建筑结构 钢筋混凝土受弯构件

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(2) 梁的宽度b: 根据高宽比h/b估算: 矩形梁的高宽比 2.0~3.5;T 形梁的高宽比 2.5~4.0(b为梁肋宽)。 一般取 b = 120、150、 180 、 200、 220、 250 、300mm, 300mm以上的级差为50mm。
(3) 现浇板的宽度b :取单位宽度b=1000mm进行计算。
若 ρ<ρmin·h/h0 , 则 As实 = ρminbh
表4.6 钢筋的计算截面面积及理论重量
4. 截面复核 ( 求 Mu → 比较 Mu≥M )
(1) 计算 ρ: ρ= As / bh0 (2) 计算 ξ: ξ= ρfy /α1fc (3) 验算适用条件:
1) 若 ξ≤ξb且ρ≥ρmin·h/h0 则 Mu=α1fcbh02ξ(1-0.5ξ)
求: As′和 As 1) 先按单筋设计,求出ξ后判定是否采用双筋。
① 假定受拉钢筋放两排,as=60mm, 则 h0= h–60mm
② 求αs
αs=M/α1 fcbh02
③ 求ξ
ξ= 1-(1-2αs)1/2
④ 判定: 若ξ<ξb,按单筋设计;若ξ>ξb,而b×h
受限制,fc又不能提高,则按双筋梁设计。
(2) 情况 2: 已知:b×h、 fc、 fy、 fy′、As′ 、 M
求:As
1) 根据已配的As′, 求 As1 及 Mu2
As1= fy′As′/ fy
M ≤ Mu = Mu1 + Mu2
其中
Mu1 = fy′As′(h0-as′)
Mu2 =M-Mu1 =α1 fcbx(h0-x/2)
2) Mu2 相当于单筋梁源自文库 求 As2 及 As
规范规定的最小配筋率。
(3)防止少筋破坏的条件
ρ≥ ρmin·h/h0
(4)最小配筋率ρ min的有关规定
a、钢筋混凝土受弯构件,其纵向受拉钢筋的配筋百
分率不应小于0.2% 和( 45ft/fy )%中的较大值;
b 、卧置于地基上的混凝土板,板的受拉钢筋的最小 配筋百分率可适当降低,但不应小于0.15%。
缘的竖向距离为 as ,则 as = c + d/2
式中 c —— 混凝土保护层厚度; d —— 钢筋平均直径,梁d=20 mm ,板d=10 mm 。
则合力点至截面受压区边缘的竖向距离 ho (1) 梁内一排钢筋时: ho = h – as (2) 梁内两排钢筋时: ho = h – 60 mm
4.2 受弯构件正截面性能的试验研究
4.1.4 混凝土保护层
1. 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,用c 表示。
2. 混凝土保护层作用
① 防锈:保护纵筋不被锈蚀; ② 防火:在火灾等情况下,使钢筋的温度上升缓慢; ③ 粘结力:使纵筋与混凝土有较好的粘结。
3. 混凝土保护层最小厚度
梁、板 、柱的混凝土保护层厚度, 见表4-2。 此外,保护层最小厚度尚不应小于钢筋的公称直径。
γs=[1+(1-2αs)1/2]/2
(4.13) (4.14)
(2) 计算方法
1) αs=M/α1 fcbh02 → 求αs 2) ξ= 1-(1-2αs)1/2 → 求ξ 3) 验算适用条件 (1) ξ ≤ξb
若 x>ξbh0,则超筋破坏。采取的措施:加大截面 尺寸b×h ,或提高fc,或采用双筋截面。 4) 由 α1fcbξh0=fy As → 求 As 5) 选配钢筋: As实 =(1 ± 5%)As 6) 验算适用条件 (2) ρ≥ ρmin·h/h0
(4.2)
式中 As — 纵向受拉钢筋的总截面面积,单位为mm2;
bho — 截面的有效面积,b是截面宽度。
2. 受弯构件正截面的破坏形式
(1) 少筋梁
很低,砼一裂就断。
“脆性破坏”,设计中不允许采用。
(2) 适筋梁 适当,纵向受拉钢筋先屈服(s > y), 随后受压区混凝土压碎(c=cu)。
(2) 适用条件
1) x≤ξbh0 → 保证受拉钢筋屈服 2) x≥ 2as′ → 保证受压钢筋屈服 若x<2as′时,取x=2as′,则 As=M / fy (h0-as′)
(3) 可不验算ρ≥ ρmin·h/h0
3. 截面设计 ( 两种情况)
(1) 情况 1: 已知: b×h、 fc、 fy、 fy′、M
2) 存在异号弯矩(±M): 在不同荷载组合情况下, 梁截面承受异号弯矩(±M);
3) 抗震设计: 在抗震结构中要求框架梁必须配置一定 比例的受压钢筋,以提高截面的延性。
2. 基本公式及适用条件
(1) 基本计算公式
fy As = α1fcbx+fy′As′
(4.17)
Mu=α1fcbx(h0-x/2)+fy′As′(h0-as′) (4.18)
M ≤ Mu V ≤ Vu — 弯矩、剪力设计值,一般 已知;
Mu、
V u

正、斜截面材料的抗力,u
是极限值。
4.1 受弯构件的一般构造要求
4.1.1 截面形式
4.1.2 梁、板的截面尺寸
(1) 梁的高度h: 根据高跨比h/L估算,h= 1/10~1/14L 一般取 h= 250、300、350、···、750、800、900、1000mm等 尺寸。800mm以下的级差为5Omm,以上的为l00mm。
0.6 ò¢
0.4
Mcr ñ¢ ñ¢ a
→ Ⅲa,→Mu;极限状态;
0
受弯承载力计算依据。
ò¢ a ó¢
ó¢ a
f
3.2.2 受弯构件正截面的破坏形式
由于纵向受拉钢筋配筋率ρ的不同,正截面受弯破坏 形式有三种: 适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏。
1. 纵向受拉钢筋的配筋率
ρ = As / bho (%)
第4章 钢筋混凝土受弯构件
4.1 一般构造规定 4.2 正截面性能的试验研究 4.3 正截面承载力计算 4.4 斜截面的受力特点及破坏形态 4.5 斜截面承载力计算 4.6 斜截面受弯承载力及构造措施
受弯构件主要是指梁与板。与轴线相垂直的截面称为 正截面;斜交的截面称为斜截面。承载力要求满足:
正截面 斜截面 式中 M 、V
4.3.2 单筋矩形截面受弯承载力计算
1. 基本计算公式
α1fcbx = fy As
(4.5)
M≤α1fcbx(h0-x/2
(4.6)

M ≤ α1fcbh02ξ(1-0.5ξ)
2. 适用条件
(1) 防止超筋破坏
ξ≤ ξb

X ≤ξb ho

ρ≤ ρb =α1ξbfc/fy
(2) 防止少筋破坏
ρ≥ρmin·h/h0
4.3.1 正截面承载力计算原理
1. 基本假定
(1) 截面应变保持平面; (2) 不考虑混凝土的抗拉强度; (3) 混凝土受压的应力--应变关系曲线 (4) 纵筋的应力一应变关系曲线
纵向钢筋的极限拉应变取为0.01。
采用图3.6 采用图3.12
2. 等效矩形应力图形
fc C
M
xxn0
yc
M x x=bb1xx0n
(2) 双筋截面:受压区配置纵筋较多,不仅起架立 作用,而且设计时必须考虑其受压作用。
架立钢筋
受压钢筋As
受拉钢筋As
受拉钢筋As
(3) 双筋截面的适用情况
采用受压钢筋协助混凝土承受压力是不经济的,因而 双筋截面只适用于以下情况:
1) M 很大: 若按单筋设计,ξ>ξb,而b×h受限制, fc 又不能提高;
2) 补充条件 → 取ξ = ξb 即充分发挥受压区混凝土的抗压,按界限配筋设计,
使 (As+ As′) 之和最小。 3) 求 As′ As′={M-α1 fcbh02ξb(1-0.5ξb)}/fy′(h0-as′) 4) 求 As
As=As′fy′/fy+α1fcbξbh0/fy
(4.21)
注意:适用条件 x≤ξbh0 和 x ≥ 2as′, 不需验算。
钢筋一屈服,混凝土就压碎
(即εs=εy,εc=εcu) εy = fy / Es
εy —— 钢筋屈服应变;
Es —— 钢筋的弹性模量。
(2) 相对界限受压区高度 — ξb
ξb =β1 /〔1+fy / (Esεcu) 〕 (3) 界限配筋率—ρb
ρb = α1ξb fc / fy
(4) 超筋梁判别条件
“延性破坏”。
(3) 超筋梁 过多,受压区混凝土先压碎(c=cu), 纵向受拉钢筋不屈服(s < y)。
“脆性破坏”,设计中不允许采用。
3. 三种破坏形式的承载力和变形比较
M0 —Φ0 示意图
4. 最小配筋梁(ρ=ρmin)
最小配筋梁 M0 —Φ0 关系曲线图
4.3 受弯构件正截面承载力计算
(2)梁的箍筋
宜采用HPB235级(Ⅰ级)、HRB335(Ⅱ级)和 HRB400级(Ⅲ级)的钢筋。
常用直径为 6mm、8mm和 l0mm。
2.板的配筋
(1) 板的受力钢筋
常用HPB235级、HRB335级和HRB400级。 常用直径是 6mm、8mm、l0mm和12mm,其中现浇板的 板面钢筋直径不宜小于8mm。
( 2)板的分布钢筋
当按单向板设计时,除沿受力方向布置受拉钢筋外, 还应在受拉钢筋的内侧布置与其垂直的分布钢筋。
分布钢筋宜采用 HPB235级和HRB335级钢筋,常用 直径是6mm和8mm。
单位长度上分布钢筋截面面积不应小于单位宽度上受 力钢筋截面面积的15%,且不宜小于该方向板截面面积 的0.15%;间距不宜大于250mm。
(4)现浇板的厚度 h
根据板的跨度L来估算h:单跨简支板 h ≥ L/35; 多跨连续板 h ≥ L/40;悬臂板 h ≥ L/12。
另外尚应满足表4-1的现浇板的最小厚度要求。
4.1.3 受弯构件的钢筋
1.梁的配筋
(1)纵向受力钢筋
优先采用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。最好不少于3或4根。
aa1ffc c
C yc
z
z
fTysAs
M = C¤ ¡ z
fTy sAs
M = C¤ ¡ z
等效原则: 两应力图形面积相等且C作用点不变。
其中
C50, b1 0.8,a1 1; C80, b1 0.74,a1 0.94
其余内插。
3. 适筋梁与超筋梁界限及界限配筋率
(1) 界限 — 平衡配筋梁

As ≥ ρminbh
(4.8a) (4.8b) (4.8c)
(4.9)
3. 截面设计 (1) 计算系数
1) αs— 截面抵抗矩系数
M=α1fcbh02ξ(1-0.5ξ)

αs=ξ(1-0.5ξ)

αs=M/α1 fcbh02
2) ξ — 相对受压区高度
(4.10) (4.11)
ξ= 1-(1-2αs)1/2 3) γs — 内力矩的力臂系数γs =Z/h0
2) 若 ξ>ξb 取ξ =ξb 则 Mu=α1fcbh02ξb(1-0.5ξb)
3) 若ρ< ρmin·h/h0 则 Mu= 0.292 bh02 ft
(4) 当 Mu≥M 时,满足要求;否则为不安全。
4.3.3 双筋矩形截面受弯承载力计算
1. 概述
(1) 单筋截面:在受压区配置架立钢筋,架立筋虽 然受压,但由于数量少,在设计时不考虑其受压作用。
ρ>ρb 或 ξ>ξb 或 x>xb =ξb ho
(4.3) (4.4)
4. 适筋梁与少筋梁界限与最小配筋率ρ min
(1) ρmin 的确定原则 —— 保证“裂而不断”
Mu = Mcr 式中 Mcr——Ⅰa 阶段受弯承载力;
Mu ——Ⅲa 阶段受弯承载力。
(2) 最小配筋率ρmin —— 见表4.4
4.2.1 适筋梁的三个工作阶段 1. 适筋梁正截面受弯承载力的实验
适筋梁:配筋使正截面受弯破坏属于延性破坏。
2. 适筋梁工作的三个阶段
1) 第Ⅰ阶段:弹性工作阶段
M/Mu
→Ⅰa,→Mcr;抗裂度验算。 1.0 Mu
2) 第Ⅱ阶段:带裂缝工作阶段
0.8 My
→Ⅱa,→My;正常使用状
态;变形和裂宽验算依据。 3) 第Ⅲ 阶段:破坏阶段
求αs
αs= Mu2/α1 fcbh02
求ξ
ξ= 1-(1-2αs)1/2
验算适用条件 (1) x≤ξbh0 (2) x≥2as′
① 若 ξ≤ξb 且 x ≥ 2as′
则 As2 = Mu2 / fyγs h0
纵向受力钢筋混凝土保护层最小厚度(mm)
混凝土结构的环境类别
4.1.5 钢筋的间距
1. 梁内纵筋净间距
2. 板内纵筋间距
一般为70~200 mm;当板厚h≤150mm,不宜大于200 mm;当 板厚h>150mm,不宜大于1.5h0且不应大于250mm。
4.1.6 截面的有效高度
设正截面上所有纵向受拉钢筋的合力点至截面受拉边
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