建筑结构41正截面抗弯及斜截面抗剪承载力

建筑结构JIANZHUJIEGOU14钢筋混凝土构件www.techbook.com.cn24.1钢筋混凝土受弯构件4钢筋混凝土构件目录www.techbook.com.cn34钢筋混凝土构件1了解构件在受弯、受剪、受压、受扭时的破坏特点；2熟悉各基本构件的构造要求；3会运用公式对各种构件进行简单的承载力及配筋计算。www.techbook.com.cnwww.techbook.com.cn44.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn5建筑物中梁、板均为受弯构件，它承受由荷载产生的弯矩和剪力。在弯矩作用下，构件可能发生正截面受弯破坏(图4.1(a))，在弯矩和剪力共同作用下，构件也可能发生斜截面受剪或受弯破坏(图4.1(b))。4.1.1受弯构件的基本构造要求4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn6图4.1受弯构件破坏形式4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn74.1.1.1截面形式和尺寸梁的截面形式，常见的有矩形、T形及花篮形等。板的截面形式，常见的有矩形、空心板及槽形板等(图4.2)。板与梁的主要区别在于宽高比不同，板的宽度远大于高度。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn8图4.2梁、板截面形式（a）、（e）矩形；（b）T形；（c）花篮形；（d）I形；（f）形；（g）空心类4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn9（1）梁的截面尺寸梁的截面尺寸除了满足强度条件外，还应满足刚度要求和施工的方便。从刚度条件看，构件截面高度可根据高跨比(h／l0)来估计，见表4.1。为了施工方便，便于模板周转，梁高h一般取50mm的模数递增，对于高度大于800mm的梁，取100mm的模数递增。常用的梁高h有250mm、300mm、…、750mm、800mm、900mm、1000mm等。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn10表4.1梁、板截面高跨比h/l0注：表中l0为梁的计算跨度。当l0≥9m时，表中数值宜乘以1.2。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn11梁的高度确定之后，梁的截面宽度b可由常用的高宽比估计。例如：矩形截面梁h／b=2.0～3.5T形截面梁h／b=2.5～4.0上述要求并非严格规定，宜根据具体情况灵活掌握。目前常用的梁宽有120mm、150mm、180mm、200mm、220mm、250mm，之后以50mm的模数递增。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn12（2）板的厚度板的厚度应满足强度和刚度的要求。从刚度条件看，板的厚度不宜小于表4.1的规定。现浇板的厚度还应不小于表4.2所列数值。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn13板的类别最小厚度单向板屋面板60民用建筑楼板60工业建筑楼板70行车道下的楼板80双向板80密肋楼盖面板50肋高250悬臂板（固定端）悬臂长度不大于500mm60悬臂长度1200mm100无梁楼板150现浇空心楼盖200表4.2现浇钢筋混凝土板的最小厚度（mm）4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn144.1.1.2受弯构件的钢筋受弯构件的钢筋有两类，即受力钢筋与构造钢筋。受力钢筋由承载力计算确定，构造钢筋是考虑在计算中未估计到的影响(例如温度变化、混凝土收缩应力等)和施工需要而设置的。（1）梁梁中一般布置的钢筋有纵向受力钢筋、箍筋、弯起钢筋和架立钢筋(图4.3)。当梁的截面高度较大时，还应在梁的侧面设置构造钢筋。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn15图4.3梁内钢筋布置4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn16①纵向受力钢筋布置于梁的受拉区，承受由弯矩作用而产生的拉力。有时在梁的受压区，也配置纵向受力钢筋与混凝土共同承受压力。其数量应通过计算来确定，宜采用HRB500、HRB400、HRBF400、HRBF500钢筋。②箍筋承受由弯矩和剪力在梁内产生的主拉应力作用，除保证斜截面强度外，箍筋还通过绑扎或焊接把其他钢筋连接在一起，形成空间骨架。箍筋的数量应根据计算确定。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn17箍筋的肢数：当梁的宽度b≤150mm时，可采用单肢(图4.4（a）)；当b≤400mm，且一层内的纵向受压钢筋不多于4根时，采用双肢箍筋(图4.4（b）、（c）)；当b400mm，且一层内的纵向受压钢筋多于3根（图（d）），或当梁的宽度b≤400mm，但一层内的纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋(图(e))。梁内箍筋宜采用HPB300级钢筋，有时也采用HRB400级钢筋。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn18图4.4箍筋的形式和肢数4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn19③弯起钢筋是为保证斜截面强度而设置的，一般可将纵向受力钢筋弯起而形成，有时也专门设置弯起钢筋，以满足纵向受力钢筋和斜截面的需要。钢筋的弯起角度一般为45°，当梁高h800mm时，采用60°。④架立钢筋布置于梁的受压区，它平行于纵向受拉钢筋，以固定箍筋的正确位置，承受由于混凝土收缩及温度变化所产生的应力。如在受压区有受压纵向钢筋时，受压钢筋可兼作架立钢筋。架立钢筋的直径与梁的跨度有关，其常用直径有8mm、10mm、12mm。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn20⑤当梁的腹板高度h≥450mm时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋的截面面积不应小于腹板截面面积的0.1％，一般d=12～16mm，间距不宜大于200mm。梁侧构造钢筋的作用是承受因温度变化、混凝土收缩在梁的中间部位引起的拉应力，防止混凝土在梁中间部位产生裂缝，如图4.5所示。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn21图4.5梁侧构造钢筋及拉筋布置4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn22（2）板板中一般布置两种钢筋，即受力钢筋与分布钢筋(图4.6)。图4.6板的配筋示意图4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn23①受力钢筋沿板的跨度方向设置，承担由弯矩作用而产生的拉力。板中的受力钢筋通常采用HPB300级或HRB335级钢筋，常用的直径为6mm、8mm、10mm、12mm。在同一构件中，当采用不同直径的钢筋时，其种类不宜多于2种，以免施工不便。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn24②分布钢筋与受力钢筋垂直，设置在受力钢筋的内侧。分布钢筋的作用是将荷载均匀地传给受力钢筋，并用来抵抗因混凝土收缩及温度变化而在垂直受力钢筋方向所产生的拉力，同时保证浇筑混凝土时，受力钢筋的设计位置不变。分布筋的直径不小于6mm，间距为200～250mm，当集中荷载较大时，分布钢筋截面面积应适当增加。如在板的两个方向均配置受力钢筋，则两方向的钢筋均可兼作分布钢筋。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn254.1.1.3钢筋的保护层厚度为了防止钢筋锈蚀，保证钢筋与混凝土间有足够的粘结强度,及在火灾等情况下避免钢筋过早软化，在钢筋的外面设置混凝土保护层。钢筋外缘至构件边缘的距离称作保护层的厚度。构件中受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋的直径d，最外层钢筋的保护层厚度应符合表4.3的规定。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn26环境等级板墙壳梁柱一1520二a2025二b2535三a3040三b4050表4.3混凝土保护层的最小厚度c（mm）注：①混凝土强度等级不大于C25时，表中保护层厚度数值应增加5mm；②钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层，基础中钢筋的混凝土保护层厚度应从垫层顶面算起，且不应小于40mm。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn274.1.1.4截面的有效高度h0有效高度h0是指受拉钢筋的重心至混凝土受压边缘的距离，如图4.7所示，它与受力钢筋的直径及排放有关。在室内正常环境下，计算时可近似取：板：当混凝土强度大于C25时，h0=h-20；梁：当混凝土强度大于C25时，单排h0=h-30；双排h0=h-60。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn28图4.7梁、板的有效高度4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn294.1.2受弯构件正截面的破坏形式大量试验表明：随着纵向受拉钢筋配筋率ρ的不同，受弯构件正截面可能产生三种不同的破坏形式，如图4.8所示。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn30图4.8梁的三种破坏情况（a）少筋梁（脆性破坏）;（b）超筋梁（脆性破坏）;（c）适筋梁（塑性破坏）4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn31纵向受拉钢筋配筋率ρ反映纵向受拉钢筋面积与混凝土有效面积的比值：式中As——纵向受拉钢筋截面面积；b——梁的截面宽度；h0——梁的截面有效高度(当验算最小配筋时取h)。0sAbh=4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn32（1）少筋梁少筋梁的破坏特点是:受拉区配置的钢筋过少，受拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即屈服，破坏前无明显预兆，属于脆性破坏。工程中不允许采用少筋梁。（2）超筋梁超筋梁的破坏特点是:在梁内放置的纵向受拉钢筋过多，在荷载作用下，受拉钢筋尚未屈服，受压区混凝土已被压碎，不能再承担压力，属于脆性破坏。工程中不允许将梁设计成超筋梁。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn33（3）适筋梁适筋梁的破坏特点是：在梁内配置适量的纵向受拉钢筋，受力时，钢筋首先进入屈服阶段，再继续增加荷载后，混凝土受压破坏，我们称这种破坏为“适筋破坏”。适筋梁的钢筋与混凝土均能充分发挥作用，且破坏不是突然发生的，破坏前有明显预兆，裂缝与挠度有明显的增长，故适筋破坏属延性破坏。故梁在工程实际中都设计为适筋梁。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn34通过对钢筋混凝土梁的观察和实验表明，适筋梁从施加荷载到破坏可分为三个阶段，如图4.9所示。Ⅰa阶段的应力状态是抗裂验算的依据。Ⅱa阶段的应力状态是裂缝宽度和变形验算的依据。Ⅲa阶段的应力状态是构件正截面承载力计算的依据。4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn35图4.9适筋梁工作的三个阶段4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn36www.techbook.com.cn37www.techbook.com.cn38www.techbook.com.cn39www.techbook.com.cn40www.techbook.com.cn41www.techbook.com.cn424.1.2.2单筋矩形截面受弯构件正截面承载力的计算公式仅在截面受拉区配置受力钢筋的受弯构件为单筋受弯构件。受弯构件正截面承载力计算是以适筋梁Ⅲa阶段的应力状态为依据。（1）基本公式单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算简图如图4.10所示，根据平衡条件推导如下：4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn43图4.10单筋矩形截面正截面承载力计算简图（a）单筋矩形截面;（b）等效矩形应力图形4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn44由∑Ｘ＝０得由∑Ｍ＝０得或式中fc——混凝土轴心抗压强度设计值；α1——系数，当混凝土强度等级不超过C50时，α1取1.0，当混凝土强度等级为C80时，α1取0.94，其间按线性内插法取用；sycAfbxfa1)2(01xhbxfaMMcu)2(0xhAfMMsyu(4.2)(4.1)(4.3)4.1钢筋混凝土受弯构件www.techbook.com.cn45b