钢筋混凝土受弯构件.ppt
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第五章第五章钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件西北大学现代学院西北大学现代学院主要内容主要内容受弯构件一般构造规定受弯构件一般构造规定受弯构件正截面性能的试验研究受弯构件正截面性能的试验研究受弯构件正截面承载力计算公式受弯构件正截面承载力计算公式受弯构件按正截面受弯承载力的设计计算受弯构件按正截面受弯承载力的设计计算受弯构件斜截面性能的试验研究受弯构件斜截面性能的试验研究受弯构件斜截面的受剪承载力计算受弯构件斜截面的受剪承载力计算受弯构件斜截面受弯承载力及有关构造要求受弯构件斜截面受弯承载力及有关构造要求受弯构件的裂缝宽度和挠度计算受弯构件的裂缝宽度和挠度计算第一节第一节受弯构件的一般构造规定受弯构件的一般构造规定一、板的构造规定一、板的构造规定1、截面尺寸、截面尺寸现浇钢筋混凝土板的最小厚度(见下表)现浇钢筋混凝土板的最小厚度(见下表)板的类型板的类型最小厚度最小厚度/mm单向板单向板屋面板屋面板60民用建筑楼板民用建筑楼板60工业建筑楼板工业建筑楼板70行车道下楼板行车道下楼板80双向板双向板80密肋楼盖密肋楼盖面板面板50肋高肋高250悬臂板(根部)悬臂板(根部)悬臂长度不大于悬臂长度不大于500mm60悬臂长度悬臂长度1200mm100无梁楼盖无梁楼盖150现浇空心楼盖现浇空心楼盖200常用混凝土常用混凝土板的高跨比要求(见下表)板的高跨比要求(见下表)现浇板的合理厚度应在符合承载力极限状态和正常使用极限状态要求现浇板的合理厚度应在符合承载力极限状态和正常使用极限状态要求的前期下,按经济合理的原则选定,并考虑防火、防爆等要求,但不应的前期下,按经济合理的原则选定,并考虑防火、防爆等要求,但不应小于现浇板最小厚度要求。
小于现浇板最小厚度要求。
2、配筋构造、配筋构造板中通常配置两种钢筋板中通常配置两种钢筋受力钢筋受力钢筋和和分布钢筋分布钢筋板的配筋板的配筋分布钢筋分布钢筋布置在受力钢筋的上面,与受力钢筋互相垂直,交点处用铁丝绑扎或焊接。
布置在受力钢筋的上面,与受力钢筋互相垂直,交点处用铁丝绑扎或焊接。
板的分布钢筋的作用板的分布钢筋的作用将板面上的集中荷载更均匀地传递给受力钢筋,并在施工时固定受力钢筋的位置将板面上的集中荷载更均匀地传递给受力钢筋,并在施工时固定受力钢筋的位置可承担由于混凝土的收缩和外界温度的变化在结构中引起的附加应力。
可承担由于混凝土的收缩和外界温度的变化在结构中引起的附加应力。
单位宽度上分布钢筋的配筋不宜小于单位宽度上受力钢筋的单位宽度上分布钢筋的配筋不宜小于单位宽度上受力钢筋的15%,且配筋率不宜,且配筋率不宜小于小于0.15%;分布钢筋的直径不宜小于;分布钢筋的直径不宜小于6mm,间距不宜大于,间距不宜大于250mm;当集中荷载;当集中荷载较大时,分布钢筋的配筋面积尚应增加,且间距不宜大于较大时,分布钢筋的配筋面积尚应增加,且间距不宜大于200mm。
3、混凝土保护层厚度、混凝土保护层厚度构件中普通钢筋的混凝土保护层厚度(构件中普通钢筋的混凝土保护层厚度(c)应满足:
)应满足:
构件中受力钢筋的保护层厚度构件中受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋公称直径不应小于钢筋公称直径d;设计使用年限为设计使用年限为50年的混凝土结构,年的混凝土结构,最外层钢筋(包括箍筋、构造钢筋、最外层钢筋(包括箍筋、构造钢筋、分布钢筋等)的外缘计算的混凝土保护层厚度分布钢筋等)的外缘计算的混凝土保护层厚度应满足表中的规定;应满足表中的规定;设计使用年限为设计使用年限为100年的混凝土结构,最外层钢筋的保护层厚度年的混凝土结构,最外层钢筋的保护层厚度不应小于不应小于表中数值的表中数值的1.4倍倍。
环境类别环境类别平面构件(板、墙、壳)平面构件(板、墙、壳)杆状构件(梁、柱、杆)杆状构件(梁、柱、杆)一一1520二二a2025二二b2535三三a3040三三b4045注:
注:
1、混凝土强度等级不大于、混凝土强度等级不大于C25时,表中保护层数值应增加时,表中保护层数值应增加5mm2、钢筋混凝土基础设置混凝土垫层,基础中钢筋的混凝土保护层厚度应从、钢筋混凝土基础设置混凝土垫层,基础中钢筋的混凝土保护层厚度应从垫层顶面算起,且不宜小于垫层顶面算起,且不宜小于40mm。
二、梁的构造规定二、梁的构造规定1、截面尺寸、截面尺寸模数要求模数要求梁常用的宽度为梁常用的宽度为b=120、150、180、200、220、250、300、350mm等,等,大于大于250mm以后取以后取50mm为模数;为模数;梁的常用高度则为梁的常用高度则为h=250、300、350、750、800、900mm等,等,大于大于800mm以后取以后取100mm为模数。
为模数。
梁高跨比(梁高跨比(h/l0)的要求)的要求支撑情况支撑情况构件类型构件类型简支简支两端连续两端连续悬臂悬臂独立梁独立梁整体肋形梁的主梁整体肋形梁的主梁1/121/81/141/81/6整体肋形梁的次梁整体肋形梁的次梁1/181/101/201/121/8箍筋箍筋(斜截面承载力计算)(斜截面承载力计算)架立筋架立筋(构造)(构造)纵向受力钢筋纵向受力钢筋(正截面承载力计算)(正截面承载力计算)、弯起钢筋弯起钢筋(斜截面承载力计算)(斜截面承载力计算)2、梁的配筋、梁的配筋梁内受力钢筋的直径应尽可能相同。
梁内受力钢筋的直径应尽可能相同。
当采用两种不同的直径时,它们之间相差至少为当采用两种不同的直径时,它们之间相差至少为2mm2mm,以便在施工时容易为以便在施工时容易为肉眼识别,但相差也不宜超过肉眼识别,但相差也不宜超过6mm6mm。
号钢筋号钢筋纵向受力钢筋纵向受力钢筋主要用来承受由弯矩产生的拉应力主要用来承受由弯矩产生的拉应力图图5-4混凝土保护层及钢筋净距混凝土保护层及钢筋净距、号钢筋号钢筋弯起钢筋弯起钢筋由纵向钢筋弯起而成型由纵向钢筋弯起而成型号钢筋号钢筋箍筋箍筋主要是用来承受剪力的。
在构造上还能固定纵向受力钢筋的间距和位主要是用来承受剪力的。
在构造上还能固定纵向受力钢筋的间距和位置,以便绑扎成一个立体的钢筋骨架。
置,以便绑扎成一个立体的钢筋骨架。
弯起钢筋的作用弯起钢筋的作用弯起钢筋的中间段和纵向受力钢筋一样可以承受正弯矩,弯起段可以弯起钢筋的中间段和纵向受力钢筋一样可以承受正弯矩,弯起段可以承受剪力,弯起后的水平段有时可以用来承受支座处的负弯矩。
承受剪力,弯起后的水平段有时可以用来承受支座处的负弯矩。
箍筋的最小直径与梁的截面高度有关。
箍筋的最小直径与梁的截面高度有关。
当梁高当梁高h800mm时,箍筋直径不宜小于时,箍筋直径不宜小于8mm当梁高当梁高h800mm时,箍筋直径不宜小于时,箍筋直径不宜小于6mm箍筋的肢数箍筋的肢数通常按下面的规定取用:
通常按下面的规定取用:
当梁宽当梁宽b350mm时,采用双肢;时,采用双肢;当梁宽当梁宽b350mm时,或在一排内纵向受拉钢筋多于时,或在一排内纵向受拉钢筋多于5根,或根,或受压区钢筋多于受压区钢筋多于3根时,采用四肢。
根时,采用四肢。
箍筋可以做成封闭式或开口式箍筋可以做成封闭式或开口式(图),用开口箍时,浇筑混凝土方(图),用开口箍时,浇筑混凝土方便,但是对于矩形截面梁,为了防止受压区的纵向钢筋因受压失稳而向便,但是对于矩形截面梁,为了防止受压区的纵向钢筋因受压失稳而向外凸出,以及为了承受梁内可能发生的扭矩,箍筋应做成封闭式。
外凸出,以及为了承受梁内可能发生的扭矩,箍筋应做成封闭式。
号钢筋号钢筋架立筋架立筋,为构造钢筋,它设置在梁的受压区,为构造钢筋,它设置在梁的受压区架立筋作用架立筋作用固定箍筋的正确位置固定箍筋的正确位置承受温度应力、混凝土收缩应力承受温度应力、混凝土收缩应力承受构件吊装时可能发生的变号弯矩作用承受构件吊装时可能发生的变号弯矩作用腰筋腰筋-构造钢筋构造钢筋第二节第二节受弯构件正截面性能的试验研究受弯构件正截面性能的试验研究荷载(荷载(FF)荷载传感器荷载传感器跨中挠度(跨中挠度(ff)跨中和支座位移计(百分表、千分表)跨中和支座位移计(百分表、千分表)沿截面高度应变分布沿截面高度应变分布沿梁高(跨中)贴混凝土应变沿梁高(跨中)贴混凝土应变(预埋电阻片或在梁跨中附近钢(预埋电阻片或在梁跨中附近钢筋表面处留孔)筋表面处留孔)一、一、试验方法试验方法图图5-7试验梁、仪表布置和加载试验梁、仪表布置和加载图图5-8弯矩弯矩挠度曲线挠度曲线受拉钢筋重心到截面边缘距离受拉钢筋重心到截面边缘距离钢筋混凝土梁正截面受力特点和破坏特征分三类钢筋混凝土梁正截面受力特点和破坏特征分三类二、二、适筋梁正截面受弯的三个受力阶段适筋梁正截面受弯的三个受力阶段受压区混凝土发展不明显,受压区混凝土应力图形仍接近三角形。
受压区混凝土发展不明显,受压区混凝土应力图形仍接近三角形。
(未裂工作阶段)(未裂工作阶段)截面变形符合截面变形符合平截面假定平截面假定(即应变与中和轴距离成正比)(即应变与中和轴距离成正比)应力分布接近三角形(中和轴以上混凝土受压,以下混凝土受拉)应力分布接近三角形(中和轴以上混凝土受压,以下混凝土受拉)材料性能符合虎克定理(应力与应变成正比)材料性能符合虎克定理(应力与应变成正比)从加载从加载破坏全过程中,适筋梁正截面应力状态经历三个阶段破坏全过程中,适筋梁正截面应力状态经历三个阶段(带裂缝工作阶段)(带裂缝工作阶段)裂缝出现后,裂缝截面处,受拉区混凝土裂缝出现后,裂缝截面处,受拉区混凝土大部分大部分退出工作,受压区高度减小,退出工作,受压区高度减小,受压区混凝土由于塑性变形发展,应力图形为曲线,且峰值在受压边缘。
受压区混凝土由于塑性变形发展,应力图形为曲线,且峰值在受压边缘。
(破坏阶段)(破坏阶段)钢筋进入屈服阶段,使裂缝急剧开展并向上延伸,中和轴上移钢筋进入屈服阶段,使裂缝急剧开展并向上延伸,中和轴上移受拉区混凝土受拉区混凝土绝大部分绝大部分退出工作退出工作受压区混凝土由于受压区高度进一步减小,混凝土塑性特征表现更充分受压区混凝土由于受压区高度进一步减小,混凝土塑性特征表现更充分应力图形呈显著曲线分布,且峰值不在受压区边缘应力图形呈显著曲线分布,且峰值不在受压区边缘适筋梁正截面抗弯三个受力阶段的主要特征适筋梁正截面抗弯三个受力阶段的主要特征图图5-9适筋梁工作的三个阶段适筋梁工作的三个阶段(a)、()、(b)第)第阶段;(阶段;(c)、()、(d);第);第阶段(阶段(e)、()、(f)第)第阶段阶段三、正截面受弯的破坏特征三、正截面受弯的破坏特征11、适筋梁破坏、适筋梁破坏(配置钢筋适中)(配置钢筋适中)破坏特征破坏特征破坏始于受拉钢筋的屈服,随后受压区边缘混凝土压碎破坏始于受拉钢筋的屈服,随后受压区边缘混凝土压碎。
在钢筋应力达到屈服强度之初,受压区边缘纤维的应变小于受弯时在钢筋应力达到屈服强度之初,受压区边缘纤维的应变小于受弯时混凝土极限压应变。
在梁完全破坏以前,由于钢筋经历较大的塑性变形,混凝土极限压应变。
在梁完全破坏以前,由于钢筋经历较大的塑性变形,引起裂缝急剧开展、挠度激增,破坏有明显预兆,属于引起裂缝急剧开展、挠度激增,破坏有明显预兆,属于延性破坏延性破坏。
破坏特征破坏特征截面破坏时受拉钢筋没有屈服,混凝土受压边缘先压碎;裂缝开展不宽,延截面破坏时受拉钢筋没有屈服,混凝土受压边缘先压碎;裂缝开展不宽,延伸不高;梁挠度也不大;破坏没有明显预兆,破坏比较突然,属于伸不高;梁挠度也不大;破坏没有明显预兆,破坏比较突然,属于脆性破坏脆性破坏这种破坏用钢量大,不经济,设计中不允许采用这种破坏用钢量大,不经济,设计中不允许采用截面尺寸选定过大,不经济,其承载力取决于混凝土的抗拉强度,破坏比截面尺寸选定过大,不经济,其承载力取决于混凝土的抗拉强度,破坏比较突然,属较突然,属脆性破坏脆性破坏,设计中不允许采用,设计中不允许采用图图5-10配筋不同的梁的破坏配筋不同的梁的破坏(a)适筋破坏;()适筋破坏;(b)超筋
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