shí)，需配置2根架立筋，以便與箍筋和梁底部縱筋形成鋼筋骨架，直徑一般不小于10mm； 梁高度h700mm時(shí)，要求在梁兩側(cè)沿高度每隔300400設(shè)置一根縱向構(gòu)造鋼筋，以減小梁腹部的裂縫寬度，直徑10mm；,矩形截面梁高寬比h/b=2.03.5 T形截面梁高寬比h/b=2.54.0。 為統(tǒng)一模板尺寸、便于施工，通常采用梁寬度b=120、150、180、200、220、250、300、350、(mm)，梁高度h=25

3、0、300、750、800、900、(mm)。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,板的構(gòu)造要求： 混凝土保護(hù)層厚度一般不小于15mm和鋼筋直徑d； 鋼筋直徑通常為612mm，級(jí)鋼筋； 板厚度較大時(shí)，鋼筋直徑可用1418mm，級(jí)鋼筋； 受力鋼筋間距一般在70200mm之間； 垂直于受力鋼筋的方向應(yīng)布置分布鋼筋，以便將荷載均勻地傳遞給受力鋼筋，并便于在施工中固定受力鋼筋的位置，同時(shí)也可抵抗溫度和收縮等產(chǎn)生的應(yīng)力。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容： (1) 正截面受彎承載力計(jì)算按已知截面彎矩設(shè)計(jì)值M，計(jì)算確定截面尺寸和縱向受力鋼筋； (2) 斜截面受剪承載力計(jì)算按

4、受剪計(jì)算截面的剪力設(shè)計(jì)值V，計(jì)算確定箍筋和彎起鋼筋的數(shù)量； (3) 鋼筋布置為保證鋼筋與混凝土的粘結(jié)，并使鋼筋充分發(fā)揮作用，根據(jù)荷載產(chǎn)生的彎矩圖和剪力圖確定鋼筋的布置； (4) 正常使用階段的裂縫寬度和撓度變形驗(yàn)算； (5) 繪制施工圖。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,a,As,f,8.2 鋼筋砼受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計(jì)算,8.2.1 梁的受彎性能,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,未裂階段第階段,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,未裂階段第階段末a（砼即將開(kāi)裂）,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,裂縫階段第階段,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,裂縫階段第階段末a(鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度),第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,破壞階段第階段,第八章 鋼

5、筋砼受彎構(gòu)件,破壞階段第階段末a(極限狀態(tài)),第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,配筋率的影響,鋼筋混凝土構(gòu)件是由鋼筋和混凝土兩種材料，隨著它們的配比變化，將對(duì)其受力性能和破壞形態(tài)有很大影響。,配筋率,三種破壞形態(tài),適筋破壞：當(dāng)min max時(shí)，受拉鋼筋先屈服，直到受壓區(qū)砼被壓碎。適筋梁具有一定的承載力，同時(shí)破壞時(shí)變形較大，即具有一定的延性，為延性破壞；（鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度都得到發(fā)揮） 少筋破壞：當(dāng) min時(shí)，一旦砼開(kāi)裂，受拉鋼筋便很快屈服，使構(gòu)件折斷，即一裂即壞。少筋梁承載力很小，取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度，破壞前沒(méi)有明顯的預(yù)兆，為脆性破壞；（混凝土的抗壓強(qiáng)度未得到發(fā)揮

6、） 超筋破壞：當(dāng) max時(shí)，受拉鋼筋還沒(méi)有屈服，受壓區(qū)砼就被壓碎。超筋梁具有較大的承載力，取決于混凝土受壓強(qiáng)度，但破壞前沒(méi)有明顯的預(yù)兆，為脆性破壞。（鋼筋的受拉強(qiáng)度沒(méi)有發(fā)揮）。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,超筋破壞、適筋破壞、少筋破壞,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,8.2.2 單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算,一、基本假定,(1) 截面應(yīng)變保持平面； (2) 不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度； (3) 混凝土的受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系； (4) 鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，受拉鋼筋的極限拉應(yīng)變?nèi)?.01。,根據(jù)以上四個(gè)基本假定，從理論上來(lái)說(shuō)鋼筋混凝土構(gòu)件的正截面承載力（單向和雙向受彎、受壓彎、受拉彎）的計(jì)算已不存在問(wèn)題

7、但由于混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的復(fù)雜性，在實(shí)用上還很不方便。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,可取等效矩形應(yīng)力圖形來(lái)代換受壓區(qū)混凝土應(yīng)力圖,等效矩形應(yīng)力圖的合力大小等于C，形心位置與yc一致,在極限彎矩的計(jì)算中，僅需知道 C 的大小和作用位置yc就足夠了。,二、等效矩形應(yīng)力圖,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,三、基本公式, 相對(duì)受壓區(qū)高度, 截面抵抗矩系數(shù),第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,四、適用條件,防止超筋破壞,防止少筋破壞,這幾個(gè)條件是等價(jià)的,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件, 同時(shí)不應(yīng)小于0.2% 對(duì)于現(xiàn)澆板和基礎(chǔ)底板沿每個(gè)方向受拉鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于0.15%。,最小配筋率,第八章 鋼筋砼受彎

8、構(gòu)件,五、截面設(shè)計(jì),已知：彎矩設(shè)計(jì)值M 求：截面尺寸b，h(h0)、截面配筋A(yù)s，以及材料強(qiáng)度f(wàn)y、fc 未知數(shù)：受壓區(qū)高度x、 b，h(h0)、As、fy、fc 基本公式：兩個(gè),沒(méi)有唯一解 設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)受力性能、材料供應(yīng)、施工條件、使用要求等因素綜合分析，確定較為經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,六、截面復(fù)核,已知：截面尺寸b，h(h0)、截面配筋A(yù)s，以及材料強(qiáng)度f(wàn)y、fc 求：截面的受彎承載力 MuM 未知數(shù)：受壓區(qū)高度x和受彎承載力Mu 基本公式：,xxbh0時(shí)， Mu=？,Asrminbh，？,這種情況在施工質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，混凝土沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)會(huì)產(chǎn)生。,第八章 鋼筋砼受彎

9、構(gòu)件,材料選用： 適筋梁的Mu主要取決于fyAs， 因此RC受彎構(gòu)件的 fc 不宜較高。 現(xiàn)澆梁板：常用C15C25級(jí)混凝土 預(yù)制梁板：常用C20C30級(jí)混凝土, 另一方面，RC受彎構(gòu)件是帶裂縫工作的， 由于裂縫寬度和撓度變形的限制，高強(qiáng)鋼筋的強(qiáng)度也不能得到充分利用。 梁常用級(jí)鋼筋，板常用級(jí)鋼筋。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,截面尺寸確定 截面應(yīng)具有一定剛度，滿足正常使用階段的驗(yàn)算能滿足撓度變形的要求。 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般常按高跨比h/L來(lái)估計(jì)截面高度 簡(jiǎn)支梁可取h=(1/10 1/16)L，b=(1/21/3)h 估計(jì) 簡(jiǎn)支板可取h = (1/30 1/35)L 但截面尺寸的選擇范圍仍較大，為此

10、需從經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)一步分析。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,受彎構(gòu)件在荷載作用下，同時(shí)產(chǎn)生彎矩和剪力。 在彎矩區(qū)段，產(chǎn)生正截面受彎破壞， 而在剪力較大的區(qū)段，則會(huì)產(chǎn)生斜截面受剪破壞。,8.3 鋼筋砼受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算,斜裂縫的形成,彎剪斜裂縫,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,斜裂縫的形成,腹剪斜裂縫,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,斜裂縫的形成,彎剪斜裂縫,腹剪斜裂縫,箍筋,彎起鋼筋,腹筋,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,一、影響受剪承載力的因素,1.剪跨比l 剪跨比l 大，荷載主要依靠拉應(yīng)力傳遞到支座 剪跨比l 小，荷載主要依靠壓應(yīng)力傳遞到支座,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,8.3.1 受剪性能,2.混凝土強(qiáng)度 剪切破壞是由

11、于混凝土達(dá)到復(fù)合應(yīng)力（剪壓）狀態(tài)下強(qiáng)度而發(fā)生的。所以混凝土強(qiáng)度對(duì)受剪承載力有很大的影響。 事實(shí)上，斜拉破壞取決于ft ，剪壓破壞也基本取決于ft，只有在剪跨比很小時(shí)的斜壓破壞取決于fc。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,3.配箍率sv 梁中配置箍筋，出現(xiàn)斜裂縫后，與斜裂縫相交的腹筋將承擔(dān)很大的剪力。 箍筋配置多少，梁的剪切破壞形態(tài)和特征也不同。,有腹筋梁的受剪性能, 梁中配置箍筋，出現(xiàn)斜裂縫后，梁的剪力傳遞機(jī)構(gòu)由原來(lái)無(wú)腹筋梁的拉桿拱傳遞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殍旒芘c拱的復(fù)合傳遞機(jī)構(gòu) 斜裂縫間齒狀體混凝土有如斜壓腹桿 箍筋的作用有如豎向拉桿 臨界斜裂縫上部及受壓區(qū)混凝土相當(dāng)于受壓弦桿 縱筋相當(dāng)于下弦拉桿, 箍筋將齒狀

12、體混凝土傳來(lái)的荷載懸吊到受壓弦桿，增加了混凝土傳遞受壓的作用 斜裂縫間的骨料咬合作用，還將一部分荷載傳遞到支座（拱作用）,6.3 有腹筋梁的受剪性能,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,當(dāng)剪跨比適中（1l 3），腹筋配置量適中時(shí)，在梁腹部的許多小裂縫中，形成一條明顯加寬但不到頂?shù)呐R界斜裂縫后，與斜裂縫相交的部分腹筋先屈服，剪壓區(qū)砼達(dá)到極限強(qiáng)度被壓碎而破壞。破壞時(shí)材料強(qiáng)度被充分利用。,1.剪壓破壞,二、斜截面破壞的三種形態(tài),第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,2.斜拉破壞,當(dāng)剪跨比過(guò)大（l 3） ，箍筋配置較少時(shí)，一旦出現(xiàn)的斜裂縫，就會(huì)很快形成臨界斜裂縫，并延伸到構(gòu)件邊緣，使構(gòu)件沿斜裂縫拉成兩部

13、分而破壞。破壞時(shí)砼的抗壓強(qiáng)度得不到充分利用。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,3.斜壓破壞,當(dāng)剪跨比較小（l1），或剪跨比適中但箍筋配置很多時(shí)，先在梁腹部出現(xiàn)若干條平行的斜裂縫，隨著荷載增加，梁腹部被這些斜裂縫分割成若干斜向短柱，最后因砼短柱被壓碎而破壞，破壞時(shí)與斜裂縫相交的腹筋一般均未屈服，材料強(qiáng)度未被充分利用。,8.3.2 斜截面受剪承載力的計(jì)算,一、計(jì)算公式,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,Vc剪壓區(qū)砼承擔(dān)的剪力,Vsv箍筋承擔(dān)的剪力,Vsh彎起鋼筋承擔(dān)的剪力,矩形、T形和工形截面的一般受彎構(gòu)件,集中荷載作用下的矩形截面獨(dú)立梁,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,二、截面限制條件, 當(dāng)配箍率超過(guò)一定值后，則在箍筋屈

14、服前，斜壓桿混凝土已壓壞，故可取斜壓破壞作為受剪承載力的上限。 斜壓破壞取決于混凝土的抗壓強(qiáng)度和截面尺寸。 規(guī)范是通過(guò)控制受剪截面剪力設(shè)計(jì)值不大于斜壓破壞時(shí)的受剪承載力來(lái)防止由于配箍率而過(guò)高產(chǎn)生斜壓破壞 受剪截面應(yīng)符合下列截面限制條件，,bc為高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度折減系數(shù)，當(dāng)fcu,k 50N/mm2時(shí)，bc =1.0，當(dāng)fcu,k =80N/mm2時(shí)bc =0.8，其間線性插值。,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,二、截面限制條件,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,hw截面腹板高度 矩形截面取hw=h0 T形截面取hw=h0-hf 工形截面取hw=h0 -hf -hf b為矩形截面的寬度 或T形截面和工形截面的腹板

15、寬度, 當(dāng)配箍率超過(guò)一定值后，則在箍筋屈服前，斜壓桿混凝土已壓壞，故可取斜壓破壞作為受剪承載力的上限。 斜壓破壞取決于混凝土的抗壓強(qiáng)度和截面尺寸。 規(guī)范是通過(guò)控制受剪截面剪力設(shè)計(jì)值不大于斜壓破壞時(shí)的受剪承載力來(lái)防止由于配箍率而過(guò)高產(chǎn)生斜壓破壞 受剪截面應(yīng)符合下列截面限制條件，,三、最小配箍率及配箍構(gòu)造, 當(dāng)配箍率小于一定值時(shí)，斜裂縫出現(xiàn)后，箍筋因不能承擔(dān)斜裂縫截面混凝土退出工作釋放出來(lái)的拉應(yīng)力，而很快達(dá)到屈服，其受剪承載力與無(wú)腹筋梁基本相同。 當(dāng)剪跨比較大時(shí)，可能產(chǎn)生斜拉破壞。 為防止這種少筋破壞，規(guī)范規(guī)定當(dāng)V0.7ftbh0時(shí)，配箍率應(yīng)滿足,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,第八章 鋼筋砼受彎構(gòu)件,四、受剪計(jì)算斜截面, 支座邊緣截面（1-1）； 腹板寬度改變處截