[優(yōu)質(zhì)文檔凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力

1、第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力第四章 受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力4.1 受彎構(gòu)件的一般構(gòu)造(梁板)截面上主要承受彎矩m和剪力v作用的構(gòu)件稱受彎構(gòu)件。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；（本章的主要內(nèi)容）2 斜截面受剪承載力計算（及保證斜截面抗彎的措施）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。第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力圖4-1 受彎構(gòu)件的破壞形式

2、圖4-2 受彎構(gòu)件的鋼筋配置 第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力4.1.1 截面形式與尺寸矩形矩形t形形工形工形疊合梁疊合梁十字形十字形梁梁窄而高矩形板矩形板空心板空心板槽形板槽形板板板寬而矮1、 截面形式第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力2、 梁的截面尺寸（1）高寬比：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。（2）模數(shù)尺寸：梁寬度b= 120、150、180、200、220、250、300 、350(mm)； 梁高度h=250、300、350、750、800、900、(mm)。（為與模板尺寸協(xié)調(diào)）砼等級:c20、 c25、c30 、c35 、 c403、 梁的縱向受

3、力鋼筋hd)300(8)300(10時時mmhmmdmmhmmd常用d=1225mm（1）級別:宜用hrb400, rrb400 ,hrb335 （2）根數(shù)：2根；宜3根以上;（3）直徑（1）保護(hù)層的作用：保證耐久性、防火性、鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能及混凝土澆注的密實性。（2）凈距的作用：保證鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能及混凝土澆注的密實性。（3）取值見左圖。（4）h0的概念： h0=h-as第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力4、 縱向鋼筋的凈距及混凝土保護(hù)層厚度單排單排 as= 35mm雙排雙排 as= 5060mmh0as 25mmdc cmin dc cmin d 30mm1.5d 25mmd 0sb

4、har= 縱向受拉鋼筋的配筋百分率第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力（%）as-縱向受拉鋼筋的總截面面積h0ash0asas=雙排時宜上下對齊h0as（1）架立鋼筋作用：架立筋與箍筋以及梁底部縱筋形成鋼筋骨架。配置量：見左圖。（2）梁側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋設(shè)置條件：hw 450mm。作用：減小梁腹部的裂縫寬度。配置量：間距及面積要求見左圖；直徑10mm；第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力5、 梁的縱向構(gòu)造鋼筋架架 d 8mm(l6m)hw 450200面積 0.001bhw1、 板的厚度：10mm的倍數(shù)。最小厚度：單向的屋面板、民用樓板為60mm；雙向板為80mm；無梁樓板為150mm。2、 板的受力鋼筋：直徑通

5、常為612mm，級鋼筋；板厚度較大時，直徑可用1418mm，級鋼筋；間距見上圖。第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力6、 板的構(gòu)造要求 200（h 150mm)150mm)分布筋分布筋 250及及1.5h（h 150mm)150mm)受力筋受力筋c 15mm及及d h0=h-20 h0 70直徑直徑 6mm間距間距 250mmmm面積面積 0.15as及及0.0015bh4、分布鋼筋作用：將荷載均勻地傳遞給受力鋼筋，固定受力鋼筋的位置，抵抗溫度和收縮等產(chǎn)生的應(yīng)力。 配置量：直徑、間距及面積要求見上圖。第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力6、 板的構(gòu)造要求 200（h 150mm)150mm)分布筋分布筋 25

6、0及及1.5h（h 150mm)150mm)受力筋受力筋c 15mm及及d h0=h-20 h0 70直徑直徑 6mm間距間距 250mmmm面積面積 0.15as及及0.0015bh3、保護(hù)層厚度：見上圖。第四章 受彎構(gòu)件正截面承載力habash04.2、試驗研究一、適筋梁的試驗4.2 試驗研究pp試驗錄像二、 梁的受彎性能(即適筋梁破壞的全過程)受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究ppcrpyeey yf fhabash0受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究p =puxne ecue ey yf fhabash00.40.60.81.0aaamcrmymu0 fm/mu受彎構(gòu)件

7、正截面承載力第四章4.2 試驗研究0.40.60.81.0aaamcrmymu0 esm/mu ey三、適筋梁破壞的全過程曲線 m-f 曲線 m-s曲線 0.40.60.81.0mcrmymu0 fm/mu fcr fy fu受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究0.40.60.81.0mcrmymu0m/mu0.50.40.30.20.1n=xn/h0 m-曲線 m-n曲線 1、第階段-彈性工作階段 （從開始加荷到受拉邊緣混凝土達(dá)到極限拉應(yīng)變）（1）梁整個截面參加受力。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。

8、截面撓度、曲率、鋼筋的應(yīng)力很小，且都與彎矩近似成正比。（2）當(dāng)受拉邊緣混凝土達(dá)到極限拉應(yīng)變時，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 。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究四、適筋梁正截面工作的三個階段（1）開裂瞬間的應(yīng)力重分布：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。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究0.40.60.81.0aaamcrmymu0 esm/mu ey2、第階段-帶裂縫工作階段 （ 從a到受拉鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度）（2）剛度退化：隨著

9、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。0.40.60.81.0mcrmymu0 fm/mu fcr fy fu（3） 平截面假定： 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。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究mes階段截面應(yīng)力和應(yīng)變分布（4）此階段中和軸位置基本不變：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。（5）壓區(qū)混凝土塑性特性愈加顯著：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)

10、得越來越顯著，受壓區(qū)應(yīng)力圖形逐漸呈曲線分布。0.40.60.81.0mcrmymu0m/mu0.50.40.30.20.1n=xn/h0受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究（6）達(dá)a狀態(tài)：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。0.40.60.81.0mcrmymu0m/mu0.50.40.30.20.1n=xn/h00.40.60.81.0mcrmymu0 fm/mu fcr fy fu受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究（7） 即將進(jìn)入第階段：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

11、軸位置曲線均出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折。eyfy（1）鋼筋應(yīng)力保持fy： 在該階段，鋼筋應(yīng)力保持屈服強(qiáng)度fy不變，即鋼筋的總拉力t保持定值，但鋼筋應(yīng)變es急劇增大，裂縫顯著開展。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章3、第階段屈服階段（ 從受拉鋼筋屈服到受壓邊緣砼達(dá)到cu）0.40.60.81.0mcrmymu0m/mu0.50.40.30.20.1n=xn/h0（2）混凝土壓應(yīng)力和壓應(yīng)變迅速增大：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。xn0.40.60.81.0mcrmymu0m/mu0.50.40

12、.30.20.1n=xn/h0（4）截面彎矩略有增加的原因：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。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究（3）受壓區(qū)高度 xn有較大減少：在該階段，中和軸迅速上移，受壓區(qū)高度 xn有較大減少。c內(nèi)力臂內(nèi)力臂0.40.60.81.0mcrmymu0 fm/mu fcr fy fu（5）截面屈服：該階段鋼筋的拉應(yīng)變和砼的壓應(yīng)變發(fā)展很快，導(dǎo)致截面曲率f 和梁撓度f 迅速增大，m-f 和m-f 的曲線斜率變得非常平緩，這種現(xiàn)象可以稱為“截面屈服”。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究（6）截面延性：由于混凝

13、土受壓具有很長的下降段及鋼筋屈服后具有很好的延性，故配筋合適的鋼筋混凝土梁在屈服階段具有承載力基本保持不變，變形可以持續(xù)很長的現(xiàn)象，表明在完全破壞以前具有很好的變形能力。這種變形能力一般用截面延性（u/ y)表示。0.40.60.81.0mcrmymu0 fm/mu fcr fy fu（8） ecu 取值：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)變值是計算極限彎矩mu的標(biāo)志。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究（7） a狀態(tài)：超過mu后，承載力將有所降低。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

14、受力狀態(tài)為“a狀態(tài)”。0.40.60.81.0aaamcrmymu0 fm/mu受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究五、各特征階段在設(shè)計中的應(yīng)用0.40.60.81.0aaamcrmymu0 fm/mua狀態(tài)：計算mcr的依據(jù)受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究0.40.60.81.0aaamcrmymu0 fm/mua狀態(tài)：計算mcr的依據(jù)階段：計算裂縫、剛度的依據(jù)受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究0.40.60.81.0aaamcrmymu0 fm/mua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)受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究0.

15、40.60.81.0aaamcrmymu0 fm/mua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)受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究材力中線彈性梁 rc 梁 原 因 中和軸不變 p-f、m-f關(guān)系為直線 yim=，wmtop= eim=f 中和軸變化 p-f、m-f關(guān)系不是直線 ？ ？ ft rb以后，進(jìn)入超筋梁破壞。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究0.40.60.81.0aaamcrmymu0 fm/mu受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究 梁開裂瞬間鋼筋達(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

16、。 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。 配筋率小于rmin，進(jìn)入少筋梁破壞。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。（2）適筋梁的配筋率r 減小到某一值時鏈接下一節(jié)受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究3、配筋率對梁破壞形態(tài)的影響（1）當(dāng)rmin r rmax 時,發(fā)生適筋破壞 破壞特征：鋼筋先屈服，然后混凝土壓碎。延性破壞。 材料利用情況：鋼筋

17、的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度都得到發(fā)揮。（2）當(dāng)r rmax 時,發(fā)生超筋破壞 破壞特征：鋼筋未屈服，混凝土壓碎。脆性破壞。 材料利用情況：鋼筋的受拉強(qiáng)度沒有發(fā)揮。（3）當(dāng)r rmin時,發(fā)生少筋破壞 破壞特征：梁一旦開裂，鋼筋即屈服（甚至強(qiáng)化或被拉斷）。脆性破壞。 材料利用情況：混凝土的抗壓強(qiáng)度未得到發(fā)揮。受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究4、配筋率對m-曲線的影響mymu0 f fmmumymy= mu適筋破壞適筋破壞r r minr r(較大較大) r rmax界限破壞界限破壞r r= r rmax少筋破壞少筋破壞r r r rmin適筋破壞適筋破壞r r minr r(較小較小

18、) r rmax受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究5、配筋率、承載力與延性的關(guān)系（1） （3） 款為了解內(nèi)容mymu0mmumy fy fur 增加延性系數(shù)yuff=f f（1）在工程設(shè)計中既要考慮承載力，也要考慮破壞時的變形能力，兩者具有同樣的重要意義。（2）因為在同樣承載力的情況下，延性大的結(jié)構(gòu)在倒塌前，具有明顯的預(yù)兆，在避免人員傷亡和財產(chǎn)損失方面有重要作用。（3） 從結(jié)構(gòu)吸收應(yīng)變能的角度出發(fā)，延性大的結(jié)構(gòu)，在最終倒塌前可以吸收更多的應(yīng)變能。（4）對于適筋梁，受拉配筋率越大，則承載力越高，但延性越差。試驗錄像試驗錄像受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究6、三種梁破壞時的外觀圖

19、適筋破壞超筋破壞少筋破壞1、引論-材料力學(xué)中線彈性梁截面應(yīng)力分析的基本思路e etope ebotf fye e =2/2/hhdyybm2himtop=2/hitop=yef=2/2/hhbottopee=截面上的應(yīng)變與距形心的距離成正比截面上的應(yīng)變與距形心的距離成正比ee=yhtop2/=應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線彈性應(yīng)變關(guān)系為線彈性受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究八、鋼筋混凝土梁正截面受彎的理論分析yef=（1）幾何關(guān)系：（2）物理關(guān)系：yyysfeeeeee= cuccnccffeeeeeee=000 )1 (1 平截面假定nsncxhx=0ee受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2

20、試驗研究esecxnh0f2、鋼筋混凝土梁正截面受彎的理論分析=nxcybc0d)(ecyybynxcc=0d)(e=txtccybt0d)(ecxtcttyybyt=0d)(esssat=scttc=（3）平衡條件cycm=軸力平衡彎矩平衡tcyt )(0nsxht受彎構(gòu)件正截面承載力第四章4.2 試驗研究 （從加載直到最終破壞，分析截面應(yīng)力分布、彎矩與變形的關(guān)系。具體分析步驟如下：）（a）給定一截面曲率f （由小到大）；（b）假定受壓邊緣混凝土應(yīng)變值ec；（c）由平截面假定，確定截面應(yīng)變分布和鋼筋應(yīng)變es；（d）利用物理關(guān)系，確定c和yc、tc和yt、ts；（e）驗算是否滿足軸力平衡條件，如滿足，進(jìn)行（f）; 如不滿足，修正ec后，重新分析（c） （e） ；（f）由彎矩平衡條件，計算截面彎矩。 （ 在以上分析過程中，對于每一級曲率增量