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单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算
=
(a) 单肢箍 (b) 双肢箍
箍筋的肢数
(c) 四肢箍
混凝土保护层厚
度c:
最外层钢筋(包 括箍筋、构造筋、 分布筋等)的外 缘至混凝土表面 的最小距离 。
保护层最小厚度 的规定是为了使 混凝土结构构件 满足的耐久性要 求和对受力钢筋 有效锚固的要求。
混凝土保护层厚度c≥混凝土保护层最小厚度
一般设计中是采
图3-4 试验梁
适筋梁正截面受弯的全过程可划分为三个 阶段——未裂阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。
(1)第Ⅰ阶段:混凝土开裂前的未裂阶段
<
0 tu
➢第梁I阶基段本特上点处:于弹1)性混工凝作土阶没段有,开弯裂矩;-曲率曲线基本接近
直2)线受。压区混凝土的应力图形是直线,受拉区混凝土的应
➢力当图弯形矩在增第加Ⅰ到阶M段c0r 前期时是,直受线拉,边后缘期的是拉曲应线变;达到混凝土
受3)弯弯时矩极与限截拉面应曲变率(基t 本上t0u 是直线关)系,。截面处于即将开裂
的临界状态(Ia状态),此时的弯矩值称为M开c0裂r 弯
矩
。受压区应力图形接近三角形,受拉区呈曲线分
(2)第Ⅱ阶段:混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段
在开裂瞬间,开裂截面受拉区混凝土退出工作,导致钢筋应力
有第一II突阶然段增特加点(:应1力)在重分裂布缝)截,面裂处缝,出受现拉时区梁大的部挠度分和混截凝面土曲退率 都出突工然作增,大拉,力使主中要和由轴比纵开向裂受前拉有钢较筋大承上担移,。但当弯钢矩筋继没续有增屈大服到; 受2)拉受钢压筋区应混力凝即土将已到有达屈塑服性强变度形f,y0时但,不称充为分第,II压阶应段力末,图I形Ia为。 只平有均上应升变段沿的截面曲高线度;的分布近似直线。 3由)弯于矩受与压截区面混凝曲土率压是应曲力线不关断系增,大截,面其曲弹塑率特增性长表大现于得弯越矩来增越 显长著。,受压区应力图形逐渐呈曲线分布。
3 界限破坏及界限配筋率(最大配筋率ρmax)
比较适筋梁和超筋梁的破坏,可以发现,两者 的差异在于:前者破坏始自受拉钢筋屈服;后者则始自
受压区混凝土压碎。显然,总会有一个界限配筋率ρb,
图5-2
2 梁、板的截面尺寸
梁 的 尺
次梁 l2=4 ~ 6m h=(1/12 ~ 1/18)l2
主梁 l3=5 ~ 8m h=(1/8 ~ 1/14)l3
寸
b=(1/2 ~ 1/3)h
b=(1/2 ~ 1/3)h
► 矩形截面梁的高宽比h/b 一般取2.0 ~ 3.0; T 形截面梁的 h/b 一般取2.5 ~ 4.0
(1)梁的钢筋强度等级及常用直径
2)梁内纵向受力钢筋 梁中纵向受力钢筋宜采用HRB400级和HRB500级,常
用直径为12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm和25mm。
纵向受力钢筋的直径,当梁高大于等于300mm时, 不应小于10mm;当梁高小于300mm时,不应小于8mm。
3)梁的箍筋:宜采用HRB400级、HRB335级,少量用 HPB300级钢筋,常用直径是6mm、8mm和10mm。
边缘混凝土压碎。
图3-7 矩形截面梁应变及钢筋应 力 (a)混凝土的应变 (b)钢筋的应力
从荷钢开载筋始继屈加续服荷增,到加截受,面拉钢曲区筋率混拉和凝应梁土力挠开、度裂挠突,度然梁变增的形大整不,个断裂截增缝面大宽均,度参裂随加缝着受宽扩力。
虽面度凝展减然的也土第并小受受不压沿,I拉力阶断应梁受区基开力段高压混本展不:向区凝接,断上塑抗土近但增延性在线裂中大伸特开弹计和,,征裂性算轴其中表以。位弹的和现前截置塑依轴的有面没性继更据一抗有特续为定弯;显性上充的刚著表移分塑度变现,,性较化得受受变大。越压压形,由来区区,挠于越高应但度受显度力整和压著进图个截区,一形截面混受步更 曲压趋率区第丰很应满I小I力。阶,图钢段形筋:逐的构渐应呈件力曲在也线正很分小常布,使。且用当都荷极与载限弯达状矩到近态某似中一成变数正值形比时与。,裂纵
(3)第III阶段:钢筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段
超 钢第过筋IMIu屈0I后阶,服段承,特载点截力:将面1有)曲纵所率降筋低屈和,服梁直,至挠拉受力度压不突区变混然,凝增拉土压区大酥混,。凝裂M土u0称缝退为出宽极 度限对弯应随工2矩截)着作弯,面,矩扩此受压可时力展区略的状并混有受态压为沿凝增边I土加梁I缘I应;a状高混力态凝向曲。土线上的丰压延满应伸,变,有称为上中极升和限及压轴下应继降变段续实;验上值移ε,cu0, 受ε压3c)u0区受约压在高0区.度0边0进3缘-0一混.0凝0步5范土减围压小,应超变,过达受该到应压极变区限值压塑,应压性变区特混,凝征混土凝表即土现开被始的压压 更坏可,为碎见表充,截面截面分梁破面达,坏破到受的坏极过限压。程承区是载破应力坏。力始图于纵形向更受拉趋钢丰筋满屈服。,终结于受压区
延性破坏:破坏前,变形较大,有明显的破坏 预兆,不是突然破坏的,属于延性破坏类型。
脆性破坏将造成严重后果,且材料没有得到充 分利用,因此在工程中,脆性破坏类型是不允许的。
2 正截面受弯的三种破坏形态
超配断适筋筋,筋梁较梁梁的少的的破时破破坏,坏坏特钢与特点筋素点:有混:混可凝纵凝能土向土在梁受受梁类拉压一似钢区开,筋边裂属先缘时于屈先就受服压进拉,碎 入 脆受,强性压纵化破区向段坏边受最特缘拉终征混钢被,凝筋拉少 土不筋随屈梁后服的压,这碎在种时没受,有拉截明脆面显性才预破破兆坏坏的比,情超属况筋延下梁性由受破于压坏受脆类压性型 区破。混坏凝更土为被突压然碎,而很 突不适然安筋破全梁坏,的,而破属且坏于很特脆不点性经是破济破坏,坏类因始型此自。在受建拉筑区结钢构筋中的不屈容服许。采用。
钢筋一般为一排钢筋,as =c+d/2。
a
≥cmin 1.5d
c≥cmin
d ≥cmin c≥cmin
1.5d d
3.1.3 受弯构件的力学性能 • bc段称为纯弯段,ab、cd段称为弯剪段。
钢筋混凝土受弯构件的设计内容
3.2 受弯构件的正截面计算
3.2.1 受弯构件的正截面受力性能试验分析 1 适筋梁正截面受弯的三个受力阶段
纵筋为一排钢筋时,as= c+dsv+d/2; 纵筋为两排钢筋时,as= c+dsv+d+e/2; 其中,c为混凝土保护层厚度,按附表3-2选用;
dsv箍筋直径;d钢筋直径; e为上下两排钢筋的净距,一般取e=25mm计算。
≥30mm 1.5d c≥cmin d
h0
►板的截面有效高度h0=h–as,受力
图3-2 梁截面内纵向钢筋布置
用最小值的。
及截面有效高度h0
截面有效高度h0:系指截面受压
区的外边缘至受拉钢筋合力重
心的距离。
4)梁侧构造钢筋 ◆ 梁高度h>450mm时,要求在梁两侧沿高度设置纵向构造钢筋,
直径≥10mm;每侧纵向构造钢筋(不包括梁上、下部受力钢筋及 架立钢筋)的截面面积不应小于腹板截面面积bhw的0.1%,且间 距不宜大于200mm。
60
悬臂 板
板的悬臂长度大于500mm
80
无 梁 楼板
150
3.1.2 材料选择与一般构造级是C25、C30,一般不超过C40。
2钢 筋
(1)梁的钢筋强度等级及常用直径
1)架立筋:梁上部无受压钢筋时,需配置2根架立筋,以 便与箍筋和梁底纵筋形成钢筋骨架,直径一般不小于 8mm、10mm、12mm。
向缝当受宽弯拉度矩钢验达筋算到将极开的限始依弯屈据矩服;值。时,此时受压区边缘混凝土达到极
限当第压受应I拉I变I边阶,缘段截的面:拉开应承始变载破达力坏到极。混限凝状土极态限计拉算应的变依时据(。t t0)u ,
为截面即将开裂的临界状态,此时的弯矩值称为开裂弯
矩
M
0 cr
。
(2)各阶段和特征点的截面应力 — 应变分析
(3)纵向受拉钢筋的配筋率
配筋率: 纵 向受拉钢筋总
面积As(mm2)与
正截面的有效
面积bh0的比值。
As (%)
bh0
纵向受拉钢筋的配筋率ρ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。
3 混凝土保护层厚度
从最外层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c表示,最外层钢筋包括箍筋、构 造筋、分布筋等。
混凝土结构的环境类别,见附表3-1。
注:1.混凝土强度等级不大于C25时,表中保护层数值增加5mm。 2.钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层,基础中钢筋的混凝
土保护层厚度应从垫层顶面算起,且不应小于40mm。
4 截面有效高度
►梁的截面有效高度h0为梁截面受压区的外边缘至受拉钢筋合力 点的距离,h0= h–as,as为受拉钢筋合力点至受拉区边缘的距离。
应变图
c max
应力图 M
t max
Mcr
M
y
My
M
xf D
Mu Z
sAs I
ftk sAs Ia
sAs II
fyAs IIa
fyAs III
fyAs=Z IIIa
受力全过程的特点
2 正截面受弯的三种破坏形态
结构、构件和截面的破坏有脆性破坏和延性破 坏两种类型。
脆性破坏:破坏前,变形很小,没有明显的破 坏预兆,突然破坏的,属于脆性破坏类型。
第3章 受弯构件的承载力计算
3.1 受弯构件的一般构造 3.2 受弯构件的正截面承载力计算 ——受弯构件的正截面受力性能试验分析 ——单筋矩形、双筋矩形、T形截面受弯构件正截
面受弯承载力计算 3.3 受弯构件的斜截面承载力计算 3.4 梁内钢筋的构造要求
第3章 受弯构件的承载力计算
教学要求: 1 深刻理解适筋梁正截面受弯全过程的三个阶段 及其应用,了解斜截面破坏类型和主要形态。 2 熟练掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形 截面受弯构件的正截面受弯承载力计算。 3 熟练掌握无腹筋梁和有腹筋梁斜截面抗剪承载 力的计算公式及适用条件。 4 了解材料抵抗弯矩图的画法、了解受弯钢筋的 弯起、截断和锚固方法。