大工13春《钢筋混凝土结构》辅导资料五.doc

钢筋混凝土结构资料五主 题：第四章第1、2 3节内容的资料一一梁、板的一般构造，受弯 构件正截面受弯的受力全过程，正截面受弯承载力计算原理学习时间：2013年4月290- 5月5日内 容：我们这周主要学习第四章前三节的内容，本章是本课程中最重要的一章，这 是因为：1•适筋梁正截面受弯的三个受力阶段具有普遍意义，它揭示了混凝土结构的 基本属性-土 2从伞习匀质弹性材料的《材料力学》到学习钢筋混泥土材料的《混凝土结 构》，在基本概念、计算方法和构造等方面都需要有一个转变过程，在这个转变 过程中，本章起着关键性的作用；3•对以后各章，例如偏压、偏拉乃至砌体结构的学习有着重要影响；4.本章的内容在实际工作中是最基本的也是最常遇到的“基本功”一、 学习要求1. 深入理解适筋梁正截面受弯的三个受力阶段；2. 配筋率对梁正截面受弯破坏形态的影响；3. 正截面受弯承载力计算的截面内力计算简图；二、 主要内容本章包含的基本概念如下：承载力、适筋梁、配筋率)梁、板的一般构造受弯构件主要是指弯矩和剪力共同作用的构件，结构中各种类型的梁、板是 典型的受弯构件梁与板的区别在于梁的截面高度一般大于其宽度，而板的截面 高度则远小于其宽度。

混凝土梁、板按照施工方法分为现浇式和预制式；按配筋 方式分为单筋截面和双筋截面与构件的计算轴线相垂直的截面称为正截面在第三章中已讲过，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M

一般取b二10ft 12a 15ft 20a 250和 300nn）300am以下的级差为 50nm（3） 现浇板的宽度一般较大，设计时可取单位宽度b= 100CM进行计算 （4现浇板的厚度力根据板的跨度L来估算板的厚度力： 单跨简支板h>l/ 35;多跨连续板力A 1/40悬臂板/2>I/U 另外尚应满足下表4. 1的现浇钢筋混凝土板的最小厚度要求板 的 类 别厚 度单向権屋面板60民用建皴楼板60工业建筑楼板70行车道卞的楼板80双 向 板80密肋板肋间距小于或等于700mm40肋何距大于700mm50板的MWK度小于或等于500mm60板的悬IT长度大于500mm80无 聲 慢 板150注:板的厚度捞抵■楼部的厚度三）材料选择与一般构造1•混凝土强度等级梁板混凝土强度等级一般是C2(l C3(l C4Q2•钢筋强度等级及常用直径(1) 梁中纵向受力钢筋采用 W400级或RRB400级(皿)和晦335级(U )钢筋；常用直径为12 14 1& 2Q 22 25mu(2) 梁中箍筋采用 HPB235级(I )、HRB335级(H )和 HRB400级((I)钢筋；常用直径6 & lOnrn(3) 板的纵向受力钢筋采用 HPB235级(I )、HB335级(U )和 HRB400级(11)钢筋；常用直径6 & 1(1 12nm垂直于受力钢筋的方向应布置分布钢筋，以便将荷载均匀地传递给受力钢 筋，并便于在施工中固定受力钢筋的位置，同时也可抵抗温度和收缩等产生的应 力。

采用HPB235级(I)、晦335级(H ),直径6 间距小于250mn3•纵向钢筋在梁、板截面内的布置要求(1) 混凝土保护层厚度c纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离保护层厚度的作用：a保护纵向钢筋不被锈蚀；b. 发生火灾时延缓钢筋温度上升；c. 保证纵向钢筋与混凝土的较好粘结保护层厚度与环境类别和混凝土强度等级有关环境类别为一类(室内环境)时，梁的最小保护层厚度是25mn板为15nm(2) 纵向钢筋的布置要求：a为保证混凝土浇注的密实性，梁底部钢筋的净距不小于25nm及钢筋直径 4梁上部钢筋的净距不小于30nm及1. 5Qb•梁底部纵向受力钢筋一般不少于2根，直径常用14 32,钢筋数量较多 时，可多排配置，也可以采用并筋配置方式；c.梁上部无受压钢筋时，需配置2根架立筋，以便与箍筋和梁底部纵筋形成 钢筋骨架，直径一般不小于1伽d梁高度4700mnn寸，要求在梁两侧沿高度每隔300- 400设置一根纵向构 造钢筋，以减小梁腹部的裂缝宽度，直径＞ Ito](3) 板的纵筋布置要求：久钢筋直径通常为4 1汕 I级钢筋；板厚度较大时，钢筋直径可用1会 U级钢筋；b. 受力钢筋间距一般在7卜200nm之间，布置在外侧；c. 垂直于受力钢筋的方向应布置分布钢筋。

板的配筋图(4) 纵向受拉钢筋的配筋百分率定义：配筋率是截面上纵向受拉钢筋截面面积与有效截面面积(T形截面指 肋部有效面积肋)之间的相对比值，即(%)Al .5钢筋直桓徐距230mm净 S $= 25mm(a)保护层卞图1. 3钢筋净距、保护层厚度及有效高度 举例说明甘1 A 32mn常用)，这里取d=20nmh°=h-a$单排a、=c-|-4/2=25+ 2Q//2=35rm)双排as =c-kH-^/2=2 5+20+3 Q/2=6 Onm截面上所有纵向受拉钢筋的合力点到受拉边缘的竖向距离为⑦，则到受压边缘的距离为h.=h-a,九称为截面有效高度As是纵向受拉钢筋的总截面面 积，单位m*最后将具体数字带入，即可求出纵向受拉钢筋配筋率四） 受弯构件正截面受弯的受力全过程匀质弹性材料梁加载时，其变形规律符合平截面假定 乎截面在梁弯曲变形 后仍保持平面），由于材料性能符合虎克定律应力与应变成正比），受压区和受 拉区的应力分布图形都是三角形此外，梁的挠度与弯矩也将一直保持线性关系 钢筋混凝土梁是由钢筋和混凝土两种材料所组成，且混凝土是非弹性、非匀质材 料，抗拉强度又远小于其抗压强度，因而其受力性能有很大不同。

研究钢筋混凝 土构件的受弯性能，首先要进行构件加载试验五） 适筋梁正截面受弯承载力的实验（a）试验梁装置及弯矩、剪力图 迪）截面图 （c）截面应变分布图图1. 4钢筋混凝土梁受弯实验为了研究梁正截面受力和变形的规律，试验梁采用两点对称加载荷载是逐 级施加的，由零开始直至梁正截面受弯破坏若忽略自重的影响，在梁上两集中 荷载之间的区段，梁截面仅承受弯矩，该区段称为纯弯段为了研究分析梁截面 的受弯性能，在纯弯段沿截面高度布置了一系列的应变计，量测混凝土的纵向应 变分布同吋，在受拉钢筋上也布置了应变计，量测钢筋的受拉应变此外，在 梁的跨中，还布置了位移计，用以量测梁的挠度变形下图为试验梁的挠度f随截面弯矩M增加而变化的情况，从试验可知钢筋 混凝土适筋梁从加载到破坏经历三个阶段图1. 5适筋梁弯矩一挠度关系曲线图1•当弯矩较小时，Wf曲线接近直线变化这时的工作特点是梁尚未出现裂缝, 称为第1阶段在该阶段由于梁整个截面参加受力，截面抗弯刚度较大，梁的 挠度很小，且与弯矩近似成正比2•当弯矩超过开裂弯矩Me.,后，开裂瞬I'可，裂缝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，导致裂缝截面钢筋应力突然增加应力 重分布），使中和轴比开裂前有较大上移，弯矩与挠度关系曲线出现了第一个 明显的转折点，如上图。

随着裂缝的出现与开展，挠度的增长速度较开裂前为 快荷载继续增加，挠度不断增大，裂缝宽度也随荷载的增加而不断开展这 时的工作特点是梁带有裂缝，称为第II阶段在第U阶段整个发展过程中，钢筋的应力将随着荷载的增加而增加当受拉 钢筋刚达到屈服强度人时，弯矩达到屈服弯矩晒弯矩与挠度关系曲线出现了 第二个明显转折点，如上图，标志着梁受力进入第皿阶段3•第III阶段特点是梁的裂缝急剧开展,挠度急剧增加,而钢筋应变有较大的增长, 但其应力基本上维持屈服强度人不变继续加载，当受压区混凝土达到极限压应变时，梁达到极限弯矩正截面受弯承载力）此时梁开始破坏六）适筋梁正截面工作的三个受力阶段定义：适筋梁一纵向受拉钢筋配筋率比较适当的正截面称为适筋截面，具有适筋 截面的梁叫适筋梁梁截面应力、应变分布在各个阶段的变化特点如图：图1. 6梁在各受力阶段的应力、应变图第［阶段（弹性受力阶段）：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前，整个截面均参加受力由于荷载较小, 混凝土处于弹性阶段，截面应变分布符合平截面假定，故截面应力分布为直线变 化如图（3））,整个截面的受力接近线弹性当截面受拉边缘混凝土的拉应变达到极限拉应变时匕=6,如图©））,截 面达到即将开裂的临界状态（I a状态），相应弯矩值称为开裂弯矩M存。

此时， 截面受拉区混凝土出现明显的受拉塑性，应力呈曲线分布，但受压区压应力较小， 仍处于弹性状态，应力为直线分布第I阶段末（I a状态）可作为受弯构件抗裂度的计算依据第II阶段（带裂缝工作阶段）：混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段在开 裂弯矩M疔下，梁纯弯段最薄弱截面位置处首现出现第一条裂缝，梁进入带裂缝 工作阶段此后，随着荷载的增加，梁受拉区还会不断出现一些裂缝，虽然梁中 受拉区出现许多裂缝，但如果纵向应变的量测标距有足够的长度 跨过几条裂 缝），则平均应变沿截面高度的分布近似直线，即仍符合平截面假定由于受压区混凝土的压应力随荷载的增加而不断增大，其弹塑性特性表现得 越来越显著，受压区应力图形逐渐呈曲线分布如图©）第□阶段相当于梁使用时的应力状态，可作为使用阶段验算变形和裂缝开展 宽度的依据当钢筋应力达到屈服强度时 严’A）,梁的受力性能发生质的变 化此吋的受力状态记为H Q状态，弯矩记为Mv,,也称为屈服弯矩此后，梁 的受力将进入屈服阶段，即第m阶段第m阶段（破坏阶段）：钢筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段对于适筋梁，钢筋应力达到屈服强度时，受压区混凝土一般尚未压坏在该 阶段，钢筋应力保持屈服强度人不变，即钢筋的总拉力T保持定值，但钢筋应 变£$急剧增大，裂缝显著开展，中和轴迅速上移。

由于受压区混凝土的总压力c 与钢筋的总拉力T应保持平衡，即AC受压区高度兀•的减少将使混凝土的压 应力和压应变迅速增大，混凝土受压的塑性特征表现得更为充分如图◎）,受 压区压应力图形更趋丰満同时，受压区高度耳的减少使钢筋拉力T与混凝土压 力C之问的力臂有所增大，截面弯矩比屈服弯矩刈也略有增加弯矩增大直至 极限弯矩值M“时，称为第Ill阶段末，用111 a表示此时，边缘纤维压应变达到或 接近）混凝土受弯时的极限压应变值色，标志着梁。