第四章混凝土結(jié)構(gòu)

1、第四章第四章 混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)朱俊濤鄭州大學土木工程學院 講師/博士研究方向:工程結(jié)構(gòu)抗震及振動控制;工程結(jié)構(gòu)加固mailto:; TEL:：主要有矩形、形、倒形、形、梁：主要有矩形、形、倒形、形、形、十字形、花籃形等。形、十字形、花籃形等。 4.1.1 截面形式及尺寸截面形式及尺寸 1、截面形式、截面形式板：一般為矩形、空心板、槽形板等。板：一般為矩形、空心板、槽形板等。 梁、板的截面尺寸必須滿足承載力、剛度和裂縫控制要求，同時還應滿足梁、板的截面尺寸必須滿足承載力、剛度和裂縫控制要求，同時還應滿足模數(shù)，以利模板定型化。模數(shù)，以利模板定型化。2、梁、梁、板的截面

2、尺寸、板的截面尺寸（1）按剛度要求）按剛度要求 梁、板的截面高度不宜小于規(guī)范所列梁、板的截面高度不宜小于規(guī)范所列數(shù)值。數(shù)值。（2）按模數(shù)要求）按模數(shù)要求 梁的截面高度梁的截面高度h一般可取一般可取250、300800、900、1000等，等，h800mm時以時以50mm為模數(shù)，為模數(shù)，h800mm時以時以100mm為模數(shù)；矩形梁的截面寬度和為模數(shù)；矩形梁的截面寬度和T形截面的肋寬形截面的肋寬b宜采宜采用用100、120、150、180、200、220、250mm，大于，大于250mm時以時以50mm為模數(shù)。梁適宜為模數(shù)。梁適宜的截面高寬比的截面高寬比h/b，矩形截面為，矩形截面為23.5，T形

3、截面為形截面為2.54.0。（3）按構(gòu)造要求）按構(gòu)造要求 現(xiàn)澆板的厚度不應小于規(guī)范所列的數(shù)值?，F(xiàn)澆板的厚度一般取為現(xiàn)澆板的厚度不應小于規(guī)范所列的數(shù)值?，F(xiàn)澆板的厚度一般取為10mm的倍數(shù)，的倍數(shù)，工程中現(xiàn)澆板的常用厚度為工程中現(xiàn)澆板的常用厚度為60、70、80、100、120mm。 作用：作用：一是保護鋼筋不致銹蝕，保證結(jié)構(gòu)的耐久性；二是保證鋼筋與混一是保護鋼筋不致銹蝕，保證結(jié)構(gòu)的耐久性；二是保證鋼筋與混凝土間的粘結(jié)；三是在火災等情況下，避免鋼筋過早軟化。凝土間的粘結(jié)；三是在火災等情況下，避免鋼筋過早軟化。 大小：大?。嚎v向受力鋼筋的混凝土保護層不應小于鋼筋的公稱直徑，并符合縱向受力鋼筋的混凝土

4、保護層不應小于鋼筋的公稱直徑，并符合規(guī)范的規(guī)定。規(guī)范的規(guī)定?；炷帘Ｗo層Concrete Covering縱向鋼筋箍筋stirrupDurability and Fire protection4.1.2 混凝土保護層厚度混凝土保護層厚度 實際工程中，一類環(huán)境中梁、板的混凝土保護層厚度一般取為：混實際工程中，一類環(huán)境中梁、板的混凝土保護層厚度一般取為：混凝土強度等級凝土強度等級C20時，梁時，梁30mm，板，板20mm；混凝土強度等級；混凝土強度等級C25時，時，梁梁25mm，板，板15mm。 設計使用年限為設計使用年限為100年的，表中數(shù)值年的，表中數(shù)值1.4（1）梁的配筋）梁的配筋 梁中通常

5、配置縱向受力鋼筋、彎起鋼筋、箍筋、架立鋼筋等，構(gòu)成鋼梁中通常配置縱向受力鋼筋、彎起鋼筋、箍筋、架立鋼筋等，構(gòu)成鋼筋骨架。筋骨架。4.1.3 梁、板的配筋梁、板的配筋 縱向受力鋼筋縱向受力鋼筋 作用：作用：配置在受拉區(qū)的縱向受力鋼筋主要用來承受由彎矩在梁內(nèi)配置在受拉區(qū)的縱向受力鋼筋主要用來承受由彎矩在梁內(nèi)產(chǎn)生的拉力，配置在受壓區(qū)的縱向受力鋼筋則是用來補充混凝土受壓產(chǎn)生的拉力，配置在受壓區(qū)的縱向受力鋼筋則是用來補充混凝土受壓能力的不足。能力的不足。 直徑：直徑：直徑應當適中，太粗不便于加工，與混凝土的粘結(jié)力也差；直徑應當適中，太粗不便于加工，與混凝土的粘結(jié)力也差；太細則根數(shù)增加，在截面內(nèi)不好布置，

6、甚至降低受彎承載力。梁縱向太細則根數(shù)增加，在截面內(nèi)不好布置，甚至降低受彎承載力。梁縱向受力鋼筋的常用直徑受力鋼筋的常用直徑d=1225mm。當。當h300mm時，時，d8mm；當；當h300mm時，時，d10mm。 根數(shù)：根數(shù)：梁中受拉鋼筋的根數(shù)不應少于梁中受拉鋼筋的根數(shù)不應少于2根，最好不少于根，最好不少于34根。根?？v向受力鋼筋應盡量布置成一層。當一層排不下時，可布置成兩層，縱向受力鋼筋應盡量布置成一層。當一層排不下時，可布置成兩層，但應盡量避免出現(xiàn)兩層以上的受力鋼筋，以免過多地影響截面受彎但應盡量避免出現(xiàn)兩層以上的受力鋼筋，以免過多地影響截面受彎承載力。承載力。 架立鋼筋架立鋼筋 位置位

7、置：設置在受壓區(qū)外緣兩側(cè)，并平行于縱向受力鋼筋。設置在受壓區(qū)外緣兩側(cè)，并平行于縱向受力鋼筋。 作用：作用：一是固定箍筋位置以形成梁的鋼筋骨架；二是承受因溫度一是固定箍筋位置以形成梁的鋼筋骨架；二是承受因溫度變化和混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應力，防止發(fā)生裂縫。受壓區(qū)配置的縱變化和混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應力，防止發(fā)生裂縫。受壓區(qū)配置的縱向受壓鋼筋可兼作架立鋼筋。向受壓鋼筋可兼作架立鋼筋。 彎起鋼筋彎起鋼筋 作用：彎起鋼筋在跨中是縱向受力鋼筋的一部分，在靠近支作用：彎起鋼筋在跨中是縱向受力鋼筋的一部分，在靠近支座的彎起段彎矩較小處則用來承受彎矩和剪力共同產(chǎn)生的主拉應力，座的彎起段彎矩較小處則用來承受彎矩和剪

8、力共同產(chǎn)生的主拉應力，即作為受剪鋼筋的一部分。即作為受剪鋼筋的一部分。 彎起角：鋼筋的彎起角度一般為彎起角：鋼筋的彎起角度一般為45，梁高，梁高h800mm時可采時可采用用60。彎起鋼筋位置： 設置條件：設置條件：梁的腹板高度梁的腹板高度hw450mm 縱向構(gòu)造鋼筋及拉筋縱向構(gòu)造鋼筋及拉筋 作用：作用：當梁的截面高度較大時，為了防止在梁的側(cè)面產(chǎn)生垂直于當梁的截面高度較大時，為了防止在梁的側(cè)面產(chǎn)生垂直于梁軸線的收縮裂縫，同時也為了增強鋼筋骨架的剛度，增強梁的抗扭梁軸線的收縮裂縫，同時也為了增強鋼筋骨架的剛度，增強梁的抗扭作用。作用。（2）板的配筋）板的配筋 板通常只配置縱向受力鋼筋和分布鋼筋板通

9、常只配置縱向受力鋼筋和分布鋼筋 受力鋼筋受力鋼筋 作用：作用：用來承受彎矩產(chǎn)生的拉力。用來承受彎矩產(chǎn)生的拉力。 直徑：直徑：常用直徑為常用直徑為6、8、10、12mm。 間距：間距：當當h150mm時，不宜大于時，不宜大于200mm；當；當h150mm時，時，不宜大于不宜大于1.5h，且不宜大于，且不宜大于300mm。板的受力鋼筋間距通常不宜小。板的受力鋼筋間距通常不宜小于于70mm。 分布鋼筋分布鋼筋 作用：作用：一是固定受力鋼筋的位置，形成鋼筋網(wǎng)；二是將板上一是固定受力鋼筋的位置，形成鋼筋網(wǎng)；二是將板上荷載有效地傳到受力鋼筋上去；三是防止溫度或混凝土收縮等原因荷載有效地傳到受力鋼筋上去；三

10、是防止溫度或混凝土收縮等原因沿跨度方向的裂縫。沿跨度方向的裂縫。 數(shù)量：數(shù)量：梁式板中單位長度上分布鋼筋的截面面積不宜小于單位梁式板中單位長度上分布鋼筋的截面面積不宜小于單位寬度上受力鋼筋截面面積的寬度上受力鋼筋截面面積的15，且不宜小于該方向板截面面積的，且不宜小于該方向板截面面積的0.15%。分布鋼筋的直徑不宜小于。分布鋼筋的直徑不宜小于6mm，常用直徑為，常用直徑為6、8mm。 間距：間距：不宜大于不宜大于250mm；當集中荷載較大時，分布鋼筋截面面；當集中荷載較大時，分布鋼筋截面面積應適當增加，間距不宜大于積應適當增加，間距不宜大于200mm。分布鋼筋應沿受力鋼筋直線。分布鋼筋應沿受力

11、鋼筋直線段均勻布置，并且受力鋼筋所有轉(zhuǎn)折處的內(nèi)側(cè)也應配置。段均勻布置，并且受力鋼筋所有轉(zhuǎn)折處的內(nèi)側(cè)也應配置。1、單、單筋截面受彎構(gòu)件沿正截面的破壞特征筋截面受彎構(gòu)件沿正截面的破壞特征 根據(jù)根據(jù)梁縱向鋼筋配筋率的不同，鋼筋混凝土梁可分為適筋梁縱向鋼筋配筋率的不同，鋼筋混凝土梁可分為適筋梁、超筋梁和少筋梁三種類型，不同類型梁的具有不同破壞特梁、超筋梁和少筋梁三種類型，不同類型梁的具有不同破壞特征。征。 4.2.1 單筋矩形截面單筋矩形截面配筋率：縱向受拉鋼筋截面面積與混凝土有效面積的比值，配筋率：縱向受拉鋼筋截面面積與混凝土有效面積的比值，即：即：h0haAsbxnecesf簡支梁三等分加載示意圖

12、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。截面抗彎剛度較大，撓度和截面曲率很小，鋼筋的應力也很小，且都與彎矩近似成正比。當受拉邊緣的拉應變達到混凝土極限拉應變時（et=etu），為截面即將開裂的臨界狀態(tài)，此時的彎矩值稱為開裂彎矩Mcr（ cracking moment）在開裂瞬間，開裂截面受拉區(qū)混凝土退出工作，其開裂前承擔的拉力將轉(zhuǎn)移給鋼筋承擔，導致鋼筋應力有一突然增加（應力重分布），這使中和軸比開裂前有較大上移。荷載繼續(xù)增加，鋼筋拉應力、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

13、受壓區(qū)混凝土壓應力不斷增大，其彈塑性特性表現(xiàn)得越來越顯著，受壓區(qū)應力圖形逐漸呈曲線分布。當荷載達到某一數(shù)值時，縱向受拉鋼筋將開始屈服。該階段鋼筋的拉應變和受壓區(qū)混凝土的壓應變都發(fā)展很快，截面受壓區(qū)邊緣纖維應變增大到混凝土極限壓應變時，構(gòu)件即開始破壞。其后，再進行試驗時雖然仍可以繼續(xù)變形，但所承受的彎矩將開始降低，最后受壓區(qū)混凝土被壓碎而導致構(gòu)件完全破壞。1. 梁的三個工作階段第一階段：抗裂計算的依據(jù)第二階段：構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)中 變形與裂縫寬度驗算的依據(jù)第三階段：承載力極限狀態(tài)計算的依據(jù)2 破壞形式 （Failure modes）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

14、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，破壞前可吸收較大的應變能，有明顯的預兆，這種破壞稱為“延性破壞”超筋梁超筋梁的破壞取決于混凝土的壓壞，的破壞取決于混凝土的壓壞，Mu與鋼筋強度無關，且鋼筋受拉強度與鋼筋強度無關，且鋼筋受拉強度未得到充分發(fā)揮，破壞又沒有明顯的預兆，因此，在工程中應避免采用。未得到充分發(fā)揮，破壞又沒有明顯的預兆，因此，在工程中應避免采用。配筋配筋較少時較少時，鋼筋有可能在梁一開裂時就進入強化，鋼筋有可能在梁一開裂時就進入強化段最終被段最終被拉斷，拉斷， 梁的梁的破壞與素混凝土梁類似，屬于受拉脆性破壞特征。破壞與素混凝土梁類似，屬于受拉脆性破壞特征。少筋梁的

15、這種受拉脆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，很不安全，而且也很不經(jīng)濟，因此在建筑結(jié)構(gòu)中不容許采用。因此在建筑結(jié)構(gòu)中不容許采用。不同配筋率梁的破壞形態(tài) 結(jié)論：適筋梁的材料強結(jié)論：適筋梁的材料強度能得到充分發(fā)揮，安全度能得到充分發(fā)揮，安全經(jīng)濟，是正截面承載力計經(jīng)濟，是正截面承載力計算的依據(jù)，而少筋梁、超算的依據(jù)，而少筋梁、超筋梁都應避免筋梁都應避免2.單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計算單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計算（1）計算原則）計算原則 1）基本假定）基本假定 平截面假定。平截面假定。sEssesssvEfe

16、fy鋼筋的應力鋼筋的應力 等于鋼筋應變等于鋼筋應變 與其彈性模量與其彈性模量 的乘的乘積，但不得大于其強度設計值，即積，但不得大于其強度設計值，即ssesEyfsssvEfe 不考慮截面受拉區(qū)混凝土的抗拉強度。不考慮截面受拉區(qū)混凝土的抗拉強度。 受壓混凝土采用理想化的應力應變關系，當混凝土強度受壓混凝土采用理想化的應力應變關系，當混凝土強度等級為等級為C50及以下時，混凝土極限及以下時，混凝土極限壓應變壓應變 =0.0033。 cueyffcsEssesssvEfefyecu= 0.0033ec= 0.0025es= 0.0050.002ec= 0.001ec= 0.0020.00150.00

17、5在極限彎矩的計算中，僅需知道 C 的大小和作用位置yc即可。 可取等效矩形應力圖形來代換受壓區(qū)混凝土應力圖。等效原則：1.等效矩形應力圖形與實際拋物線應力圖形的面積相等，即合力大小相等；2.等效矩形應力圖形與實際拋物線應力圖形的形心位置相同，即合力作用點不變。等效矩形應力圖 （ Equivalent Rectangular Stress Block ） , 0sscAbxfN)2( , 00 xhbxfMMcu基本方程對于適筋梁，受拉鋼筋應力s=fyh0-x/2h00hx)5 . 01 ( , 0 , 0200bhfMMAhbfNcussc相對受壓區(qū)高度 cyscyffbhAff0基本方程改

18、寫為：0bhAsReinforcement Ratio 相對受壓區(qū)高度相對受壓區(qū)高度 不僅反映了鋼筋與混凝土的面積比（不僅反映了鋼筋與混凝土的面積比（配筋率配筋率 ），也反映），也反映鋼筋與混凝土的鋼筋與混凝土的材料強度比材料強度比，是反映構(gòu)件中兩種材料配比的本質(zhì)參數(shù)。，是反映構(gòu)件中兩種材料配比的本質(zhì)參數(shù)。4.2.3 界限相對受壓區(qū)高度界限相對受壓區(qū)高度 0hxbb相對界限受壓區(qū)高度僅與材料性能有關，而與截面尺寸無關！cuyycucubbbhxhxeeeee11 000cueye0h0bx)5 .01 (20max,bbcubhfM達到界限破壞時的受彎承載力為ycbbffmax)5 . 01

19、(max,bbs適筋梁的判別條件 本質(zhì)是maxb20max,max,bhfMMcsub 是否超筋破壞的判斷： 若 ，構(gòu)件破壞時受拉鋼筋不能屈服，表明構(gòu)件 超筋破壞； 若 ，構(gòu)件破壞時受拉鋼筋已經(jīng)達到屈服強度， 表明發(fā)生的破壞為適筋破壞或少筋破壞。bb同時不應小同時不應小于于0.2% ；對于現(xiàn)澆板和基礎底板沿每個方向受拉鋼筋的最小配筋率不應小于對于現(xiàn)澆板和基礎底板沿每個方向受拉鋼筋的最小配筋率不應小于0.15%。ytsffbhA45.0min最小配筋率規(guī)定了最小配筋率規(guī)定了少筋和適筋的界限少筋和適筋的界限4.2.4 最小配筋率防止發(fā)生少筋破壞，應滿足防止發(fā)生少筋破壞，應滿足min 或或 AsAs

20、，min=minbh。 對少筋梁，應將其受彎承載力降低使用（已建成工程）或修改設對少筋梁，應將其受彎承載力降低使用（已建成工程）或修改設計。計。 判斷截面是否安全判斷截面是否安全 若若MMu，則截面安全。，則截面安全。 例4.1】 某鋼筋混凝土矩形截面簡支梁，跨中彎矩設計值M=210kNm，梁的截面尺寸bh=250500mm，采用C25級混凝土，HRB335級鋼筋。試確定跨中截面縱向受力鋼筋的數(shù)量。h0-x/2h0 , 0sycAfbxfN)2( , 00 xhbxfMMcubfMhhxc120020bhxycfbxfA/1sbmin 或 AsAs,min=minbh。ytsffbhA45.0

21、mincuyycucubbbhxhxeeeee11 000同時不應小于0.2% ；對于現(xiàn)澆板和基礎底板沿每個方向受拉鋼筋的最小配筋率不應小于0.15%。h0 xbh35h0 xbh60【解解】查表得查表得fc=11.9 N/mm2，ft=1.27 N/mm2，fy =300N/mm2，（設計值?。┰O計值?。?=1.0，b=0.551. 確定截面有效高度確定截面有效高度h0假設縱向受力鋼筋為單層，則假設縱向受力鋼筋為單層，則h0=h-40=500-35=460mm2. 計算計算x，并判斷是否為超筋梁，并判斷是否為超筋梁 =194.7 =0.55460=253.0mm不不屬超筋梁。屬超筋梁。bfM

22、hhxc120020bh3. 計算計算As ，并判斷是否為少筋梁，并判斷是否為少筋梁 =1.011.9250194.7/300=1930.1mm20.45ft/fy =0.451.27/300=0.19%0.2%，取，取 min=0.2% As，min=0.2%250500=250mm2 As=1930.1mm2不屬少筋梁。不屬少筋梁。4. 選配鋼筋選配鋼筋選配選配5 25（As=2453mm2）.y1sfbxfAc2）復核己知截面的承載力）復核己知截面的承載力己知：構(gòu)件截面尺寸己知：構(gòu)件截面尺寸b、h，鋼筋截面面積，鋼筋截面面積As，混凝土強度，混凝土強度 等級，鋼筋級別，彎矩設計值等級，鋼

23、筋級別，彎矩設計值M 求：復核截面是否安全求：復核截面是否安全計算步驟：計算步驟： 確定截面有效高度確定截面有效高度h0 判斷梁的類型判斷梁的類型 若若 ，且且 ， 為適筋梁；為適筋梁；若若x ，為超筋梁；，為超筋梁；若若Asmin bh，為少筋梁。，為少筋梁。計算截面受彎承載力計算截面受彎承載力Mu適筋梁適筋梁超筋梁超筋梁bffAxc1ysbhAsmin0bhx0bh20ysuxhfAM)5 . 01 (bb20c1maxu,bhfM ,0sycAfbxfN)2( ,00 xhbxfMMcu)5 . 01 ( , 0 , 0200bhfMMAhbfNcussc例例4-4 復核己知截面的承載力

24、復核己知截面的承載力己知：構(gòu)件截面尺寸己知：構(gòu)件截面尺寸b=250、h=500，鋼筋截面面積，鋼筋截面面積As，混凝，混凝土強度土強度 等等C40級，鋼筋級別級，鋼筋級別HRB335，彎矩設計值，彎矩設計值M=125KN.m 求：復核截面是否安全求：復核截面是否安全計算步驟：計算步驟： 確定截面有效高度確定截面有效高度h0 判斷梁的類型判斷梁的類型250500c418ash0=466hAs=1017mm2 若若 ，且，且 為適筋梁；為適筋梁；計算截面受彎承載力計算截面受彎承載力Mu適筋梁適筋梁bffAxc1ysbhAsmin0bhx20ysuxhfAM=63.84mm=0.55466=256.3mm=0.26250500=130mm2)5 . 01 (20bhfMcu=