受弯构件钢筋混凝土

4.1受弯构件的一般构造
4.1.1受弯构件的一般构造
与构件的计算轴线相垂直的截面称为正截面。
结构和构件要满足承载能力极限状态和正常使用极
限状态的要求。梁、板正截面受弯承载力计算就是从满
足承载能力极限状态出发的，即要求满足
M≤Mu
(4—1)
式中的M是受弯构件正截面的弯矩设计值，它是由结构上
的作用所产生的内力设计值；Mu是受弯构件正截面受弯承
缘的竖向距离h0＝h－a。这里，h是截面高度，下面
将讲到对正截面受弯承载力起作用的是h0，而不是h， 所以称h0为截面的有效高度，称bh0为截面的有效面 积，b是截面宽度。
纵 向 受 拉 钢 筋 的 总 截 面 面 积 用 As 表 示 ， 单 位 为
mm2。纵向受拉钢筋总截面面积As与正截面的有效
弯矩再增大，截面曲率加大，同时主裂缝开展越 来越宽。由于受压区混凝土应变不断增大，受压区混 凝土应变增长速度比应力增长速度快，塑性性质表现 得越来越明显，受压区应力图形呈曲线变化。当弯矩 继续增大到受拉钢筋应力即将到达屈服强度fy0时，称 为第Ⅱ阶段末，用Ⅱ 表示。
a
第Ⅱ阶段是截面混凝土裂缝发生、开展的阶段，在 此阶段中梁是带裂缝工作的。其受力特点是：1)在裂缝 截面处，受拉区大部分混凝土退出工作，拉力主要由纵 向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；2)受压区混凝土已 有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的曲 线；3)弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的 增长加快了。
2)梁的高度采用h＝250、300、350、750、800、900、 1000mm等尺寸。800mm以下的级差为50mm，以上的为 l00mm。
3) 现 浇 板 的 宽 度 一 般 较 大 ， 设 计 时 可 取 单 位 宽 度 (b=1000mm)进行计算。
（3）材料选择
1）混凝土强度等级，梁、板常用的混凝土强度等级是 C20、C30、C40。
面积bh0的比值，称为纵向受拉钢筋的配筋百分率，
用ρ表示，或简称配筋率，用百分数来计量，即
As (％)
（4—2)
bh0
纵向受拉钢筋的配筋百分率ρ在一定程度上标志了 正截面上纵向受拉钢筋与混凝土之间的面积比率， 它是对梁的受力性能有很大影响的一个重要指标。
5）混凝土保护层厚度 纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，
➢屈服阶段（Ⅲ阶段）：钢筋开始屈服至截面破坏的 破坏阶段
纵向受力钢筋屈服后，正截面就进入第Ⅲ阶段工作。
钢筋屈服。截面曲率和梁的挠度也突然增大，裂 缝宽度随之扩展并沿梁高向上延伸，中和轴继续上移， 受压区高度进一步减小。弯矩再增大直至极限弯矩实 验值Mu0时，称为第Ⅲ阶段末，用Ⅲa表示。
称为混凝土保护层厚度，用c表示。
混凝土保护层有三个作用： I. 保护纵向钢筋不被锈蚀； II. 在火灾等情况下，使钢筋的温度上升缓慢； III.使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。
4.2受弯构件的正截面的受力分析 4.2.1 受弯构件正截面受弯的受力过程
b
ec
f xn
h h0
a
As es
h
a h0
b
2）钢筋强度等级及常用直径 ，梁中纵向受力钢筋宜 采用HRB400级或RRB400级(Ⅲ级)和HRB335级(Ⅱ级)， 常 用 直 径 为 12mm 、 14mm 、 16mm 、 18mm 、 20mm 、 22mm和25mm。根数最好不少于3(或4)根。
3）梁的箍筋宜采用HPB235级(Ⅰ级)、HRB335(Ⅱ级) 和 HRB400(Ⅲ 级 钢 筋 ) 级 的 钢 筋 ， 常 用 直 径 是 6mm 、 8mm和10mm。
4）板的分布钢筋，当按单向板设计时，除沿受力方向 布置受力钢筋外，还应在垂直受力方向布置分布钢筋。 分布钢筋宜采用HPB235级(Ⅰ级)和HRB335级(Ⅱ级)级 的钢筋，常用直径是6mm和8mm。
4）纵向受拉钢筋的配筋百分率
设正截面上所有纵向受拉钢筋的合力点至截面受
拉边缘的竖向距离为a，则合力点至截面受压区边
M0=Mcr0时，在纯弯段抗拉能力最薄弱的某一截 面处，当受拉区边缘纤维的拉应变值到达混凝土极限 拉应变实验值εtu0时，将首先出现第一条裂缝，一旦 开裂，梁即由第I阶段转入为第Ⅱ阶段工作。
随着弯矩继续增大，受压区混凝土压应变与受拉钢 筋的拉应变的实测值都不断增长，当应变的量测标距较 大，跨越几条裂缝时，测得的应变沿截面高度的变化规 律仍能符合平截面假定，
ec
f xn
M
As
b
es ec
f xn
Mcr
As
es
b
ec
ft
f xn
M
h h0
a
h h0
a
As esbec Nhomakorabeaf xn
My
h0
a
h
h
As
b
ec es
fy
f xn
M
h0
a
As
b
ec es
fy
f xn
Mu
h0
a
As
es
f
h
➢弹性受力阶段（Ⅰ阶段）:混凝土开裂前的未裂阶段
从开始加荷到受拉区混凝土开裂，梁的整个截面 均参加受力，由于弯矩很小，沿梁高量测到的梁截面 上各个纤维应变也小，且应变沿梁截面高度为直线变 化。虽然受拉区混凝土在开裂以前有一定的塑性变形， 但整个截面的受力基本接近线弹性，荷载-挠度曲线或 弯矩-曲率曲线基本接近直线。截面抗弯刚度较大，挠 度和截面曲率很小，钢筋的应力也很小，且都与弯矩 近似成正比。
载力的设计值，它是由正截面上材料所产生的抗力。
（1） 截面形状
梁、板常用矩形、T形、I字形、槽形、空心板和倒 L形梁等对称和不对称截面
(2) 梁、板的截面尺寸
1)矩形截面梁的高宽比h/b一般取2.0～3.5；T形截面梁 的h/b一般取2.5～4.0(此处b为梁肋宽)。矩形截面的宽度 或T形截面的肋宽b一般取为100、120、150、(180)、200、 (220)、250和300mm，300mm以下的级差为50mm；括号 中的数值仅用于木模。
在弯矩增加到Mcr时，受拉区边缘纤维的应变值即将 到达混凝土受弯时的极限拉应变实验值εtu0，截面遂 处于即将开裂状态，称为第I阶段末，用Ia表示。
➢带裂缝工作阶段（Ⅱ阶段）：混凝土开裂后至钢筋 屈服前的裂缝阶段
在开裂瞬间，开裂截面受拉区混凝土退出工作， 其开裂前承担的拉力将转移给钢筋承担，导致钢筋应 力有一突然增加（应力重分布），这使中和轴比开裂 前有较大上移。