水工钢筋混凝土结构学课件第九章

第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.1概述第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构第—节概述肋形结构是由板和支承板的梁所组成的板梁结构。板、次梁和主梁组成的整体式楼面第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.1概述水电站厂房上部结构是由屋面板、纵梁、屋面大梁及柱组成的空间结构。采用手算时，空间结构简化为平面结构计算。电站厂房上部结构简化为由板与梁组成的肋形结构和由屋面大梁与柱组成的刚架结构分别进行计算。（平、立、剖面）第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.1概述第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.1概述梁布置不同，板上荷载传给支承梁的途径不同，板的受力情况不同。板上荷载由互相垂直的两个方向的板条传给支承梁，荷载p分为p1及p2，p1由l1方向的板条承担，p2由l2方向的板条承担：p1+p2=p第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.1概述略去相邻板带间扭矩影响，两个板带在跨中的挠度为：位移协调：f1=f2第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.1概述忽略两个板带内钢筋位置高低和数量不同的影响，取I1＝I2l2／l12时，p2仅为p的百分之几，可不考虑。l2／l1≤2时，应考虑板在两个方向均传递荷载。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.7双向板肋形结构的设计第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.1概述根据梁格布置不同，整体式肋形结构分为：(一)单向板肋形结构l2／l12时，p绝大部分沿l1传到次梁，板当作支承在次梁上的梁计算，称为单向板。计算及构造简单，施工方便。(二)双向板肋形结构l2／l1≤2时，p沿两个方向传到四边的支承梁，须进行两个方向的内力计算，称为双向板。经济美观，计算、构造及施工较复杂。肋形结构设计步骤：梁格布置，计算简图，内力计算，截面设计，配筋图。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图第二节单向板肋形结构的结构布置和计算简图一、梁格布置梁格布置首先要满足使用要求。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图一、梁格布置梁格布置首先要满足使用要求。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图梁格布置应求得经济和技术上的合理。梁布得稀，省模板和省工，但板的跨度加大，板厚增加，多用砼，自重增大。梁布得密，板跨减少，板厚减薄，自重减轻，但费模板和费工。板面积大，板较薄时，材料省，造价低。避免集中荷载直接作用在板上。板和梁宜尽量布置成等跨度，材料省，造价经济，计算和构造简便。一般建筑板的跨度为1.5～2.8m，板厚为60～120mm。水电站厂房发电机层的楼板，板厚常用120～200mm。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图主梁跨度5～8m，次梁跨度4～6m。建筑物平面尺寸大，避免温度变化及砼干缩裂缝，应设置永久的伸缩缝。伸缩缝需将梁、柱分开，基础可不分开。伸缩缝间距根据气候条件、结构型式和地基特性等情况确定。结构的建筑高度不同，或上部结构各部分传到地基上的压力相差大，及地基情况变化显著时，应设置沉陷缝，避免地基不均匀沉陷。沉陷缝从基础直至屋顶全部分开，沉陷缝可同时起伸缩缝的作用。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图二、计算简图设计时把肋形结构分解为板、次梁和主梁分别计算。计算简图应表示出板或梁的跨数，支座性质，荷载形式、大小及作用位置，各跨的计算跨度等。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图(一)支座的简化周边搁置在砖墙上，简化为铰支。板的中间支承为次梁，次梁的中间支承为主梁，可简化为铰支，不考虑支承的刚性约束，引起的误差采用折算荷载予以调整。板是以边墙和次梁为铰支的多跨连续板。次梁是以边墙和主梁为铰支的多跨连续梁。主梁的中间支承是柱，主梁与柱的线刚度之比大于4，主梁是以边墙和柱为铰支的连续梁。小于4，柱和主梁成为刚架计算。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图(二)荷载计算(1)永久荷载构件自重、面层重及固定设备重等，设计值用符号g(均布)和G(集中)表示。(2)可变荷载人群荷载和可移动的设备等，设计值用符号q(均布)和Q(集中)表示。考虑最不利布置方式。板和梁上荷载分配范围如图。板取单位宽度板条计算，沿板跨方向受均载g或q；次梁承受板传来的均载gl1或qll及次梁自重；主梁承受由次梁传来的集载G＝gl1l2或Q＝ql1l2及主梁自重，主梁自重比次梁传来的荷载小得多，可折算成集载G、Q一并计算。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.2单向板肋形结构的结构布置和计算简图(三)计算跨度板或梁计算时作为铰支。弹性方法弯矩计算的计算跨度l0，取支座中心线间的距离lc；支座宽度b较大时：板b0.1lc，l0＝1.1ln；梁b0.05lc，l0。＝1.05lnln——净跨度。剪力计算跨度l0＝ln。(a)与支座整体连接(b)搁置在墩墙上第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算第三节单向板肋形结构按弹性理论的计算内力计算有按弹性理论和考虑塑性变形内力重分布两种。水工建筑按弹性理论计算。一、利用图表计算连续板、梁的内力等跨度、等刚度连续板、梁承受均载的弯矩和剪力：α1、α2和β1、β2——分别为弯矩系数和剪力系数；l0、ln——分别为板、梁的计算跨度和净跨度。20120qlglMnnqlqlV1第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算两端带悬臂的板或梁内力用叠加方法确定。AMM0lMVA短悬臂上有荷载时，连续板、梁的弯矩和剪力：α′、β′——弯矩系数和剪力系数；MA——由悬臂上的荷载产生的端支座负弯矩。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算固定或移动集中荷载下的等跨连续梁弯矩和剪力：α、β——弯矩系数和剪力系数；G、Q——固定和移动的集中力。）或00(GlQlM)(GQV或如连续板或梁的跨度不等，但相差不超过10％，可用等跨度表计算。求支座弯矩，取相邻两个计算跨度的均值；求跨中弯矩，用该跨计算跨度。如板或梁各跨的截面尺寸不同，但相邻跨截面惯性矩的比值不大于1.5时，可作为等刚度计算。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算实际跨数多于五跨，按五跨计算。中间支座(D、E)内力取与C支座相同；中间各跨(4、5跨)跨中内力，取与第3跨相同。配筋构造按图(c)。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算二、连续梁的内力包络图第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算二、连续梁的内力包络图多跨连续梁的最不利活载布置方式：求跨中最大正弯矩，该跨布活载，再隔跨布活载；求跨中最小弯矩，该跨不布活载，邻跨布，隔跨布；求支座最大负弯矩，该支座左右两跨布活载，隔跨布活载；求支座最大剪力，布置方式同求支座最大负弯矩。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算内力包络图活荷载作用位置不同，弯矩图和剪力图也不同。将每一种最不利位置的活载与恒载共同作用下产生的弯矩(或剪力)，用同一比例画在同一基线上，取其外包线即为弯矩(或剪力)包络图。内力包络图代表连续梁各截面的最大(最小)内力。不论活载如何布，各截面的内力值不会超出内力包络图。弯矩包络图用来计算和配置梁的纵向钢筋；剪力包络图用来计算和配置箍筋和弯起钢筋。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算内力包络图的绘制第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算内力包络图的绘制第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算内力包络图的绘制承受均布荷载的等跨连续梁，可利用附录九的表格直接绘制弯矩包络图。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算V0——支座边缘处的剪力，近似按单跨简支梁计算；b——支承宽度。板或梁直接搁置在墩墙上时，如何处理？连续板或梁与支座整浇，危险截面在支座边缘。支座边缘的弯矩M：20bVMMc第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.3单向板肋形结构按弹性理论的计算三、连续板、梁的折算荷载板和次梁中间支座假定为铰支，没考虑受到的约束。板弯曲变形，带动次梁扭转，将阻止板自由变形，降低板的弯矩，板的弯矩值算大了。采用调整荷载即加大恒载减小活载考虑受到的约束作用。g’、q’——折算恒载及活载；g、q——实际恒载及活载。主梁可不作调整。板次梁qgg21'qq21'qgg41'qq43'第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.4单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算第四节单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算一、基本原理弹性计算认为结构任一截面内力达到承载能力时，整个结构破坏，对于静定结构或脆性材料的结构是正确的。具有塑性性能的超静定结构，某一截面达到承载能力并不能使结构破坏。结构还有强度储备。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.4单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算钢筋混凝土构件截面承载能力计算中，考虑了钢筋和混凝土的塑性性质，采用塑性计算理论。连续梁、板结构内力按弹性理论计算，截面承载力计算采用塑性理论，二者不统一。结构中某截面发生塑性变形后，刚度降低，按弹性方法计算得出内力不能正确反映结构实际内力分布。考虑材料塑性性质分析结构内力更加合理、更符合梁板结构的实际工作状态。考虑材料塑性性质可充分发挥结构的承载力，带来一定的经济效果。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.4单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算某一截面达到Mu，截面屈服，梁绕截面转动，出现塑性铰。理想铰能自由转动但不能传递弯矩；塑性铰能承担弯矩Mu，只在Mu下转动，不能反向转动；不能无限制转动，压区砼被压碎时，转动幅度达到限值。静定结构形成一个塑性铰，变成破坏机构。超静定结构出现一个塑性铰减少—次超静定次数，荷载可继续增加，直到塑性铰陆续出现变成破坏机构。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.4单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算p1没使梁破坏，仅使支座形成塑性铰，承担弯矩Mu=36kN·m，继续加载到p2＝4kN／m，跨中弯矩Mc＝36kN·m，达到Mu形成塑性铰，形成破坏机构。极限荷载p1+p2＝16kN／m，不是弹性方法计算的12kN／m。承受均载单跨固端梁，l＝6m，各截面尺寸及上下配筋量相同，正负极限弯矩Mu＝36kN·m。按弹性方法计算，p1＝12kN／m，支座弯矩MA＝MB=-36kN·m，跨中弯矩Mc=18kN·m。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.4单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算从形成塑性铰到成为破坏机构，梁尚有承受4kN／m均载的潜力。考虑塑性变形的内力计算能利用材料的潜力。形成塑性铰前，MA与Mc之比为2：1，形成塑性铰后，比值逐渐改变，最后成为1：1(Mu)。材料塑性变形引起内力重分布，故称为“考虑塑性变形内力重分布的计算方法”。按弹性理论计算，连续梁的弯矩与截面配筋比无关；按塑性内力重分布理论计算，梁的弯矩不是定值，随截面的配筋比而变化。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.4单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算(2)塑性铰出现后，支座与跨中弯矩的比例改变，但遵守力的平衡条件：跨中弯矩加两支座弯矩的均值等于简支梁跨中弯矩M0，均载作用的梁：200)(81)(2121lppMMMMBAC(1)超静定结构破坏过程：一个或几个截面上形成塑性铰，荷载增加，塑性铰继续出现，直到形成破坏机构。破坏标志不是一个截面屈服而是破坏机构形成。(3)塑性内力重分布可由设计者通过控制截面的极限弯矩Mu(即调整配筋数量)来掌握。第九章钢筋砼肋形结构及刚架结构9.4单向板肋形结构考虑塑性内力重分布的计算支座极限弯矩指定得低，塑性铰产生早