钢筋混凝土受弯构件承载力1计算.pptx

斜截面波坏正截面波坏图3-1受弯构件破坏截面梁和板是最常见的受梁和板是最常见的受弯构件，受弯构件的破坏弯构件，受弯构件的破坏主要是在纯弯矩主要是在纯弯矩M作用下作用下的的正截面破坏正截面破坏和弯矩和弯矩M、剪力剪力Q共同作用下的共同作用下的斜截斜截面破坏面破坏。如图。如图3-1所示。所示。故需进行故需进行正截面承载正截面承载能力计算能力计算和和斜截面承载能斜截面承载能力计算。力计算。1、梁的截面形式和尺寸、梁的截面形式和尺寸截面形式截面形式梁最常用的截面形式有矩形和梁最常用的截面形式有矩形和T形。根据需要还可做成花篮形、形。根据需要还可做成花篮形、十字形、十字形、I形、倒形、倒T形和倒形和倒L形等。形等。现浇整体式结构，为便于施工，现浇整体式结构，为便于施工，常采用矩形或常采用矩形或T形截面；形截面；在预制装配式楼盖中，为搁置在预制装配式楼盖中，为搁置预制板可采用矩形、花篮形、十预制板可采用矩形、花篮形、十字形截面；字形截面；矩形T形I形环形梁的截面形式第一节第一节 梁、板的构造梁、板的构造一、梁的构造一、梁的构造截面尺寸截面尺寸 梁的截面高度与跨度及荷载大小有关。从刚度要求出发，根据设梁的截面高度与跨度及荷载大小有关。从刚度要求出发，根据设计经验，对一般荷载作用下的梁可参照计经验，对一般荷载作用下的梁可参照P127表表10-1初定梁高。初定梁高。梁截面宽度梁截面宽度b与截面高度的比值与截面高度的比值b/H，对于矩形截面为，对于矩形截面为1/21/2.5,对对于于T形截面为形截面为1/2.51/3.为了统一模板尺寸和便于施工，梁截面尺寸应按以下要求取值：为了统一模板尺寸和便于施工，梁截面尺寸应按以下要求取值：梁高为梁高为200、250、750、800mm，大于，大于800mm时，以时，以100mm为模数增加。为模数增加。梁宽为梁宽为120、150、180、200、220、250，大于，大于250mm时，以时，以50mm为模数增加。为模数增加。支承长度支承长度lz当当梁梁的的支支座座为为砖砖墙墙(柱柱)时时，梁梁伸伸入入砖砖墙墙(柱柱)的的支支承承长长度度。梁梁高高500mm时，时，lz 180mm；梁高；梁高500mm时，时，lz 240mm。当梁支承在钢筋混凝土梁当梁支承在钢筋混凝土梁(柱柱)上时，其支承长度上时，其支承长度180mm。2、梁的配筋、梁的配筋梁中的钢筋有纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋和架立筋梁中的钢筋有纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋和架立筋箍筋纵向受力筋架立钢筋弯起钢筋图图3-3梁的配筋梁的配筋纵向受力钢筋纵向受力钢筋用以承受弯矩在梁内产生的拉力，设置在梁的受拉一侧。当弯矩用以承受弯矩在梁内产生的拉力，设置在梁的受拉一侧。当弯矩较大时，可在梁的受压区也布置受力钢筋，协助混凝土承担压力较大时，可在梁的受压区也布置受力钢筋，协助混凝土承担压力（即双筋截面梁），纵向受力钢筋的数量通过计算确定。（即双筋截面梁），纵向受力钢筋的数量通过计算确定。a.直直径径：常常用用直直径径d=1025mm。当当梁梁高高300mm时时，d10mm；梁高梁高300mm时，时，d8mm。直直径径的的选选择择应应当当适适中中，直直径径太太粗粗则则不不易易加加工工，并并且且与与混混凝凝土土的的粘粘结结力力亦亦差差；直直径径太太细细则则根根数数增增加加，在在截截面面内内不不好好布布置置，甚甚至至降降低低受受弯弯承承载载力力。同同一一构构件件中中当当配配置置两两种种不不同同直直径径的的钢钢筋筋时时，其其直直径径相相差差不不宜宜小小于于2mm，以以免免施施工混淆。工混淆。c.伸入支座钢筋的根数伸入支座钢筋的根数：梁内纵向受力钢筋伸入支座的根数，不应：梁内纵向受力钢筋伸入支座的根数，不应少于二根，当梁宽少于二根，当梁宽b100mm时，可为一根。时，可为一根。d.层数层数：纵向受力钢筋，通常沿梁宽均匀布置，并尽可能排成一排。：纵向受力钢筋，通常沿梁宽均匀布置，并尽可能排成一排。只有当钢筋的根数较多，排成一排不能满足钢筋净距和混凝土保护层只有当钢筋的根数较多，排成一排不能满足钢筋净距和混凝土保护层厚度时，才考虑将钢筋排成二排，但此时梁的抗弯能力较钢筋排成一厚度时，才考虑将钢筋排成二排，但此时梁的抗弯能力较钢筋排成一排时低排时低(当钢筋的数量相同时当钢筋的数量相同时)。b.间距间距：为便于浇筑混凝土，保证其有：为便于浇筑混凝土，保证其有良好的密实性，梁上部纵向受力钢筋的净良好的密实性，梁上部纵向受力钢筋的净距不应小距不应小于于30mm和和1.5d(d为纵向钢筋的为纵向钢筋的最大直径最大直径)。梁下部纵向钢筋的净距，不。梁下部纵向钢筋的净距，不应小于应小于25mm和和d。梁下部纵向钢筋配置多梁下部纵向钢筋配置多于两层时，自第三层起，水平方向中距应于两层时，自第三层起，水平方向中距应比下面二层的中距增大一倍。比下面二层的中距增大一倍。a.箍筋的数量箍筋的数量箍筋的数量应通过计算确定。箍筋的数量应通过计算确定。如计算不需要时，当截面高度大于如计算不需要时，当截面高度大于300mm时，应全梁按构造布置；时，应全梁按构造布置；当截面高度在当截面高度在150300mm时，应在梁的端部时，应在梁的端部1/4跨度内布置箍筋；但，跨度内布置箍筋；但，如果在梁的中部如果在梁的中部1/2的范围内有集中荷载的作用时，应全梁设置；截面的范围内有集中荷载的作用时，应全梁设置；截面高度小于高度小于150mm的梁可不设置箍筋。的梁可不设置箍筋。b.箍筋的直径箍筋的直径当当h250mmd4mm当当250mmh800mmd6mm当当h800mmd8mm当梁内配有纵向受压钢筋时，箍筋直径不应小于最大受压钢筋直径的当梁内配有纵向受压钢筋时，箍筋直径不应小于最大受压钢筋直径的1/4。箍筋箍筋用以承受梁的剪力，固定纵向受力钢筋用以承受梁的剪力，固定纵向受力钢筋,并和其它钢筋一起并和其它钢筋一起形成钢筋骨架。形成钢筋骨架。（a）开口式（b）封闭式(c)单肢（d）双肢（e）四肢箍筋的形式和肢数c.箍筋的形式和肢数箍筋的形式和肢数箍筋的形式有开口式和封闭式两种。一般采用封闭式，对不承箍筋的形式有开口式和封闭式两种。一般采用封闭式，对不承受动荷载和扭转的受动荷载和扭转的T形现浇梁，在跨中截面上部受压的区段内可形现浇梁，在跨中截面上部受压的区段内可采用开口。采用开口。箍筋的支数有单肢、双肢、四肢，当梁宽箍筋的支数有单肢、双肢、四肢，当梁宽b150mm时用单肢，时用单肢，当当150mmb350mm用双肢，当用双肢，当b350mm时和或一层内的纵时和或一层内的纵向钢筋多于向钢筋多于5根，或受压钢筋多于三根，用四肢。根，或受压钢筋多于三根，用四肢。弯起钢筋弯起钢筋在跨中承受正弯矩产生的拉力，在靠近支座的弯起段则用来承在跨中承受正弯矩产生的拉力，在靠近支座的弯起段则用来承受弯矩和剪力共同产生的主拉应力，弯起后的水平段可用于承受支受弯矩和剪力共同产生的主拉应力，弯起后的水平段可用于承受支座端的负弯矩。座端的负弯矩。a.弯起钢筋的数量弯起钢筋的数量通过斜截面承载能力计算得到，一般由受力钢筋弯起通过斜截面承载能力计算得到，一般由受力钢筋弯起而成，如受力钢筋数量不足可单独设置。而成，如受力钢筋数量不足可单独设置。b.弯起钢筋的弯起角度弯起钢筋的弯起角度当梁高小于等于当梁高小于等于800mm时采用时采用450，当梁高大于，当梁高大于800mm时采用时采用600。弯起钢筋架立钢筋架立钢筋架架立立钢钢筋筋设设置置在在梁梁受受压压区区的的角角部部，与与纵纵向向受受力力钢钢筋筋平平行行。其其作作用用是是固固定定箍箍筋筋的的正正确确位位置置，与与纵纵向向受受力力钢钢筋筋构构成成骨骨架架，并并承承受受温温度度变化、混凝土收缩而产生的拉应力，以防止发生裂缝。变化、混凝土收缩而产生的拉应力，以防止发生裂缝。架立钢筋的直径：架立钢筋的直径：当梁的跨度当梁的跨度b时时，破破坏坏时时钢钢筋筋拉拉应应变变sf,受受拉拉钢钢筋筋已已经经达达到到屈屈服服强强度，表明发生的破坏为适筋破坏或少筋破坏。度，表明发生的破坏为适筋破坏或少筋破坏。因因此此b值值是是用用来来衡衡量量构构件件破破坏坏时时钢钢筋筋强强度度能能否否充充分分利利用用的的一一个特征值。各种钢筋的值个特征值。各种钢筋的值b见表见表3-10。表表-10钢筋混凝土构件的钢筋混凝土构件的b值值二、单筋矩形截面正截面承载能力计算二、单筋矩形截面正截面承载能力计算单筋矩形截面：仅在受拉区布置钢筋的矩形截面单筋矩形截面：仅在受拉区布置钢筋的矩形截面（1）基本公式及适用条件）基本公式及适用条件 基本公式基本公式受弯构件正截面承载能力计算，应满足作用受弯构件正截面承载能力计算，应满足作用在结构上的荷载在结构截面中产生的弯矩设计值在结构上的荷载在结构截面中产生的弯矩设计值M不超过按材料的强度设计值计算得到的受弯构不超过按材料的强度设计值计算得到的受弯构件承载能力设计值件承载能力设计值Mu，即：，即：M Mu由静力平衡条件可推导出：由静力平衡条件可推导出：X=01f cb x=fyAsM=0MMu=1f cb x（h0-0.5x）MMu=fyAs（h0-0.5x）fyAsMu图图3-12计算简图计算简图1f cbh0 xAs（b）等效应力图形（a）计算截面has公式适用条件公式适用条件防止超筋破坏防止超筋破坏=x/h0bxxb=bh0 max 以上三条只需满足一条，其余必定满足。以上三条只需满足一条，其余必定满足。将将xb=bh0代入（代入（3-11）可得到单筋矩形截面所能承受的最大弯矩）可得到单筋矩形截面所能承受的最大弯矩（极限弯矩）（极限弯矩）Mu,maxMu,max=1f cb h02 b（1-0.5b）防至少筋破坏防至少筋破坏 min（2）工程计算方法）工程计算方法静力平衡公式虽可直接联合求解，但计算不方便，工程静力平衡公式虽可直接联合求解，但计算不方便，工程设计中常将公式进行改写。设计中常将公式进行改写。令：令：s=（1-0.5）代入）代入M=1f cb x（h0-0.5x）则有：则有：M=1f cb h02ss=M(1f cb h02)由由s=（1-0.5）=1-（1-2s）0.5再令：再令：s=1-0.5代入代入M=fyAs（h0-0.5x）则有：则有：M=fyAsh0sAs=M(fyh0s)通过通过s、s、As的关系可以看出的关系可以看出,s一但确定下来一但确定下来，、s也就确定下来，这样可以求出也就确定下来，这样可以求出As。（3）截面承载力计算（截面承载力计算（包含包含截面设计截面设计和和截面复核截面复核两类）两类）截面设计步骤：截面设计步骤：计算过程为：计算过程为：ssAs取取h0=h-35mm，求，求s、s=M(1f cbh02)=1-(1-2s)0.5查表求查表求b若若b，说明出现超筋破坏，应加大截面尺寸或改双筋矩形截面，说明出现超筋破坏，应加大截面尺寸或改双筋矩形截面求求s、As s=1-0.5 As=M(fyh0s)已知弯矩设计值已知弯矩设计值M，混凝土等级和钢筋级别，截面尺寸，混凝土等级和钢筋级别，截面尺寸b、h0。求。求所需受拉钢筋面积所需受拉钢筋面积As。选配钢筋选配钢筋根据根据As按构造要求选配钢筋，复核一排钢筋能否排下，如不能，按按构造要求选配钢筋，复核一排钢筋能否排下，如不能，按两排放置，取两排放置，取h0=h-60,重复第一步、第二步、第三步。重复第一步、第二步、第三步。验算配筋率验算配筋率 若若min =As bh0,说明选配的钢筋符合要求。说明选配的钢筋符合要求。若若 min，按构造配筋取，按构造配筋取 min ，计算，计算ASminbh0截面复核步骤截面复核步骤已知弯矩设计值已知弯矩设计值M，混凝土等级和钢筋级别，截面尺寸，混凝土等级和钢筋级别，截面尺寸b、h0，钢筋截面积，钢筋截面积As。求截面的受弯承载能力。求截面的受弯承载能力Mu（极限弯矩），（极限弯矩），并根据已知设计值并根据已知设计值M，复核截面是否安全。，复核截面是否安全。将已知条件代入下式求出将已知条件代入下式求出x和和Mu x=fyAs1f cb Mu=1f cb x（h0-0.5x）或）或Mu=fyAs（h0-0.5x）验算适用条件验算适用条件若若xbh0，取，取x=bh0代入上式求代入上式求MU若若=As bh0min ,原设计不合理，如已被工程采用，应降低条件。原设计不合理，如已被工程采用，应降低条件。比较比较如果如果MMu，截面满足要求，反之，不满足要求。，截面满足要求，反之，不满足要求。例题例题3-1已知某矩形截面梁已知某矩形截面梁bh250mm500mm，由荷载产生，由荷载产生的弯矩设计值的弯矩设计值M88.13kNm，混凝土强度等级为，混凝土强度等级为C20，钢筋采用，钢筋采用HRB335级级,试求所需纵向受拉钢筋截面面积试求所需纵向受拉钢筋截面面积As。解：查表得：解：查表得：fc=9.6N/mm2，ft=1.1N/mm2,fy=300N/mm2；b=0.55；1.取取h0=h-35mm=465mm，求，求s、2.验算验算b，符合条件，符合条件3.求求s、As4.选配钢筋选配钢筋选用选用218+116（As=710mm2）一排钢筋所需要的最小宽度为：一排钢筋所需要的最小宽度为：bmin=425+218+116=152mm250mm5.验算配筋率验算配筋率最小配筋率经过计算比较取最小配筋率经过计算比较取min=0.2%满足条件。满足条件。例例题题3-2已已知知钢钢筋筋混混凝凝土土矩矩形形截截面面梁梁bh=200mm500mm，混混凝凝土土 强强 度度 等等 级级 C20，采采 用用 HRB335级级 钢钢 筋筋，受受 拉拉 钢钢 筋筋416（As=804mm2），承承受受的的弯弯矩矩设设计计值值是是90kN.m，试试验验算算此此梁梁是否安全。是否安全。解解：查查表表得得：fc=9.6N/mm2；fy=300N/mm2；b=0.55；纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋按一排放置，则梁的有效高度按一排放置，则梁的有效高度h0500-35465mm。1.计算受压区高度计算受压区高度x和极限弯矩和极限弯矩Mu3.比较比较M=90kN.m Mu=97.0（KN.m）所以：此梁安全所以：此梁安全2.验算适用条件验算适用条件经计算比较取经计算比较取min 0.2%一、概述一、概述当构件截面尺寸一定，单筋矩形截面最大承载能力为：当构件截面尺寸一定，单筋矩形截面最大承载能力为：Mu=1f cb h02 b（10.5 b）。因此，如果截面承受的弯矩较大，超过了。因此，如果截面承受的弯矩较大，超过了1f cb h02 b（10.5 b）值，此时应该提高混凝土强度或加大截面尺寸。但在某些特）值，此时应该提高混凝土强度或加大截面尺寸。但在某些特定的情况下，截面尺寸和混凝土强度受到限制，不允许再大，这时，唯一定的情况下，截面尺寸和混凝土强度受到限制，不允许再大，这时，唯一的办法就是在混凝土受压区配置钢筋，用钢筋来承担部分混凝土所承受的的办法就是在混凝土受压区配置钢筋，用钢筋来承担部分混凝土所承受的压力，防止发生超筋破坏。这就是双筋矩形截面，但一般情况下不要采用压力，防止发生超筋破坏。这就是双筋矩形截面，但一般情况下不要采用这种办法，因为这样做是不经济的。这种办法，因为这样做是不经济的。由于混凝土的极限压应变约为由于混凝土的极限压应变约为0.0033，受压钢筋距混凝土边缘的距离，受压钢筋距混凝土边缘的距离为为as,此时钢筋的压应变约为此时钢筋的压应变约为0.002，钢筋的最大压应力约为，钢筋的最大压应力约为400Mp，因而强，因而强度高的钢筋在受压区不能充分发挥作用。故，度高的钢筋在受压区不能充分发挥作用。故，规范规范规定钢筋的抗压强规定钢筋的抗压强度设计值不超过度设计值不超过360MP。第四节第四节 双筋矩形截面受弯承载力计算双筋矩形截面受弯承载力计算双筋梁中箍筋的构造要求双筋梁中箍筋的构造要求当梁中配有纵向受压钢筋时，箍当梁中配有纵向受压钢筋时，箍筋应为封闭式，箍筋的间距在绑扎筋应为封闭式，箍筋的间距在绑扎骨架中不应大于骨架中不应大于15d，在焊接骨架中，在焊接骨架中不应大于不应大于20d（d为纵向受压钢筋的为纵向受压钢筋的最小直径），同时任何情况下均不最小直径），同时任何情况下均不应大于应大于400mm。当一层内的纵向受压钢筋多于当一层内的纵向受压钢筋多于3根根时，应设置复合箍筋（即四肢筋）；时，应设置复合箍筋（即四肢筋）；当一层内的纵向受压钢筋多于当一层内的纵向受压钢筋多于5根，根，且直径大于且直径大于18mm时，箍筋间距不应时，箍筋间距不应大于大于10d。ssss箍筋直径d 4（d受压钢筋直径）箍筋间距s 15d，s 400mm受压钢筋复合箍筋图图3-13双筋梁中钢筋的构造要求双筋梁中钢筋的构造要求二、基本计算公式及适用条件二、基本计算公式及适用条件计算简图计算简图图3-14 双筋矩形截面计算简图bh0 xAs=As1+As2（a）计算截面hasAsasfyAsMu1f c（b）等效应力图形fyAS1f cbxfyAs2Mu2fyASfyAs1Mu11f cbx1f ch00.5xh0as（c）分解后的应力图形Mu=Mu1Mu2AS=AS1AS2基本公式基本公式根据受力简图（根据受力简图（b），由力的平衡条件可得到如下基本公式：），由力的平衡条件可得到如下基本公式：（3-18）（3-19）式中：式中：fy钢筋的抗压强度设计值；钢筋的抗压强度设计值；As受压钢筋的截面面积；受压钢筋的截面面积；as 受压钢筋的合力作用点到截面受压边缘的距离受压钢筋的合力作用点到截面受压边缘的距离;一般可近似取为一般可近似取为35mm。上面公式在应用时不太方便，为了方便计算，我们采用上面公式在应用时不太方便，为了方便计算，我们采用M=Mu,将将M分成两部分来考虑。分成两部分来考虑。第一部分由受压区混凝土受到的压力和第一部分由受压区混凝土受到的压力和部分受拉钢筋部分受拉钢筋AS1所形成的弯矩所形成的弯矩M1=Mu1,相当于单筋矩形截面的受相当于单筋矩形截面的受力状况；第二部分由受压区的受压钢筋力状况；第二部分由受压区的受压钢筋As和另一部分受拉钢筋和另一部分受拉钢筋As2所形成的弯矩所形成的弯矩M2=Mu2。见前面的受力简图见前面的受力简图3-14。按上面的思路。按上面的思路双筋矩形截面正截面强度的计算公式可改写成为：双筋矩形截面正截面强度的计算公式可改写成为：M=M1M2=Mu=Mu1Mu2（3-20）AS=AS1AS2（3-21）1f cb x=fy AS1（3-22）M1=Mu1=1f cb x（h00.5x）（3-23）=fy AS1（h00.5x）（3-24）fyAS=fyAS2 （3-25）M2=Mu2=fyAS（h0as）（3-26）=fyAS2（h0as）（3-27）适用条件适用条件适用条件适用条件防止截面发生脆性破坏防止截面发生脆性破坏x xb=bh0或或 b为了保证受压钢筋达到抗压设计强度为了保证受压钢筋达到抗压设计强度x 2as如不能满足（如不能满足（3-31），取），取x=2as，这时双筋矩形截面的受弯承载，这时双筋矩形截面的受弯承载能力为：能力为：Mu=fyAS（h0as）1、截面设计、截面设计在双筋截面的配筋设计中，可能会遇到下面两种情况：在双筋截面的配筋设计中，可能会遇到下面两种情况：受压钢筋不定的情况受压钢筋不定的情况受压钢筋不定的情况受压钢筋不定的情况计算步骤为：计算步骤为：计算步骤为：计算步骤为：计算计算Mu1假设受压区混凝土高度假设受压区混凝土高度x=xb=bh0 Mu1=1f cb h02 b（10.5 b）计算计算Mu2Mu2=MMu1计算计算AS Mu2=fyAS（h0as）AS=Mu2fy（h0as）三、截面承载力计算三、截面承载力计算计算计算AS1 AS1=b1f c b h0 fy计算计算AS2 AS2=fyAS fy计算计算ASAS=AS1 AS2 注：双筋梁没有必要验算最小配筋。注：双筋梁没有必要验算最小配筋。受压钢筋面积已知受压钢筋面积已知受压钢筋面积已知受压钢筋面积已知计算步骤为：计算步骤为：计算计算Mu2Mu2=fyAS（h0as）计算计算Mu1Mu1=MMu12按单筋矩形截面计算按单筋矩形截面计算Mu1所需的钢筋面积所需的钢筋面积AS1 见单筋矩形截面的计算步骤。见单筋矩形截面的计算步骤。计算计算AS AS=AS1 AS2=AS1 fyAS fy应满足应满足M1=Mu11f cb h02 b（10.5 b）2、截面复核步骤、截面复核步骤计算计算x x=（fyAs fyA s）1f cb 计算计算Mu如果如果2as x bh0Mu=1f cb x（h00.5x）fyAS（h0as）如果如果x 2asMu=fyAS（h0as）如果如果x bh0，说明此梁为超筋梁，取，说明此梁为超筋梁，取x=bh0计算计算Mu=1f cb bh02（10.5b）fyAS（h0as）比较比较M及及MuM Mu（安全）（安全）M Mu（不安全，降低条件使用）（不安全，降低条件使用）例例3-3已知某梁截面尺寸已知某梁截面尺寸bh=200450mm2,混凝土的强度等级为混凝土的强度等级为C25，钢筋用，钢筋用HRB335级，弯矩设计值级，弯矩设计值M=174KN.m，试计算梁的正截面配筋。，试计算梁的正截面配筋。解：解：查表得查表得1=1.0，f c=11.9N/mm2,fy=fy=300N/mm2,b=0.550，设钢筋做成两排则，设钢筋做成两排则h0=45060=390mm验算是否需要采用双筋验算是否需要采用双筋单筋截面的最大承载弯矩为：单筋截面的最大承载弯矩为：Mumax=1f cb bh02（10.5b）Muma=1.011.92000.5503902（10.50.550）=144.3106（N.mm）=144.3KN.mM=174KN.m应采用双筋截面应采用双筋截面计算计算Mu1假设受压区混凝土高度假设受压区混凝土高度x=xb=bh0 Mu1=1f cb h02 b（10.5 b）Mu1=144.3KN.m计算计算Mu2Mu2=MMu1=174144.3=29.7KN.m计算计算AS AS=Mu2fy（h0as）=30700000300（39035）=278(mm2)计算计算AS AS=AS1 AS2 =b1f c b h0 fyfyAS fy=0.5501.011.9200390300300278300=1980(mm2)选用钢筋：受压钢筋选用钢筋：受压钢筋214（308mm2）,受拉钢筋受拉钢筋620（1884mm2）620214受拉钢受拉钢筋布置筋布置是否符是否符合规范合规范？讨论讨论1.单筋和双筋在应用条件上的区别和联系？单筋和双筋在应用条件上的区别和联系？2.单筋和双筋在计算上的区别和联系？单筋和双筋在计算上的区别和联系？3.单筋矩形截面的正截面抗弯设计是我们的重点，考点。单筋矩形截面的正截面抗弯设计是我们的重点，考点。习题习题P1531,2,3,4一、概述一、概述在矩形截面受弯构件承载力计算中，由于其受拉区混凝土开裂不能在矩形截面受弯构件承载力计算中，由于其受拉区混凝土开裂不能参加工作，如果把受拉区两侧的混凝土挖去一部分，余下的部分只要参加工作，如果把受拉区两侧的混凝土挖去一部分，余下的部分只要能够布置受拉钢筋就可以，如能够布置受拉钢筋就可以，如图图3-15，这样就成了，这样就成了T形截面。它和原来形截面。它和原来的矩形截面相比，其承载力值与原有矩形截面完全相同，但节省了混的矩形截面相比，其承载力值与原有矩形截面完全相同，但节省了混凝土用量，减轻了自重。凝土用量，减轻了自重。对对于于翼翼缘缘在在受受拉拉区区的的倒倒T形形截截面面梁梁，当当受受拉拉区区开开裂裂以以后后，翼翼缘缘就就不不起作用了，因此在计算时按起作用了，因此在计算时按bh的矩形截面梁考虑如的矩形截面梁考虑如图图3-16。第五节第五节 T形截面受弯承载力计算形截面受弯承载力计算在工程中采用在工程中采用T形截面受弯构件的有吊车梁、屋面大梁、槽形板、形截面受弯构件的有吊车梁、屋面大梁、槽形板、空心板等。空心板等。T形截面一般设计成单筋截面如形截面一般设计成单筋截面如图图3-17。试试验验和和理理论论分分析析表表明明，T形形截截面面受受弯弯构构件件翼翼缘缘的的纵纵向向压压应应力力沿沿翼翼缘缘宽宽度度方方向向的的分分布布是是不不均均匀匀的的，离离开开肋肋愈愈远远，压压应应力力愈愈小小，因因此此T形形截截面面的的翼翼缘缘宽宽度度在在计计算算中中应应有有所所限限制制。在在设设计计时时取取其其一一定定范范围围内内的的翼翼缘缘宽宽度度作作为为翼翼缘缘的的计计算算宽宽度度，即即认认为为截截面面翼翼缘缘在在这这一一宽宽度度范范围围内内的的压压应应力力是是均均匀匀分分布布的的；其其合合力力大大小小，大大致致与与实实际际不不均均匀匀分分布布的的压应力图形等效。压应力图形等效。b5hfb6 hfb12 hf0.1 hf/h0 0.05b12 hfhf/h0 0.1b5 hfb b12 hfhf/h0 0.05按翼缘高度按翼缘高度hf考虑考虑b+Sn/2b+Sn按梁（肋）净距按梁（肋）净距Sn考虑考虑l0/6l0/3l0/3按跨度计算按跨度计算l0 考虑考虑肋形梁（板）肋形梁（板）独立梁独立梁肋形梁（板）肋形梁（板）倒倒L形梁形梁T形截面形截面考虑情况考虑情况表表3-11 T形梁及倒形梁及倒L形梁受弯构件翼缘计算宽度形梁受弯构件翼缘计算宽度bf说明：说明：bf的取值按表中各项规定的最小值的取值按表中各项规定的最小值b为腹板宽为腹板宽本表与本表与规范规范表表7.2.3对应对应T形截面根据中和轴所在位置的不同分为两类：形截面根据中和轴所在位置的不同分为两类：第一类：中和轴在翼缘内第一类：中和轴在翼缘内第二类：中和轴在梁肋内第二类：中和轴在梁肋内判别公式：满足下面公式为第一类，反之为第二类判别公式：满足下面公式为第一类，反之为第二类截面设计时采用：截面设计时采用：M1f c bf hf（h00.5hf）（）（3-34）截面复核时采用：截面复核时采用：fy AS1f c bf hf （3-35）bfbhfhfyAsMu1f c1f c bf hfZ=（h00.5hf）图图3-18二、第一类二、第一类T形截面的基本公式及适用条件形截面的基本公式及适用条件（1）基本计算公式）基本计算公式由于第一类由于第一类T形截面的中和轴在翼缘内，因而它的计算简图与单形截面的中和轴在翼缘内，因而它的计算简图与单筋矩形截面完全一致，计算方法也就完全一样；大家应该还记得单筋筋矩形截面完全一致，计算方法也就完全一样；大家应该还记得单筋矩形截面的受压区混凝土压力为矩形截面的受压区混凝土压力为1f cb x，其中其中b为受压区混凝土截面为受压区混凝土截面的宽度，而非受拉区混凝土截面的宽度，的宽度，而非受拉区混凝土截面的宽度，这一点一定要牢记；这一点一定要牢记；对于对于T形形截面它的受压区混凝土截面的宽度应该为截面它的受压区混凝土截面的宽度应该为bf，这样只需将单筋矩形截这样只需将单筋矩形截面计算公式中的面计算公式中的b换成换成bf，后面的计算步骤就完全相同了。后面的计算步骤就完全相同了。bfbhfhfyAsMu1f c1f c bf xZ=（h00.5x）图图3-19h0 x基本公式为基本公式为1f c bf x=fyAs（3-36）MMu=1f c bf x（h0-0.5x）（3-37）Mu=fyAs（h0-0.5x）（3-38）(2)适用条件适用条件由于第一类由于第一类T形截面的受压区混凝土高度形截面的受压区混凝土高度x值较小，一般不值较小，一般不会发生超筋破坏，不必进行验算。会发生超筋破坏，不必进行验算。应该进行少筋验算应该进行少筋验算 =As bh0min 上式中：上式中：b翼缘宽度。翼缘宽度。为什么不用为什么不用bf 来计算？请同学们考虑。来计算？请同学们考虑。三、第二类三、第二类T形截面的基本公式及适用条件形截面的基本公式及适用条件（1）基本公式）基本公式第二类第二类T形截面中和轴在梁肋内，受压区的高度形截面中和轴在梁肋内，受压区的高度x hf,受压受压区为区为T形，故为真正的形，故为真正的T形截面。受力简图如下：形截面。受力简图如下：bfbhfh图图3-20h0 x黄色区域受到的压力：黄色区域受到的压力：1f c（bfb）hf 到受拉钢筋的力臂：到受拉钢筋的力臂：h00.5hf粉色区域受到的压力：粉色区域受到的压力：1f cbx 到受拉钢筋的力臂：到受拉钢筋的力臂：h00.5x 钢筋受到的拉力：钢筋受到的拉力：fyAs根据力的平衡条件得出如下基本公式：根据力的平衡条件得出如下基本公式：1f cbx1f c（bfb）hf=fyAsM Mu=1f cbx（h00.5x）1f c（bfb）hf（h00.5hf）为了便于计算，我们可以仿照双筋截面的计算办法，将截面的抵为了便于计算，我们可以仿照双筋截面的计算办法，将截面的抵抗弯矩分成两部分。第一部分由抗弯矩分成两部分。第一部分由粉红色区域粉红色区域的混凝土压力与部分钢筋的混凝土压力与部分钢筋As1组成的抵抗力矩组成的抵抗力矩Mu1，第，第二由部分二由部分黄色区域（翼缘内）黄色区域（翼缘内）的混凝土的混凝土压力与部分钢筋压力与部分钢筋As2组成的抵抗力矩组成的抵抗力矩Mu2，Mu=Mu1Mu2，As=As1As2，设计时取：，设计时取：M=Mu。1f cbx=fyAs1Mu1=1f cbx（h00.5x）=fyAs1（h00.5x）1f c（bfb）hf=fyAs2Mu2=1f c（bfb）hf（h00.5hf）=fyAs2（h00.5hf）（2）应用条件）应用条件超筋验算超筋验算 x x b=bh0少筋验算少筋验算可不验算可不验算（想想为什么？）（想想为什么？）截面设计时，首先计算截面设计时，首先计算Mu2,再计算再计算Mu1=MMu2，再将，再将Mu1按单筋按单筋矩形截面计算。矩形截面计算。四、承载力计算四、承载力计算（1）截面设计步骤）截面设计步骤判断判断T形截面的类型形截面的类型M1f c bf hf（h00.5hf）为第一类，反之为第二类。）为第一类，反之为第二类。若为第一类用若为第一类用bf 取代取代b按单筋矩形截面计算，不再详述。若为按单筋矩形截面计算，不再详述。若为第二类按下面步骤计算。第二类按下面步骤计算。计算计算Mu2、As2Mu2=1f c（bfb）hf（h00.5hf）As2=1f c（bfb）hf fy计算计算Mu1、As1Mu1=MMu2s=Mu11f cb h02计算计算、s，若，若b说明截面不合适或混凝土等级偏低。说明截面不合适或混凝土等级偏低。As1=Mu1fyh0s计算计算AsAs=As1As2选配钢筋选配钢筋(2)截面复核步骤截面复核步骤判断判断T形截面类型形截面类型fy AS1f c bf hf为第一类，按单筋矩形截面复核，不再详述。如果本为第一类，按单筋矩形截面复核，不再详述。如果本公式不成立则为第二类，按下面步骤计算。公式不成立则为第二类，按下面步骤计算。计算计算x直接计算直接计算x值。值。x=fyAs1f c（bfb）hf1f cb 如果计算得到的如果计算得到的x xb=bh0,取取x=bh0按步骤按步骤进行计算。进行计算。计算计算MuMu=1f cbx（h00.5x）1f c（bfb）hf（h00.5hf）比较比较如果如果MMu安全安全，反之不安全。，反之不安全。例题例题3-4已知某已知某T形截面，截面尺寸形截面，截面尺寸hf=120mm,bh=250650mm2,bf=600mm,混凝土的等级为混凝土的等级为C30,钢筋采用钢筋采用HRB400,梁承担的弯矩设计值为梁承担的弯矩设计值为M=560KN.m,试计算所需受拉钢筋面积试计算所需受拉钢筋面积AS。解：解：判断判断T形截面的类型形截面的类型查表得查表得1=1.0，f c=14.3N/mm2,fy=360N/mm2,b=0.550，设钢筋做，设钢筋做成两排则成两排则h0=65060=590mm1f c bf hf（h00.5hf）=1.014.3600120（5900.5120）=545.7106(N.mm)=545.7KN.mM=560KN.m,为第二类。为第二类。计算计算Mu2、As2Mu2=1f c（bfb）hf（h00.5hf）=1.014.3（600250）120（5900.5120）=318.3106(N.mm)=318.3KN.mAs2=1f c（bfb）hf fy=1.014.3（600250）120360=1668(mm2)计算计算Mu1、As1Mu1=MMu2=560-318.3=241.7（KN.m）s=Mu11f cb h02=241.7106（1.014.32505902）=0.1942得：得：s=0.891，=0.218b=0.550未超筋未超筋As1=Mu1fyh0s=241.7106（3605900.891）=1277（mm2）计算计算AsAs=As1As2=1277+1668=2945mm2 选配钢筋选配钢筋选配选配625（As=2945mm2）图图3-21PPVV剪力图剪力图P纯弯区纯弯区弯剪区弯剪区弯剪区弯剪区M弯矩图弯矩图Pa一、概述一、概述受弯构件在荷载作用下除了承受弯受弯构件在荷载作用下除了承受弯矩矩M外，一般同时还承受剪力外，一般同时还承受剪力V 的作的作用。用。如图如图3-21所示在两集中力之间所示在两集中力之间的纯弯区，剪力为零，弯矩最大，可的纯弯区，剪力为零，弯矩最大，可能发生前面所述的正截面破坏；而在能发生前面所述的正截面破坏；而在集中力和支座之间的弯剪区，既有弯集中力和支座之间的弯剪区，既有弯矩的作用又有剪力的作用，引起主拉矩的作用又有剪力的作用，引起主拉应力和主压应力，主拉应力方向在下应力和主压应力，主拉应力方向在下边缘是水平方向，所以裂缝在下边缘边缘是水平方向，所以裂缝在下边缘与水平方向垂直，随着裂缝的发展逐与水平方向垂直，随着裂缝的发展逐渐倾斜，故叫斜截面破坏。渐倾斜，故叫斜截面破坏。第六节第六节 斜截面抗剪承载力计算斜截面抗剪承载力计算箍筋纵向受力筋架立钢筋弯起钢筋图图3-22钢筋骨架钢筋骨架为为了了防防止止梁梁发发生生斜斜截截面面破破坏坏，除除了了梁梁的的截截面面尺尺寸寸应应满满足足一一定定的的要要求求外外，还还需需在在梁梁中中配配置置与与梁梁轴轴线线垂垂直直的的箍箍筋筋，必必要要时时还还可可采采用用由由纵纵向向钢钢筋筋弯弯起起而而成成的的弯弯起起钢钢筋筋，以以承承受受梁梁内内产产生生的的主主拉拉力力应应力力，箍箍筋筋和和弯弯起起钢钢筋筋统统称称为为腹腹筋筋。配配置置腹腹筋筋的的梁梁称称为为有有腹筋梁（见图腹筋梁（见图3-22）；反之，称为无腹筋梁。）；反之，称为无腹筋梁。二、受弯构件斜截面的应力阶段及其破坏形式二、受弯构件斜截面的应力阶段及其破坏形式（1）斜裂缝的形成）斜裂缝的形成在支座附近由于弯剪的共同作用，当主拉应力超过混凝土的在支座附近由于弯剪的共同作用，当主拉应力超过混凝土的抗拉强度后，混凝土便沿着垂直于主拉应力的方向出现裂缝，第抗拉强度后，混凝土便沿着垂直于主拉应力的方向出现裂缝，第一条斜裂缝出现后，还会出现新的斜裂缝，导致发生剪切破坏的一条斜裂缝出现后，还会出现新的斜裂缝，导致发生剪切破坏的一条主要裂缝叫临界斜裂缝。一条主要裂缝叫临界斜裂缝。（2）斜裂缝出现后应力状态的变化）斜裂缝出现后应力状态的变化斜裂缝出现后梁的应力状态将发生质变，应力将重新分布。斜裂缝出现后梁的应力状态将发生质变，应力将重新分布。我们来分析一下无腹筋梁临界斜裂缝靠支座端的隔离体我们来分析一下无腹筋梁临界斜裂缝靠支座端的隔离体AABCD的的受力情况，见图受力情况，见图3-23。外荷载在斜截面外荷载在斜截面AAB上引起的弯矩为上引起的弯矩为MA、剪力、剪力VA;而斜截面上的抵抗力则有：而斜截面上的抵抗力则有：混凝土余留截面混凝土余留截面AA上的压力上的压力D、剪力、剪力VC;纵向钢