鋼筋混凝土梁（課件）

鋼筋混凝土梁設(shè)計(jì)本課件旨在全面介紹鋼筋混凝土梁的設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐。通過本課件的學(xué)習(xí)，您將掌握鋼筋混凝土材料的基本特性、荷載與內(nèi)力分析方法、正截面和斜截面承載力計(jì)算、裂縫控制與撓度驗(yàn)算，以及梁的構(gòu)造要求和設(shè)計(jì)案例分析。此外，還將簡介設(shè)計(jì)軟件在梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并解讀梁設(shè)計(jì)規(guī)范，為您的工程實(shí)踐提供有力支持。課程介紹：目標(biāo)與內(nèi)容課程目標(biāo)使學(xué)生掌握鋼筋混凝土梁的設(shè)計(jì)原理和方法，能夠進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)，并了解相關(guān)規(guī)范和軟件應(yīng)用。課程內(nèi)容包括材料特性、荷載分析、內(nèi)力計(jì)算、承載力計(jì)算、裂縫控制、撓度驗(yàn)算、構(gòu)造要求、設(shè)計(jì)案例分析、軟件應(yīng)用和規(guī)范解讀。鋼筋混凝土材料特性回顧1混凝土的特性混凝土的抗壓強(qiáng)度高，但抗拉強(qiáng)度較低，易開裂，耐久性受環(huán)境影響較大。2鋼筋的特性鋼筋具有良好的抗拉強(qiáng)度和延性，能夠承受較大的拉力，但易銹蝕。3二者的結(jié)合鋼筋混凝土結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，能夠承受較大的拉力和壓力，具有良好的耐久性?；炷恋牧W(xué)性能抗壓強(qiáng)度混凝土的主要力學(xué)性能指標(biāo)，決定了結(jié)構(gòu)的承載能力?？估瓘?qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，通常忽略不計(jì)。彈性模量反映混凝土的剛度，影響結(jié)構(gòu)的變形和穩(wěn)定性。鋼筋的力學(xué)性能1屈服強(qiáng)度鋼筋開始發(fā)生塑性變形的應(yīng)力，是設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。2抗拉強(qiáng)度鋼筋能夠承受的最大應(yīng)力，是衡量其承載能力的重要指標(biāo)。3延伸率鋼筋斷裂時(shí)的塑性變形能力，影響結(jié)構(gòu)的延性和安全性。鋼筋混凝土的共同工作機(jī)理粘結(jié)力鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力是保證二者共同工作的基礎(chǔ)，傳遞應(yīng)力。變形協(xié)調(diào)鋼筋和混凝土的變形協(xié)調(diào)，保證結(jié)構(gòu)受力時(shí)的整體性，避免過早破壞。應(yīng)力傳遞鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力，二者共同抵抗外力，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。荷載與內(nèi)力分析恒載結(jié)構(gòu)自重及固定在其上的各種構(gòu)件和材料的重量。1活載施加在結(jié)構(gòu)上的可變荷載，如人群、家具、設(shè)備等。2偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間可能出現(xiàn)的意外荷載，如地震、風(fēng)荷載等。3荷載類型及其組合1基本組合恒載和活載的標(biāo)準(zhǔn)組合，是最常見的荷載組合。2偶然組合考慮偶然荷載的影響，如地震、風(fēng)荷載等。3準(zhǔn)永久組合長期作用的荷載組合，用于計(jì)算長期撓度。內(nèi)力計(jì)算方法回顧1靜力平衡利用靜力平衡方程求解內(nèi)力。2結(jié)構(gòu)力學(xué)利用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算內(nèi)力。3有限元分析利用有限元軟件進(jìn)行內(nèi)力分析。正截面受彎承載力計(jì)算Mu彎矩設(shè)計(jì)值A(chǔ)s受拉鋼筋面積fy鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值基本假定與應(yīng)力應(yīng)變圖假定：平截面假定，鋼筋與混凝土之間無滑移，混凝土受拉區(qū)退出工作。受壓區(qū)混凝土的等效矩形應(yīng)力圖簡化計(jì)算將混凝土的非線性應(yīng)力分布簡化為等效矩形，方便計(jì)算。等效矩形應(yīng)力圖的參數(shù)：α1，β1，與混凝土強(qiáng)度等級有關(guān)。單筋矩形截面梁設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟確定荷載，計(jì)算內(nèi)力，選擇截面尺寸，計(jì)算配筋，驗(yàn)算承載力。計(jì)算公式根據(jù)平衡條件和材料強(qiáng)度，推導(dǎo)配筋計(jì)算公式。構(gòu)造要求滿足最小配筋率和最大配筋率的要求，保證結(jié)構(gòu)的可靠性。雙筋矩形截面梁設(shè)計(jì)適用情況當(dāng)單筋梁無法滿足承載力要求時(shí)，需要配置受壓鋼筋。設(shè)計(jì)方法首先按單筋梁計(jì)算，然后計(jì)算受壓鋼筋的配筋量。T形截面梁設(shè)計(jì)翼緣有效寬度確定翼緣的有效寬度，是T形梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。計(jì)算方法根據(jù)中和軸位置，分為翼緣受壓和腹板受壓兩種情況。構(gòu)造要求滿足翼緣和腹板的配筋要求，保證結(jié)構(gòu)的整體性。受彎構(gòu)件的裂縫控制1控制目的防止裂縫過寬，影響結(jié)構(gòu)耐久性和美觀。2控制方法限制鋼筋應(yīng)力，控制混凝土的拉應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能。3計(jì)算驗(yàn)算計(jì)算裂縫寬度，與規(guī)范限值進(jìn)行比較，滿足要求。裂縫寬度計(jì)算公式wk裂縫寬度σs鋼筋應(yīng)力ρte有效受拉鋼筋配筋率公式：wk=αcr*εsm*lmax影響裂縫寬度的因素鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力越大，裂縫寬度越大。配筋率配筋率越小，裂縫寬度越大?；炷翉?qiáng)度混凝土強(qiáng)度越高，裂縫寬度越小。提高抗裂性能的措施1減小鋼筋間距減小鋼筋間距，可以更有效地控制裂縫的開展。2增加配筋率增加配筋率，可以提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力。3采用高強(qiáng)度鋼筋采用高強(qiáng)度鋼筋，可以減小鋼筋應(yīng)力，從而減小裂縫寬度。撓度驗(yàn)算短期撓度在荷載作用下立即產(chǎn)生的撓度。1長期撓度考慮混凝土徐變和收縮的影響，長期作用下產(chǎn)生的撓度。2撓度限值根據(jù)規(guī)范要求，限制撓度的大小，保證結(jié)構(gòu)正常使用。3撓度計(jì)算方法理論計(jì)算適用于簡單構(gòu)件數(shù)值分析適用于復(fù)雜構(gòu)件理論計(jì)算：利用材料力學(xué)公式計(jì)算撓度。長期撓度的影響徐變混凝土在長期荷載作用下，變形隨時(shí)間增加的現(xiàn)象。收縮：混凝土在硬化過程中，體積減小的現(xiàn)象。減少撓度的有效措施增加截面高度增加截面高度，可以顯著提高結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，減小撓度。提高混凝土強(qiáng)度提高混凝土強(qiáng)度，可以提高結(jié)構(gòu)的彈性模量，減小撓度。增加配筋率增加受拉鋼筋的配筋率，可以提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能，減小撓度。斜截面受剪承載力計(jì)算受剪破壞斜截面受剪承載力不足，會(huì)導(dǎo)致剪切破壞，影響結(jié)構(gòu)安全。計(jì)算方法根據(jù)規(guī)范公式，計(jì)算混凝土和箍筋的抗剪承載力，滿足設(shè)計(jì)要求。受剪承載力計(jì)算公式Vcu混凝土抗剪承載力Vsu箍筋抗剪承載力Vu剪力設(shè)計(jì)值公式：Vu≤Vcu+Vsu影響受剪承載力的因素混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度越高，抗剪承載力越大。箍筋間距箍筋間距越小，抗剪承載力越大。剪跨比剪跨比越小，抗剪承載力越大。配箍筋的設(shè)計(jì)方法確定箍筋間距根據(jù)剪力設(shè)計(jì)值，計(jì)算需要的箍筋面積，確定箍筋間距。構(gòu)造要求滿足最小配箍率和最大箍筋間距的要求，保證結(jié)構(gòu)的可靠性。驗(yàn)算承載力驗(yàn)算配箍筋后的斜截面受剪承載力，滿足設(shè)計(jì)要求。構(gòu)造要求1最小配箍率保證結(jié)構(gòu)在正常使用階段具有一定的抗裂能力。2最大箍筋間距保證斜裂縫能夠被箍筋有效地控制。3箍筋形式采用封閉式箍筋，保證鋼筋的有效錨固。彎起鋼筋的作用和設(shè)計(jì)作用彎起鋼筋可以提高結(jié)構(gòu)的抗剪承載力，減輕箍筋的負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)根據(jù)剪力圖，確定彎起鋼筋的位置和數(shù)量，滿足設(shè)計(jì)要求。梁的截面尺寸選擇跨度梁的跨度越大，需要的截面尺寸越大。1荷載梁承受的荷載越大，需要的截面尺寸越大。2材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度越高，需要的截面尺寸越小。3截面尺寸對梁性能的影響高度截面高度增加，抗彎剛度增大，撓度減小，承載力提高。寬度：截面寬度增加，抗剪承載力增大，穩(wěn)定性提高。經(jīng)濟(jì)合理的截面尺寸范圍高度與跨度比根據(jù)規(guī)范要求，確定合理的截面高度與跨度比。寬度與高度比根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定合理的截面寬度與高度比。材料成本綜合考慮材料成本和施工難度，選擇經(jīng)濟(jì)合理的截面尺寸。鋼筋配置原則強(qiáng)度要求保證結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力，抵抗各種荷載的作用。裂縫控制控制裂縫寬度，防止結(jié)構(gòu)過早破壞，影響耐久性。最小配筋率的要求防止脆性破壞保證結(jié)構(gòu)在破壞前能夠產(chǎn)生明顯的塑性變形，避免脆性破壞?？刂屏芽p開展控制裂縫寬度，防止鋼筋銹蝕，提高結(jié)構(gòu)耐久性。提高結(jié)構(gòu)整體性提高結(jié)構(gòu)的整體性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力。最大配筋率的限制1防止超筋破壞保證結(jié)構(gòu)在破壞時(shí)，鋼筋先屈服，混凝土后壓碎，避免超筋破壞。2保證延性保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，能夠承受較大的變形，提高抗震能力。3便于施工避免鋼筋過于密集，影響混凝土的澆筑和振搗。鋼筋間距的規(guī)定保護(hù)層厚度保證鋼筋具有足夠的保護(hù)層厚度，防止銹蝕。粗骨料尺寸鋼筋間距應(yīng)大于粗骨料最大粒徑，便于混凝土澆筑。鋼筋直徑鋼筋間距應(yīng)大于鋼筋直徑，保證鋼筋能夠有效地傳遞應(yīng)力。鋼筋保護(hù)層厚度1防止鋼筋銹蝕保護(hù)層能夠有效地隔離鋼筋與外界環(huán)境，防止銹蝕。2傳遞應(yīng)力保護(hù)層能夠保證鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，傳遞應(yīng)力。3防火性能保護(hù)層能夠提高結(jié)構(gòu)的防火性能，防止鋼筋在高溫下強(qiáng)度降低。支座處鋼筋的錨固傳遞應(yīng)力保證支座處鋼筋能夠有效地傳遞應(yīng)力，抵抗剪力和彎矩。1防止滑移防止鋼筋在支座處發(fā)生滑移，影響結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。2保證連接可靠保證鋼筋與支座之間的連接可靠，傳遞荷載。3錨固長度的計(jì)算lab錨固長度fyk鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftd混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值公式：lab=α*(fyk/ftd)*d鋼筋的連接方式搭接連接將兩根鋼筋搭接在一起，通過混凝土的粘結(jié)力傳遞應(yīng)力。焊接連接：將兩根鋼筋焊接在一起，直接傳遞應(yīng)力。搭接連接的規(guī)定搭接長度搭接長度應(yīng)滿足規(guī)范要求，保證鋼筋能夠有效地傳遞應(yīng)力。搭接位置搭接位置應(yīng)盡量避開受力較大的區(qū)域，防止應(yīng)力集中。構(gòu)造要求搭接區(qū)域應(yīng)采取必要的構(gòu)造措施，保證鋼筋的有效錨固。焊接連接的應(yīng)用適用情況適用于鋼筋直徑較大，無法采用搭接連接的情況。焊接方法采用電弧焊、氣焊等方法進(jìn)行焊接，保證焊接質(zhì)量。機(jī)械連接的優(yōu)點(diǎn)連接強(qiáng)度高機(jī)械連接能夠提供更高的連接強(qiáng)度，滿足結(jié)構(gòu)的安全要求。施工方便機(jī)械連接施工方便快捷，提高施工效率。質(zhì)量可靠機(jī)械連接質(zhì)量可靠，受人為因素影響較小。梁的構(gòu)造要求1截面尺寸截面尺寸應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求。2鋼筋配置鋼筋配置應(yīng)滿足承載力、裂縫控制和構(gòu)造的要求。3連接方式鋼筋連接方式應(yīng)滿足強(qiáng)度和可靠性的要求。梁的跨高比限制撓度控制限制梁的跨高比，可以有效地控制撓度，保證結(jié)構(gòu)正常使用。振動(dòng)控制限制梁的跨高比，可以有效地控制振動(dòng)，提高結(jié)構(gòu)的舒適性。穩(wěn)定性控制限制梁的跨高比，可以有效地控制穩(wěn)定性，防止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。梁的支座形式選擇1簡支簡支梁兩端鉸接，只承受彎矩和剪力，計(jì)算簡單。2固支固支梁兩端固定，能夠承受彎矩、剪力和扭矩，承載力高。3連續(xù)連續(xù)梁由多個(gè)跨組成，能夠有效地減小撓度，提高結(jié)構(gòu)的整體性。簡支梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)荷載計(jì)算準(zhǔn)確計(jì)算荷載，是簡支梁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。1內(nèi)力計(jì)算根據(jù)荷載，計(jì)算彎矩和剪力，是簡支梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。2配筋計(jì)算根據(jù)內(nèi)力，計(jì)算鋼筋面積，是簡支梁設(shè)計(jì)的核心。3連續(xù)梁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)彎矩調(diào)幅減小跨中彎矩，提高承載力整體性好提高結(jié)構(gòu)抗震性能懸臂梁的設(shè)計(jì)考慮負(fù)彎矩懸臂梁支座處承受較大的負(fù)彎矩，需要加強(qiáng)配筋。撓度：懸臂梁的撓度較大，需要采取措施減小撓度。特殊荷載下的梁設(shè)計(jì)移動(dòng)荷載考慮移動(dòng)荷載的最不利位置，計(jì)算最大內(nèi)力。沖擊荷載考慮沖擊荷載的動(dòng)力效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力。爆炸荷載考慮爆炸荷載的沖擊波效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗爆能力。地震作用下的梁設(shè)計(jì)抗震設(shè)防根據(jù)抗震設(shè)防烈度，進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全。構(gòu)造措施采取必要的構(gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，如增加箍筋、設(shè)置抗震墻等。防火設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定耐火等級根據(jù)建筑物的耐火等級，確定梁的耐火極限。保護(hù)層厚度增加鋼筋保護(hù)層厚度，提高結(jié)構(gòu)的耐火性能。防火材料采用防火材料對梁進(jìn)行保護(hù)，提高結(jié)構(gòu)的耐火性能。梁設(shè)計(jì)案例分析1簡支梁分析簡支梁的設(shè)計(jì)過程，包括荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、配筋計(jì)算和驗(yàn)算。2連續(xù)梁分析連續(xù)梁的設(shè)計(jì)過程，包括荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、彎矩調(diào)幅、配筋計(jì)算和驗(yàn)算。3懸臂梁分析懸臂梁的設(shè)計(jì)過程，包括荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、支座配筋和撓度驗(yàn)算。案例一：單跨簡支梁設(shè)計(jì)荷載計(jì)算計(jì)算恒載和活載的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值。內(nèi)力計(jì)算計(jì)算最大彎矩和最大剪力。配筋計(jì)算計(jì)算受拉鋼筋的面積和構(gòu)造鋼筋的面積。案例二：多跨連續(xù)梁設(shè)計(jì)1荷載計(jì)算計(jì)算各跨的恒載和活載的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值。2內(nèi)力計(jì)算計(jì)算各跨的最大彎矩和最大剪力，進(jìn)行彎矩調(diào)幅。3配筋計(jì)算計(jì)算各跨的受拉鋼筋的面積和構(gòu)造鋼筋的面積。案例三：懸臂梁設(shè)計(jì)荷載計(jì)算計(jì)算恒載和活載的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值。1內(nèi)力計(jì)算計(jì)算支座處的最大彎矩和剪力。2配筋計(jì)算計(jì)算支座處的受拉鋼筋的面積和構(gòu)造鋼筋的面積，進(jìn)行撓度驗(yàn)算。3設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用簡介PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖MIDAS結(jié)構(gòu)分