03.12 受彎性能.ppt

1、第三章 受彎構(gòu)件,概述,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,M圖,受彎計算,M Mu,V圖,受剪計算,V Vu,第三章 受彎構(gòu)件,概述,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計內(nèi)容： (1) 正截面受彎承載力計算按已知截面彎矩設(shè)計值M，計算確定截面尺寸和縱向受力鋼筋； (2) 斜截面受剪承載力計算按受剪計算截面的剪力設(shè)計值V，計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算； (5) 繪制施工圖。,第三章 受彎構(gòu)件,3.1 梁、板的一般構(gòu)造,3.1 梁、板的一般構(gòu)造 3.1

2、.1截面形狀與尺寸,1. 截面形狀 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,3.1 梁、板的一般構(gòu)造,第三章 受彎構(gòu)件,第三章 受彎構(gòu)件,3.1 梁、板的一般構(gòu)造,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性，梁底部鋼筋的凈距不小于25mm及鋼筋直徑d，梁上部鋼筋的凈距

3、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，可多排配置，也可以采用并筋配置方式；,第三章 受彎構(gòu)件,3.1 梁、板的一般構(gòu)造,梁上部無受壓鋼筋時，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h450mm時，要求在梁兩側(cè)沿高度每隔200300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

4、h=250、300、750、800、900、(mm)。,第三章 受彎構(gòu)件,3.1 梁、板的一般構(gòu)造,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，級鋼筋； 板厚度較大時，鋼筋直徑可用1418mm，級鋼筋； 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，同時也可抵抗溫度和收縮等產(chǎn)生的應(yīng)力。,as= 2025mm,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,3.2 梁的受彎性能(Flexural Behavior of RC Beam),a,A

5、s,f,試驗錄像,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,3.2 梁的受彎性能(Flexural Behavior of RC Beam),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,3.2 梁的受彎性能(Flexural Behavior of RC Beam),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,3.2 梁的受彎性能(Flexural Behavior of RC Beam),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,3.2 梁的受彎性能(Flexural Behavior of RC Beam),第三章 受彎構(gòu)件的正截

6、面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,3.2 梁的受彎性能(Flexural Behavior of RC Beam),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,3.2 梁的受彎性能(Flexural Behavior of RC Beam),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,彈性受力階段（階段）, 從開始加荷到受拉區(qū)混凝土開裂，梁的整個截面均參加受力。雖然受拉區(qū)混凝土在開裂以前有一定的塑性變形，但整個截面的受力基本接近線彈性，荷載-撓度曲線或彎矩-曲率曲線基本接近直線。截面抗彎剛度較大，撓度和截面曲率很小，鋼筋的應(yīng)力也很小，且都與彎矩近似成正比。, 當(dāng)受

7、拉邊緣的拉應(yīng)變達(dá)到混凝土極限拉應(yīng)變時（et=etu），為截面即將開裂的臨界狀態(tài)（a狀態(tài)），此時的彎矩值稱為開裂彎矩Mcr cracking moment,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,帶裂縫工作階段（階段）, 在開裂瞬間，開裂截面受拉區(qū)混凝土退出工作，其開裂前承擔(dān)的拉力將轉(zhuǎn)移給鋼筋承擔(dān)，導(dǎo)致鋼筋應(yīng)力有一突然增加（應(yīng)力重分布），這使中和軸比開裂前有較大上移。,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,帶裂縫工作階段（階段）, 隨著荷載增加，受拉區(qū)不斷出現(xiàn)一些裂縫，拉區(qū)混凝土逐步退出工作，截面抗彎剛度降低，荷載-撓度曲線或彎矩-曲率曲線有明顯的轉(zhuǎn)折。,

8、雖然受拉區(qū)有許多裂縫，但如果縱向應(yīng)變的量測標(biāo)距有足夠的長度（跨過幾條裂縫），則平均應(yīng)變沿截面高度的分布近似直線。 （平截面假定）,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,帶裂縫工作階段（階段）, 荷載繼續(xù)增加，鋼筋拉應(yīng)力、撓度變形不斷增大，裂縫寬度也不斷開展，但中和軸位置沒有顯著變化。, 由于受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力不斷增大，其彈塑性特性表現(xiàn)得越來越顯著，受壓區(qū)應(yīng)力圖形逐漸呈曲線分布。,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,帶裂縫工作階段（階段）, 當(dāng)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時，梁的受力性能將發(fā)生質(zhì)的變化。此時的受力狀態(tài)記為a狀態(tài)，彎矩記為My，稱為屈服彎矩(yie

9、lding moment)。 此后，梁的受力將進(jìn)入屈服階段（階段），撓度、截面曲率、鋼筋應(yīng)變及中和軸位置曲線均出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折。, 荷載繼續(xù)增加，鋼筋拉應(yīng)力、撓度變形不斷增大，裂縫寬度也不斷開展，但中和軸位置沒有顯著變化。, 由于受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力不斷增大，其彈塑性特性表現(xiàn)得越來越顯著，受壓區(qū)應(yīng)力圖形逐漸呈曲線分布。,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,屈服階段（階段）, 對于配筋合適的梁，鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服時，受壓區(qū)混凝土一般尚未壓壞。 在該階段，鋼筋應(yīng)力保持為屈服強(qiáng)度fy不變，即鋼筋的總拉力T保持定值，但鋼筋應(yīng)變es則急劇增大，裂縫顯著開展。 中和軸迅速上移，受壓區(qū)高度x

10、n有較大減少。,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,屈服階段（階段）, 由于受壓區(qū)混凝土的總壓力C與鋼筋的總拉力T應(yīng)保持平衡，即T=C，受壓區(qū)高度xn的減少將使得混凝土壓應(yīng)力和壓應(yīng)變迅速增大，混凝土受壓的塑性特征表現(xiàn)的更為充分。 同時，受壓區(qū)高度xn的減少使得鋼筋拉力 T 與混凝土壓力C之間的力臂有所增大，截面彎矩也略有增加。,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,屈服階段（階段）, 由于在該階段鋼筋的拉應(yīng)變和受壓區(qū)混凝土的壓應(yīng)變都發(fā)展很快，截面曲率f 和梁的撓度變形f也迅速增大，曲率f 和梁的撓度變形f的曲線斜率變得非常平緩，這種現(xiàn)象可以稱為“截面屈

11、服”。,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,屈服階段（階段）, 由于混凝土受壓具有很長的下降段，因此梁的變形可持續(xù)較長，但有一個最大彎矩Mu。, 超過Mu后，承載力將有所降低，直至壓區(qū)混凝土壓酥。Mu稱為極限彎矩，此時的受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變稱為極限壓應(yīng)變ecu，對應(yīng)截面受力狀態(tài)為“a狀態(tài)”。 ecu約在0.003 0.005范圍，超過該應(yīng)變值，壓區(qū)混凝土即開始壓壞，表明梁達(dá)到極限承載力。因此該應(yīng)變值的計算極限彎矩Mu的標(biāo)志。,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,配筋合適的鋼筋混凝土梁在屈服階段這種承載力基本保持不變，變形可以持續(xù)很長的現(xiàn)象，表明在完

12、全破壞以前具有很好的變形能力，有明顯的預(yù)兆，這種破壞稱為“延性破壞”,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,a狀態(tài)：計算Mcr的依據(jù),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,a狀態(tài)：計算Mcr的依據(jù),階段：計算裂縫、剛度的依據(jù),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,a狀態(tài)：計算Mcr的依據(jù),階段：計算裂縫、剛度的依據(jù),a狀態(tài)：計算My的依據(jù),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,a狀態(tài)：計算Mu的依據(jù),a狀態(tài)：計算Mcr的依據(jù),階段：計算裂縫、剛度的依據(jù),a狀態(tài)：計算My的依據(jù),第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3

13、.2 梁的受彎性能,受力特點：,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,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，將對其受力性能和破壞形態(tài)有很大影響。,配筋率,Reinforcement Ratio,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,配筋率r 增大 屈服彎矩My增大 屈服時，C增大，xn增加 ec也相應(yīng)增大,MyMu， ececu的過程縮短 第階段的變形能力減小,當(dāng)r = rb時，My=Mu,“a狀態(tài)”與“a狀態(tài)”重合 鋼筋屈服與壓區(qū)混凝土的壓壞同時達(dá)到，無第階段，梁在My后基本沒有變形能力。,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受

14、彎承載力,3.2 梁的受彎性能,界限破壞 Balanced Failure 界限彎矩Mb Balanced moment 界限配筋率rb Balanced Reinforcement Ratio,如果r r b，則在鋼筋沒有達(dá)到屈服前，壓區(qū)混凝土就會壓壞，表現(xiàn)為沒有明顯預(yù)兆的混凝土受壓脆性破壞的特征。這種梁稱為“超筋梁over reinforced ”。,超筋梁的破壞取決于混凝土的壓壞，Mu與鋼筋強(qiáng)度無關(guān)，比界限彎矩Mb僅有很少提高，且鋼筋受拉強(qiáng)度未得到充分發(fā)揮，破壞又沒有明顯的預(yù)兆，因此，在工程中應(yīng)避免采用。,試驗錄像 “超筋梁”,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,

15、另一方面，由于梁在開裂時受拉區(qū)混凝土的拉力釋放，使鋼筋應(yīng)力有一突然增量Dss。 與軸心受拉構(gòu)件類似，Dss 隨配筋率的減小而增大。 當(dāng)配筋率小于一定值時，鋼筋就會在梁開裂瞬間達(dá)到屈服強(qiáng)度， 即“a狀態(tài)”與“a狀態(tài)”重合，無第階段受力過程。 此時的配筋率稱為最小配筋率rmin 這種破壞取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土的受壓強(qiáng)度未得到充分發(fā)揮，極限彎矩很小。 配筋率如小于rmin，鋼筋有可能在梁一開裂時就進(jìn)入強(qiáng)化，甚至拉斷， 梁的破壞與素混凝土梁類似，屬于受拉脆性破壞特征。 少筋梁的這種受拉脆性破壞比超筋梁受壓脆性破壞更為突然，很不安全，而且也很不經(jīng)濟(jì)，因此在建筑結(jié)構(gòu)中不容許采用。,試驗錄像“少筋梁

16、”,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,第三章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力,3.2 梁的受彎性能,承載力和延性,鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞類型有三種基本形式,延性破壞：配筋合適的構(gòu)件，具有一定的承載力，同時破壞時具有一定的延性，如適筋梁（適筋軸拉構(gòu)件也屬于這種破壞，只是鋼筋混凝土軸拉構(gòu)件在實際工程中很少應(yīng)用）；（鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度都得到發(fā)揮） 受拉脆性破壞：承載力很小，取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度，破壞特征與素混凝土構(gòu)件類似。雖然由于配筋使構(gòu)件在破壞階段表現(xiàn)出很長的破壞過程，但這種破壞是在混凝土一開裂就產(chǎn)生，沒有預(yù)兆，也沒有第二階段；（少筋梁、少筋軸拉構(gòu)件）；（混凝土的抗壓強(qiáng)度未得到發(fā)揮） 受壓脆性破壞：具有較大的承載力