《【土木建筑】第四章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《【土木建筑】第四章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算课件(34页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、,第四章 钢筋混凝土受弯构件 正截面承载力计算,4-1 概述,一、受弯构件的定义,同时受到弯矩M和剪力V共同作用,而轴力N可以忽略的 构件(图4-1)。,梁和板是土木工程中数量最多,使用面最广的受弯构件。,梁和板的区别:梁的截面高度一般大于 其宽度,而板的截面高度则远小于其宽度,图4-1,二、受弯构件的破坏特性,正截面受弯破坏:,沿弯矩最大的截面破坏,破坏截面与构件的轴线垂直。,斜截面破坏:,沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面破坏。 破坏截面与构件轴线斜交。,图4-3 受弯构件的破坏特性,4-2 受弯构件正截面的受力特性,一、配筋率对正截面破坏性质的影响,配筋率:,为纵向受力钢筋截面面积As与
2、截面有效面积的百分比。,纵向受力钢筋截面面积。,截面宽度,,截面的有效高度(从受压边缘至纵向受力 钢筋截面重心的距离)。,构件的破坏特征取决于配筋率、混凝土的强度等级、截面形式等诸多因素,但配筋率的影响最大。受弯构件依配筋数量的多少通常发生如下三种破坏形式:,少筋破坏,2、适筋破坏,3、超筋破坏,破坏带有脆性性质,图4-4 受弯构件正截面破坏形态,少筋破坏和超筋破坏都具有脆性性质,破坏前无明显预兆,破坏时将造成严重后果,材料的强度得不到充分利用。在设计时不能将受弯构件设计成少筋构件和超筋构件,只能设计成适筋构件。,二、适筋受弯构件截面受力的三个阶段,1、第一阶段截面开裂前的阶段,2、第二阶段从
3、截面开裂到纵向受拉钢筋开始屈服,图4-5 梁在各受力阶段的应力、应变分布,3、第三阶段破坏阶段,截面抗裂验算是建立在第a阶段的基础上,即 Ia 抗阶段的应力状态是抗裂计算的依据。,构件使用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第阶段的基础上,即第II 阶段的应力状态是变形和裂缝宽度计算的依据。,截面的承载力是建立在第阶段的基础上,即, 第a是承载力计算的依据。,4-3 受弯构件正截面承载力计算方法,一、基本假定,1、截面平均应变符合平截面假定,2、不考虑受拉区未开裂砼的抗拉强度;,3、设定受压区砼的 关系 (图4-6);,图4-6 混凝土理想的应力-应变曲线,当 时,,当 时,, 对应于混凝土应变为
4、,时的混凝土压应力;, 对应于混凝土压应力刚达到 时的混凝土压应 变,当计算的 小于0.002时取0.002;, 正截面处于非均匀受压时的混凝土极限压应变, 当计算的 小于0.0033时取0.0033;, 混凝土立方体抗压强度标准值;, 系数,当计算的 大于2.0时,应取为2.0。,的取值见表4-1,的取值,表4-1,从表中可以看出,当混凝土的强度等级 , 均为定值。当混凝土的强度等级大于时 ,随着混凝土强度等级的提高, 的值不断增大,而的值却不断减小。表明材料的脆性不断加大。,4、受拉钢筋应力取值,二、单筋矩形截面正截面承载力计算,单筋矩形截面:只在截面的受拉区配有纵向受力钢筋的矩形截面。,
5、双筋矩形截面:在截面受拉区和受压区同时配有纵向受力钢筋 的矩形截面。,单筋矩形截面为了构造要求,梁的受压区也需要 配置纵向钢筋,这种钢筋称为架立钢筋。,架立钢筋:根据构造要求设置,直径小,根数少。(并非双筋截面),受力钢筋:根据受力要求按计算设置,直径粗,根数多。,1、计算简图,图4-8 应力图形的简化,等效的原则:(1)两个图形的压应力合力大小相等, (2)合力的作用位置完全相同。,图4-9 单筋矩形截面受压区混凝土的等效矩形应力图,按等效矩形应力图计算的受压区高度 与按平截面假定确定的受压区高度 之间的关系为:,系数 和 的取值见表4-2,系数 和 表4-2,2、基本计算公式,或,b矩形截
6、面宽度;,受拉区纵向受拉钢筋的截面面积;,荷载在该截面上产生的弯矩设计值;,截面的有效高度 ;梁的纵向受力钢筋按一排布置 时, ,梁的纵向受力钢筋按两排 时, 板的截面有效高度 ;,截面高度;,受拉区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离。, 的确定(钢筋的混凝土保护层厚度附见录7),3、基本计算公式的适用条件,基本计算公式只适用于适筋梁,(1)满足最小配筋率,构件的全截面面积;,分别为截面受压边缘的宽度和高度;,按最小配筋率计算的钢筋面积。, 取 0.2%和 中的较大者。,(2)相对受压区高度,相对界限受压区高度 是适筋构件与超筋构件相对受压区高度的界限值,有明显屈服点钢筋配筋的受弯构件,所以,图4
7、-10 界限配筋时的应变情况,当 时,受拉钢筋屈服,为适筋构件。,当 时,受拉钢筋不屈服,为超筋构件。,图4-11无明显屈服点钢筋的受弯构件,无明显屈服点钢筋的抗拉强度设计值;,无明显屈服点钢筋弹性模量。,最大配筋率:,由 和 得,当构件按最大配筋率配筋时,可以求出适筋受弯构件所能承受的最大弯矩为:,故限制超筋破坏发生的条件可以是:,实心板 = (0.40.8)%,矩形梁 = (0.61.5)%,T形梁 = (0.91.8)%,式中 截面最大的抵抗矩系数,4、基本公式的应用,截面设计:,已知:构件的截面尺寸( ),材料的强度等级 ( )以及设计弯矩( ),求:钢筋面积 As= ?,实际工程设计
8、时的步骤:,由结构力学分析确定弯矩的设计值M,由跨高比确定截面初步尺寸,由基本公式, 求x,由受力特性及使用功能确定材性,验算公式的适用条件,由基本公式 (3-2) 求As,验算,选择钢筋直径和根数, 布置钢筋,截面校核:,已知: , ,As 求:抗弯承载力Mu= ?,实际工程设计时的步骤:,求x (或,),验算适用条件,求Mu,5、举例:p77 例4-14-3,三、双筋矩形截面正截面承载力计算,双筋截面通常适用于以下几种情况:,(1)结构或构件承受某种交变的作用(如地震) 使截面上的弯矩改变方向;,(2)荷载效应较大, 而提高材料强度和截面尺寸受到限制;,(3)由于某种原因, 已配置了一定数
9、量的受压钢筋 (比如连 续梁的某些支座截面)。,1、计算公式及适用条件,图4-12 双筋矩形截面计算简图,受压区纵向受压钢筋的截面面积,从受压区边缘到受压区纵向钢筋合力作用点之间的距离。对于梁,当受压钢筋按一排布置时可取 当受压钢筋按两排布置时,可取 。对于板,可取,公式的适用条件:,(1) 可防止受压混凝土在受拉区纵向受力钢筋屈服前压碎,(2) 可防止受压区纵向钢筋在构件破坏时达不到抗压强度设计值。当不满足时,受压钢筋的应力达不到 而成为未知数,此时可近似取 ,并将各力对受压钢筋的合力点取矩得:,2、计算公式的应用,截面设计问题:,已知截面弯矩设计值 ,截面尺寸 ,钢筋种类和混凝土强度等级,
10、求 和,为了充分发挥混凝土的承载力,假定受压区的高度等于其界限高度,即,计算公式:,截面校核问题:,已知截面的弯矩设计值 ,截面尺寸 ,钢筋种类和混凝土强度等级,受拉钢筋截面面积 和受压钢筋截面面积 ,确定截面能否抵抗给定的弯矩设计值。,计算受压区高度,如果满足 则截面能够抵抗的弯矩为:,如果 则,如果 只能取 , 则,结论:若 截面承载力足够,安全;若 截面承载力不够,可采用加大截面尺寸、提高混凝土和钢筋的强度等级的措施来解决。,四、T形截面正截面承载力计算,1、概述,图4-13 T形和矩形截面的划分,2、T形截面翼缘计算宽度 的取值:,T形截面 越宽, 越大,抗弯内力臂越大。但实际压区应力
11、分布如图4-14所示,纵向压应力沿宽度分布不均匀。,办法: 限制的 宽度, 使压应力分布均匀,并取 。 的取值与梁的跨度l0, 深的净距 , 翼缘高度 及受力情况有关, 规范规定,图4-14 T形截面的应力分布图,按表4-3中的最小值取用。,T型及倒L形截面受弯构件翼缘计算宽度bf 表4-3,3、基本公式与适用条件,T形截面根据其中性轴的位置不同分为两种类型。,第一类T形截面:中和轴在翼缘高度范围内;,第二类T形截面:中和轴在梁助内部通过。,两类T型截面的界限状态是 ,此时的平衡状态可以作为第一, 二类T形截面的判别条件。即:,判别条件:,截面设计时:,若 ,则为第一类T形截面,若 ,则为第一
12、类T形截面,截面复核时:,若 ,则为第一类T形截面,若 ,则为第一类T形截面,第一类T形截面的计算公式:,与 的矩形截面相同,适用条件:,第二类T形截面的计算公式:,适用条件:,4、基本公式的应用,截面设计:,已知:b,h,,,,,求:As,,,截面复核:,已知:b,h, , ,As,求:Mu,五、构造要求,作用:计算中没考虑到的因素,比如混凝土收缩、徐变等对 截面承载力的影响;使用和施工上的需要。,板的构造要求,(1)板的最小厚度,(2)板的受力钢筋,(3)板的分布钢筋,2、梁的构造要求,(1)截面尺寸,(2)纵向受力钢筋,(3)纵向构造钢筋,肚松衯宸/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-灏
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