钢筋混凝土受弯构件PPT课件

第二节 受弯构件正截面性能的试验研究
一、试验方法
(13 ~ 14ι) P
P (13 ~ 41ι)
应变测点
百分表
ι
h
荷载（F） 荷载传感器
跨中挠度（f） 跨中和支座位移计（百分表、千分表）
As
b 沿截面高度应变分布 沿梁高（跨中）贴混凝土应变
弯矩图
钢筋应变（s ）
跨中钢筋贴钢筋应变片
剪力图
（预埋电阻片或在梁跨中附近钢 筋表面处留孔）
单位宽度上分布钢筋的配筋不宜小于单位宽度上受力钢筋的15%，且配筋率不宜 小于0.15%；分布钢筋的直径不宜小于6mm，间距不宜大于250mm；当集中荷载 较大时，分布钢筋的配筋面积尚应增加，且间距不宜大于200mm。
3、混凝土保护层厚度
构件中普通钢筋的混凝土保护层厚度（c）应满足：
构件中受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋公称直径d；
❖ ②、③号钢筋——弯起钢筋 由纵向钢筋弯起而成型
弯起钢筋的作用 弯起钢筋的中间段和纵向受力钢筋一样可以承受正弯矩，弯起段可以
承受剪力，弯起后的水平段有时可以用来承受支座处的负弯矩。 梁中弯起钢筋的弯起角一般取45 ，当梁高 700mm时，可以采用60 。
❖ ④号钢筋——箍筋 主要是用来承受剪力的。在构造上还能固定纵向受力钢筋的间距和位
受压区 受拉区
直线
受压区高度减小，图形为曲线， 峰值在受压边缘
受压区高度进一步减小，图形为 曲线，前期为峰值在受压边缘，
后期则不在受压区边缘
前期为直线；后期为曲线， 峰值不在受拉区边缘
大部分退出工作
绝大部分退出工作
纵向受拉钢筋应力
s 2E ft
2E ft s f y
s fy
与设计计算的联系 Ia --抗裂度验算依据 II --裂缝宽度和变形验算依据 IIIa --正截面承载力计算依据
hw>450mm
❖ ⑥腰筋 -- 构造钢筋
⑥ ⑥
封闭式
当梁的腹板高度hw（对矩形截面hw = h0 ；T 形截面hw =h0 hf ）450mm
时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋⑥
每侧纵向构造钢筋的截面面积不应小于腹板截面面积的bhw 的 0.1% ，且
其间距不宜大于 200mm（图）
❖ 常用混凝土板的高跨比要求（见下表）
❖ 现浇板的合理厚度应在符合承载力极限状态和正常使用极限状态要求 的前期下，按经济合理的原则选定，并考虑防火、防爆等要求，但不应 小于现浇板最小厚度要求。
2、配筋构造 板中通常配置两种钢筋——受力钢筋和分布钢筋
分布钢筋②
I
受力钢筋①
I 分布钢筋②
受力钢筋① I-I
支撑情况 构件类型 独立梁 整体肋形梁的主梁 整体肋形梁的次梁
简支 1/12~1/8 1/18~1/10
两端连续 1/14~1/8 1/20~1/12
悬臂 1/6 1/8
2、梁的配筋
②③ ⑤
⑤
④
②
③
④①①Fra bibliotek①——纵向受力钢筋（正截面承载力计算） ②、③——弯起钢筋（斜截面承载力计算） ④——箍筋 （斜截面承载力计算） ⑤——架立筋 （构造）
适筋梁-- 适中 ❖ 超筋梁-- 很多 少筋梁-- 很少
二、适筋梁正截面受弯的三个受力阶段
从加载 → 破坏全过程中，适筋梁正截面应力状态经历三个阶段 第 I 阶段（未裂工作阶段）
M 很小，钢筋混凝土梁接近均质弹性梁 截面变形符合平截面假定（即应变与中和轴距离成正比）
应力分布接近三角形（中和轴以上混凝土受压，以下混凝土受拉） [材料性能符合虎克定理（应力与应变成正比）] M 增大，截面应变增大，受拉区塑性发展，应变增长较应力快，拉应力图 形呈曲线，并随荷载增加而渐趋均匀。 当t tu 时，裂缝出现临界状态（将裂未裂状态），截面处于Ia 。 受压区混凝土发展不明显，受压区混凝土应力图形仍接近三角形。 Ia ---受弯构件抗裂度验算依据
→1。当
max
时，使M y
Mu
1 ，即受拉钢筋屈服的同
时，受压区混凝土边缘达到混凝土受弯时极限压应变 cu ---界限破坏
当 max 时，在受拉钢筋屈服前，混凝土受压区边缘纤维压应变达到 cu ，使受压区混凝土先压碎而破坏---超筋破坏
破坏特征
截面破坏时受拉钢筋没有屈服，混凝土受压边缘先压碎；裂缝开展不宽，延
❖ ①号钢筋——纵向受力钢筋
主要用来承受由弯矩产生的拉应力 钢筋混凝土梁纵向受力钢筋的直径
当梁高h 300mm时，不应小于 10mm 当梁高h 300mm时，不应小于 8mm
伸入梁支座范围内的纵向受力钢筋根数
当梁宽b 100mm时，不宜少于 2 根； 当梁宽b 100mm时，可为 1 根。
破坏始于受拉钢筋的屈服，随后受压区边缘混凝土压碎。 在钢筋应力达到屈服强度之初，受压区边缘纤维的应变小于受弯时混 凝土极限压应变。在梁完全破坏以前，由于钢筋经历较大的塑性变形， 引起裂缝急剧开展、挠度激增，破坏有明显预兆，属于延性破坏。
2、超筋梁破坏（配置钢筋很多， 较大）
配筋率
越大，
My Mu
第五章 钢筋混凝土受弯构件
主要内容 ❖ 受弯构件一般构造规定 ❖ 受弯构件正截面性能的试验研究 ❖ 受弯构件正截面承载力计算公式 ❖ 受弯构件按正截面受弯承载力的设计计算 ❖ 受弯构件斜截面性能的试验研究 ❖ 受弯构件斜截面的受剪承载力计算 ❖ 受弯构件斜截面受弯承载力及有关构造要求 ❖ 受弯构件的裂缝宽度和挠度计算
荷载，使板受力均匀，钢筋间距不宜过大。当板h 150mm时，不宜大于 200mm； 当板厚 h 150mm时，不宜大于1.5h，且不宜大于 250mm。
分布钢筋②
I
受力钢筋①
I 分布钢筋②
❖ 分布钢筋②
受力钢筋① I-I
布置在受力钢筋的上面，与受力钢筋互相垂直，交点处用铁丝绑扎或焊接。
板的分布钢筋的作用 将板面上的集中荷载更均匀地传递给受力钢筋，并在施工时固定受力钢筋的位置 ❖ 可承担由于混凝土的收缩和外界温度的变化在结构中引起的附加应力。
置，以便绑扎成一个立体的钢筋骨架。
箍筋的最小直径与梁的截面高度有关。 当梁高h>800mm时，箍筋直径不宜小于8mm 当梁高h800mm时，箍筋直径不宜小于6mm
箍筋的肢数通常按下面的规定取用： 当梁宽b<350mm时，采用双肢； 当梁宽b350mm时，或在一排内纵向受拉钢筋多于5根，或受
压区钢筋多于3根时，采用四肢。 箍筋可以做成封闭式或开口式（图），用开口箍时，浇筑混凝土方 便，但是对于矩形截面梁，为了防止受压区的纵向钢筋因受压失稳而向 外凸出，以及为了承受梁内可能发生的扭矩，箍筋应做成封闭式。
IIIa --受弯构件正截面承载力计算的依据
适筋梁正截面抗弯三个受力阶段的主要特征
受力阶段 主要特征
第 I 阶段
第 II 阶段
第 III 阶段
习
称
未裂工作阶段
带裂缝工作阶段
破坏阶段
外观特征
没有裂缝、挠度很小
有裂缝、挠度一般
钢筋屈服，裂缝很宽、挠度很大
弯矩-挠度图形
大致成直线
曲线
接近水平曲线
混凝土 应力图形
第 II 阶段（带裂缝工作阶段）
截面一开裂进入第 II 阶段； 裂缝出现后，裂缝截面处，受拉区混凝土大部分退出工作，受压区高度减小， 受压区混凝土由于塑性变形发展，应力图形为曲线，且峰值在受压边缘。
钢筋应力增大，当钢筋应力 s f y（M M y 屈服弯矩），相应截面处于IIa 。
II ----受弯构件裂缝宽度及变形验算的依据
伸不高；梁挠度也不大；破坏没有明显预兆，破坏比较突然，属于脆性破坏
这种破坏用钢量大，不经济，设计中不允许采用
《规范》怎样防止这种破坏？-- max 。max 如何确定？
3、少筋梁破坏（配置钢筋较少， 较小）
配筋率
越小， M u
越小，比值
M cr Mu
越大。开裂后钢筋应力增量越大。 s 越
接近 f y ，混凝土的压应力很小。钢筋要经历很长一段变形才能使受压区高度
板的配筋
分布钢筋②
I
受力钢筋①
I 分布钢筋②
❖ 受力钢筋①
受力钢筋① I-I
沿板的跨度方向布置，其配筋量由计算确定（单位宽度 b=1000mm）。
受力钢筋的直径一般为6 ~ 10 。(为了便于施工，选用钢筋直径的种类愈少
愈好，且同一块板中的钢筋直径相差不小于 2mm，以免施工时互相混淆)
当采用绑扎钢筋网时，受力钢筋的间距不宜小于 70mm。同时，为了分散集中
图5-7 试验梁、仪表布置和加载
M Mu
～
f
；M Mu
～s
（ s
）；截面应变分布等
图5-8 弯矩——挠度曲线
❖ 配筋率
钢筋混凝土构件的性能取决于钢筋、混凝土两种材料强度、数量及相互联 系方法改变
配筋率
As
bh0
h0 ~梁截面有效高度，取 h0 h as ↑ 受拉钢筋重心到截面边缘距离
❖ 钢筋混凝土梁正截面受力特点和破坏特征分三类
三a
30
40
三b
40
45
注：1、混凝土强度等级不大于C25时，表中保护层数值应增加5mm
2、钢筋混凝土基础设置混凝土垫层，基础中钢筋的混凝土保护层厚度应从 垫层顶面算起，且不宜小于40mm。
二、梁的构造规定 1、截面尺寸 ❖ 模数要求
梁常用的宽度为b=120、150、180、200、220、250、300、350mm等， 大于250mm以后取50mm为模数； 梁的常用高度则为h=250、300、350、……、750、800、900mm等， 大于800mm以后取100mm为模数。 ❖ 梁高跨比（h/l0）的要求
减小到使混凝土破坏。梁破坏时，钢筋已进入强化阶段。
当 min 时，使 破坏特征
M cr Mu
1 ，即裂缝一出现钢筋应力达屈服。
裂缝一出现， s 立即达 f y ，迅速经历流幅而进入强化阶段；裂缝往往集中 一条，开展宽度较大，且沿梁高延伸很高；即使受压区混凝土尚未压碎，但
第一节 受弯构件的一般构造规定
一、板的构造规定 1、截面尺寸 ❖ 现浇钢筋混凝土板的最小厚度（见下表）
板的类型
屋面板
单向板
民用建筑楼板 工业建筑楼板
行车道下楼板
双向板
密肋楼盖
面板
肋高
悬臂板（根部）
悬臂长度不大于500mm
悬臂长度1200mm
无梁楼盖
现浇空心楼盖
最小厚度/mm 60 60 70 80 80 50 250 60 100 150 200
❖ ⑤号钢筋——架立筋，为构造钢筋，它设置在梁的受压区
架立筋作用 固定箍筋的正确位置 承受温度应力、混凝土收缩应力 承受构件吊装时可能发生的变号弯矩作用
架立筋的直径与梁的跨度 l 有关。 当梁的跨度l 4m时，架立筋的直径不宜小于 8mm； 当梁的跨度 4m l 6m时，不宜小于 10mm； 当梁的跨度l 6m时，不宜小于 12mm。
梁的下部纵向钢筋配置多于两层时，两层以上钢筋水平方向的中距应比下
面两层的中距增大一倍。各层钢筋之间的净距不应小于 25mm 和 d。
≥1.5倍钢筋直径 净距≥30mm
保护层
保护层
净距≥25mm ≥钢筋直径
h0 h h0 h h0 h
净距≥25mm ≥钢筋直径
(b) 保护层
(a)
图5-4 混凝土保护层及钢筋净距
第 III 阶段（破坏阶段） 钢筋进入屈服阶段，使裂缝急剧开展并向上延伸，中和轴上移 受拉区混凝土绝大部分退出工作
受压区混凝土由于受压区高度进一步减小，混凝土塑性特征表现更充分 应力图形呈显著曲线分布，且峰值不在受压区边缘
当 M 增加，受压区边缘纤维压应变达到受弯时极限压应变cu 时，受压区 出现纵向裂缝，混凝土压碎，截面即告破坏--- III a
梁内受力钢筋的直径应尽可能相同。
当采用两种不同的直径时，它们之间相差至少为2mm，以便在施工时容易 为肉眼识别，但相差也不宜超过6mm。
为了便于浇灌混凝土，保证钢筋能与混凝土粘结在一起，以及保证钢筋周围 混凝土的密实性.
梁的上部纵向钢筋的净距，不应小于 30mm 和 1.5d（d 为钢筋的最大直径） 梁的下部纵向钢筋的净距不应小于 25mm 和 d (图)
❖ 设计使用年限为50年的混凝土结构，最外层钢筋（包括箍筋、构造钢筋、 分布钢筋等）的外缘计算的混凝土保护层厚度应满足表中的规定；
设计使用年限为100年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度不应小于 表中数值的1.4倍。
环境类别 一 二a 二b
平面构件（板、墙、壳） 15 20 25
杆状构件（梁、柱、杆） 20 25 35
εcu
应变图
εtu
εy
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
应力图
M
Mcr
M
My
σsAs
σs As
σsAs
Ⅰ
Ⅰa
Ⅱ
Ⅱa
M
f yAs
Ⅲ
Mu
f yAs
Ⅲa
f yAs
图5-9 适筋梁工作的三个阶段 （a）、（b）第Ⅰ阶段；（c）、（d）；第Ⅱ阶段（e）、（f）第Ⅲ阶段
三、正截面受弯的破坏特征 1、适筋梁破坏（配置钢筋适中） 破坏特征