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1、混凝土结构原理及应用土木工程学院土木工程学院 主讲：冯云平主讲：冯云平1钢筋混凝土基本构件的 承载力和变形l主要内容：轴心受力构件, 受弯构件, 偏 心受压构件, 偏心受拉构件,受扭构件, 混 凝土结构裂缝与变形控制2第3章. 轴心受力构件l 轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受 压构件,在荷载作用下其截面上一般作用有 轴力（N）、弯矩(M）和剪力(V）。3第一节 轴心受拉构件一、概述:承受纵向拉力的构件，称为受拉构件。当纵向拉力作用线与构件截面形心轴线重 合时为轴心受拉构件；当纵向拉力作用线偏离 构件截面形心轴线时，或构件上既作用有拉力 又作用有弯矩时，则称为偏心受拉构件。4第一节 轴心受拉
2、构件l钢筋混凝土桁架中的拉杆、有内压力的圆管 管壁、圆形水池的环形池壁等，可以按轴心 受拉构件计算。联肢剪力墙的某些墙肢、双肢柱的某些肢 杆、悬伸式桁架承受节间竖向荷载的受拉上弦 杆，以及一般屋架承担节间荷载的下弦杆等都 属于偏心受拉构件；此外，经常遇到的矩形筒 仓、斗仓及水池，其仓壁或池壁也同时受到轴 向拉力及弯矩的作用，故也属于偏心受拉构件 。5第一节 轴心受拉构件l 钢筋混凝土轴心受拉构件一般采用正方形、矩形或 其他对称截面，纵向钢筋在截面中对称布置或沿周边均 匀布置，偏心受拉构件的截面多为矩形。由于偏心受拉 构件的截面作用有弯矩，所以矩形截面的长边宜和弯矩 作用平面平行，纵向钢筋布置在
3、短边上。l轴心受拉构件的截面配筋 l单向偏心受拉6第一节 轴心受拉构件l 轴心受拉和偏心受拉构件中的纵向钢筋配筋都应 满足最小配筋率的要求。从受力的角度看，轴心受拉 构件中并不需要箍筋，但为了形成钢筋骨架，仍必须 设置箍筋，如屋架下弦箍筋间距一般不宜大于200mm ，箍筋直径46mm。偏心受拉构件要进行斜截面抗 剪计算，配置箍筋时应考虑抗剪要求。l基本概念:l配筋率:p352-附录97第一节 轴心受拉构件l二、轴心受拉构件正截面承载力计算l 钢筋混凝土轴心受拉构件，开裂以前混凝土与钢筋共同 承担拉力；开裂以后，开裂截面混凝土退出工作，全部拉 力由钢筋承担；破坏时整个截面全部裂通。所以，轴心受
4、拉构件的正截面承载力按下列公式计算：式中 N轴向拉力设计值： fy钢筋抗拉强度设计值，为了控制受拉构件在使用荷载下的变形 和裂缝开展，规定轴心受拉和小偏心受拉构件的fy大于300Nmm2时， 仍应按300Nmm2取用。应该注意，轴心受拉构件的钢筋用量并不总是由强度要求决定的， 在许多情况下，裂缝宽度验算对纵筋用量起决定作用。 8第一节 轴心受拉构件计算要点: (1).构件截面的确定:从计算公式来看,混凝土构件截面与 强度计算无关,但是从最小配筋率来看,截面大小对配筋 量有限制作用. (2).一侧最小配筋率:9第二节 轴心受压构件一.几个基本概念: 1.螺旋箍筋(或焊接环箍):10第二节 轴心受
5、压构件l二、受压构件的一般构造 1.材料强度等级 2.截面形式和尺寸 3.纵向钢筋 4.箍筋11第二节.轴心受压构件l三、配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载 力计算 1.轴心受压短柱的应力分析及破坏形态短柱：l0/b8或l0/i 28l（1）初始偏心的影响很小，可不考虑；l（2）钢筋和混凝土的压应变相等l（3）达到极限荷载时，短柱的极限压应变为0.0025 0.0035 短柱的极限承载力12第二节.轴心受压构件l短柱的破坏形态13第二节.轴心受压构件l2.轴心受压长柱的应力分析及破坏形态长柱：l0/b8或l0/i 28l（1）需考虑初始偏心e0的影响， e0产生附加弯矩，附 加弯矩引起水平挠
6、度af，水平挠度又加大初始偏心；l（2）长柱最终是在弯矩和轴力共同作用下破坏，破坏 特征类似偏心受压柱。 *长柱的极限承载力Nl358第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l5.有腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态l1).有腹筋梁斜裂缝出现前后的受力特点箍筋的作用:箍筋作为桁架的受拉腹杆 承受裂缝截面的部分剪力，使 斜裂缝顶部混凝土负担的剪力 得以减轻；抑制斜裂缝的开展，提高 骨料咬合力；延缓沿纵筋方向的粘结裂 缝的发展使纵筋销栓力有所提 高。59第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l2).有腹筋梁沿斜截面破坏的形态l 腹筋虽然不能防止斜裂缝的出现，但却能限制 斜裂缝的开展和延伸。因此，腹筋的数量
7、对梁斜 截面的破坏形态和受剪承载力有很大影响。(1)斜压破坏：箍筋配置的数量过多(2)剪压破坏：箍筋配置的数量适当(3)斜拉破坏：箍筋配置的数量过少60第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l6.影响斜截面受剪承载力的主要因素 1.剪跨比 2.混凝土强度 3.配箍率和箍筋强度 4.纵向钢筋的配筋率l配箍率Asv1单肢箍筋的截面面积 n同一截面内箍筋的肢数61第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l7. 受弯构件斜截面受剪承载力计算公式l1).建立公式的基本原则l我国规范的基本公式就是根据剪压破坏的受力特征 而建立的。有腹筋梁发生剪压破 坏时，从右图理想化 模型中临界斜裂缝左 边的脱离体可以看出 ，
8、斜截面所承受的剪 力由三部分组成，即 ：当不配置弯起钢筋时，则有：斜裂缝脱离体受力图62第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l2).有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式l（1）配置箍筋的梁l对矩形、T形和I形截面的一般受弯构件：对集中荷载作用下的独立梁：63第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l对矩形、T形和I形截面的一般构件：对集中荷载作用下的独立梁：s弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。 64第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l（2).公式的适用范围l上限值最小截面尺寸式中 V构件斜截面上的最大剪力设计值；c混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级 不 超过C50时，取c 1.0；当混凝土强度等级为C
9、80时，取c 0.8，其间按线性内插法取用；b矩形截面的宽度，T形截面或I形截面的腹板宽度；hw截面的腹板高度，矩形截面取有效高度h0，T形截面 取有效高度减去翼缘高度，I形截面取腹板净高。65第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l下限值最小配箍率和箍筋的构造规定l最小配箍率：梁中箍筋的最大间距66第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l（3).计算截面位置l计算斜截面的受剪承载力时，其剪力设计值的计算截面 应按下列规定采用： (1)支座边缘处的截面11， (2)受控区弯起钢筋弯起点处的截面22、33； (3)箍筋截面面积或间距改变处的截面44； (4)腹板宽度改变处的截面。67第5章.受弯构件
10、斜截面受剪承载力计算l8.受弯构件斜截面承载力的计算方法l1.截面设计l（1）验算梁截面尺寸是否满足要求l（2)判别是否需要按计算配置腹筋l（3）计算箍筋l（4)计算弯起钢筋l2.截面校核68第5章.受弯构件斜截面受剪承载力计算l9.箍筋和弯起钢筋的构造要求1).箍筋的构造要求l（1）箍筋的形式和肢数l（2）箍筋的直径和间距l（3）箍筋的布置2).弯起钢筋的构造要求l（1）弯起钢筋的间距l（2）弯起钢筋的锚固长度l（3）弯起钢筋的弯起角度l（4）受剪弯起钢筋的形式69相关问题1.无腹筋梁和有腹筋梁的受剪破坏各有什么特点 ？ 2.为什么要针对斜截面受剪限制截面的最小尺寸 ？70特殊受弯构件： 深
11、受弯构件l根据钢筋混凝土受弯构件跨度与高度之比的不同， 将梁分为以下三种类型：浅梁浅梁：l0h5短梁短梁：l0h在25之间(简支梁) l0h在2.55之间(连续梁)深梁深梁：l0h 2(简支梁) l0h 2.5(连续梁)l式中， h为梁截面高度； l0为梁的计算跨度，可取 支座中心线之间的距离和1.15 ln(ln为梁的净跨)两者 中的较小值。71深受弯构件l 混凝土规范将l0h 5.0的受弯构件 统称为“深受弯构件深受弯构件”，其中包括深梁深梁和短短 梁梁。l 对深受弯构件进行正截面和斜截面承载力计 算时，为了简化计算，一律取“深梁”与“短梁” 的界限为l0h 2。l 简支钢筋混凝土单跨深梁
12、可采用由一般方法计 算的内力进行截面设计；钢筋混凝土多跨连续深梁 的内力值及其沿跨度的分布规律与一般连续梁不同 ，应采用由二维弹性分析求得的内力进行截面设计 。72深受弯构件l一、正截面承载力计算深受弯构件的正截面受弯承载力计算公式式中 x截面受压区高度，当x0.2 h0时，取x 0.2 h0 ；h0截面有效高度h0has,其中h为截面高度；当 l0 h2.0时，跨中截面as取0.1 h ，支座截面as取0.2 h ;当 时， l0 h2.0 ， as按受拉区纵向钢筋截面重心至受拉边 缘的实际距离取用。当l0 h时，取内力臂 z0.6 l0 。73深受弯构件l二、斜截面承载力计算 1斜截面承载
13、力计算公式 矩形、T形和I形截面的深受弯构件，在均布荷载 作用下，当配有竖向分布钢筋和水平分布钢筋 时，其斜截面的受剪承载力应按下列公式计算 ：74深受弯构件对集中荷载作用下的深受弯构件(包括作用有多 种荷载，且其中集中荷载对支座截面所产生的 剪力值占总剪力值的75以上的情况)，其斜截 面的受剪承载力应按下式计算：式中 计算剪跨比：当l0 h2.0时，取 0.25； 当 2.0 l0 h 5.0时，取 a h0 ，其中， a为集中荷载 到深受弯构件支座的水平距离； 的上限值为 (0.92 l0 h1.58)，下限值为(0.42 l0 h 0.58)；l0 h跨高比，当l0 h 2.0时，取l0
14、 h 2.0 。 75深受弯构件1斜截面承载力计算公式l 在l0 h5.0时，以上两式与一般受弯构件受剪承载 力计算公式相衔接。l由于深梁中水平及竖向分布钢筋对受剪承载力的作用 有限，当深梁受剪承载力不足时，应主要通过调整截 面尺寸或提高混凝土强度等级来满足受剪承载力要求 。 一般要求不出现斜裂缝的钢筋混凝土深梁，应符合下列条 件：式中 Vk按荷载效应的标准组合计算的剪力值。此时可不进行斜截面受剪承载力计算，但应按构造要求 配置分布钢筋，同时应满足纵向受拉钢筋、水平和竖向 分布钢筋的最小配筋率要求。76深受弯构件2截面尺寸条件 深受弯构件的受剪截面应符合下列条件：l当hw b4时l当hw b6
15、时l当4hw b 6时，按线性内插法取用。 式中 V剪力设计值； l0 计算跨度，当l0 2h时，取l0 2h ；b矩形截面的宽度以及T形、I形截面的腹板厚度；h、 h0截面高度、截面有效高度；hw截面的腹板高度：对矩形截面，取有效高度h0 ；对T 形截面，取有效高度减去翼缘高度；对I形和箱形截面，取腹板 净高； c混凝土强度影响系数.77深受弯构件3深梁局部受压承载力计算钢筋混凝土深梁在承受支座反力的作用部位以 及集中荷载作用部位，有发生局部受压破坏的 可能性，应进行局部受压承载力计算，必要时 还应配置间接钢筋。将支承深梁的柱伸到深梁 顶能有效降低深梁支座传力面发生局部受压破 坏的可能性。局部受压承载力计算要求详混凝土结构设计 规范。78深受弯构件l三、构造要求深梁的截面宽度不应小于140mm。当l0 h 1.0时，hb不宜大于25；当 l0 h 1.0时， l0 b不宜大于25。深梁 的混凝土强度等级不应低于C20。当深梁支承在钢筋混凝土柱上时，宜将柱伸 至深梁顶。深梁顶部应与楼板等水平构件 可靠连接。 79深受弯构件l三、构造要求1纵向受拉钢筋l 钢筋混凝土深梁的纵向受拉钢筋宜采用较小的直 径。简支深梁和连续深梁的下部纵向钢筋宜均匀布 置在梁下
