第4章 受弯构件正截面的性能与设计.ppt
《第4章 受弯构件正截面的性能与设计.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第4章 受弯构件正截面的性能与设计.ppt(85页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第4章 受弯构件正截面的性能与设计,本章主要内容,正截面受弯承载力分析 单筋矩形截面梁受弯承载力计算 双筋矩形截面梁受弯承载力计算 T形截面梁受弯承载力计算,受弯构件 仅承受弯矩和剪力作用的构件; 荷载作用方向与构件轴线垂直。 受弯构件的设计计算 正截面受弯承载力计算:确定纵筋数量,防止正截面破坏 -本章内容 斜截面受剪承载力计算:确定箍筋数量,防止斜截面破坏 -第 6 章 变形和裂缝宽度计算:修正纵筋数量,保证适用性和耐久性 -第 9 章 本章内容 截面形式:矩形、T形(包括I形)截面 配筋形式:单筋、双筋截面;重点是单筋矩形截面,思 路 试验研究 构件破坏机理 截面计算简图 承载力(变形、
2、裂缝宽度)公式 公式的适用条件 公式的应用,典型的受弯构件 正截面的概念 单筋与双筋矩形截面梁,4.1 概述,典型的受弯构件:梁与板,典型的受弯构件:梁与板,梁和板相交处,梁板柱相交处,正截面的概念 与构件的计算轴线相垂直的截面称为正截面,单筋与双筋矩形截面梁,中和轴,单筋梁,计算轴线,正截面,构造要求的意义 梁的构造要求 板的构造要求,4.2 受弯构件一般构造要求,构造要求的意义 构造要求是在长期工程实践经验的基础上对结构计算的必要补充,以考虑结构计算中没有计及的因素(如混凝土的收缩、徐变和温度应力等); 结构计算和构造措施是相互配合的; 在进行受弯构件正截面承载力计算之前,还需要了解其有关
3、的构造要求。,4.2.1梁的构造要求,梁的构造要求(部分),梁常用的混凝土强度等级是C20、C25、C30、C35、C40等,混凝土保护层(到纵筋外边缘的距离)25mm,钢筋净距25mm,钢筋直径,钢筋净距25mm,钢筋直径,h300mm时d8mm;h300mm时,d10mm,4.2.1梁的构造要求,4.2.1梁的构造要求,梁侧纵向构造钢筋(腰筋) 作用:承受梁侧面的温度变化及混凝土收缩引起的应力,并抑制混凝土裂缝的开展。 配置:梁腹板高度450mm时,每侧纵向构造钢筋(不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋)的截面面积不应小于腹板截面面积的0.1%,且其间距不宜大于200mm。,板的构造要求(部
4、分),分布钢筋,受力钢筋 例 As=390mm2/m(每米板宽) 实配f 8125(As=402mm2/m),混凝土强度等级一般为 C15 C35,4.2.2板的构造要求,适筋梁正截面工作的三个阶段 适筋梁的截面应力分布 正截面受弯的破坏形态 适筋梁的配筋率范围,4.3 正截面受弯性能的试验研究,4.3 试验研究,内容提要 试验目的:建立正截面承载力计算公式 试验方法及测试内容 试验结果分析 截面应力变化过程:钢筋应力、应变;混凝土应力、应变; 弯矩-挠度曲线 梁三个受力阶段的受力性能,4.3.1试验测试及结果,试验方案,弯矩图,纯弯段,钢筋、混凝土 应变 跨中挠度 梁端转角,4.3.1试验测
5、试及结果,试件的主要变化参数:配筋率的定义,b,h0,配筋率:受拉钢筋面积与截面有效面积之比。 截面有效面积: 截面有效高度 :受拉钢筋合力点距截面受压边缘的距离。,4.3.1试验测试及结果,三种破坏形态 素混凝土梁 少筋梁 适筋梁 超筋梁,三种破坏形态的比较,适筋梁的配筋率范围 最大配筋率rmax 最小配筋率rmin 适筋梁的配筋率 rmax r rmin,4.3.1试验测试及结果,试验曲线,钢筋屈服,混凝土开裂,Mu/Mu,My/Mu,Mcr/Mu,跨中挠度,M / Mu,0.11,0.22,0.54,0.95,1.00,纵向应变,4.3.1 试验测试及结果,三阶段截面应力及应变分布,ss
6、As,4.3.2 适筋梁正截面工作的三个阶段,第阶段开始加载受拉边缘混凝土达到极限拉应变 受压区混凝土处于弹性工作阶段,应力为三角形分布; 第阶段末称为梁的开裂极限状态,以a表示,特点是混凝土应变达到极限拉应变,受拉区混凝土应力为曲线分布(塑性状态)。 钢筋处于弹性状态。 工程意义:抗裂验算的依据,ssAs,4.3.2 适筋梁正截面工作的三个阶段,第阶段裂缝出现受拉钢筋屈服 受压区混凝土出现塑性,应力为曲线分布; 受拉区混凝土退出工作(中和轴附近还有一小部分混凝土承受拉力),拉力由钢筋承受; 第阶段末称为梁的屈服状态,以a表示,特点是受拉钢筋应力达到屈服强度; 工程意义:变形和裂缝宽度验算的依
7、据,4.3.2 适筋梁正截面工作的三个阶段,第阶段受拉钢筋屈服受压边缘混凝土达极限压应变 受压区混凝土应力图形为较丰满的曲线;前期应力峰值在边缘,后期应力峰值内移; 第阶段末称为梁的承载能力极限状态,以a表示,特点是受压区边缘混凝土达到其极限压应变。 工程意义:承载能力极限状态计算的依据,4.3.2 适筋梁正截面工作的三个阶段,适筋梁的破坏特征、破坏性质 受拉区纵筋应力首先达到屈服强度,然后受压区混凝土被压坏。 塑性破坏:梁破坏前有明显的塑性变形和裂缝预兆。 材料利用情况:两种材料都得到了充分利用,4.3.3 超筋梁和少筋梁的破坏特征,超筋梁的受弯性能 破坏过程:从加载到第阶段,应力、应变的变
8、化与适筋梁相同。继续加载,由于受拉钢筋量过多,钢筋应力达不到屈服,裂缝开展与向上延伸不明显,而受压区混凝土应力继续增大,最后梁因受压区混凝土被压坏而破坏(受拉钢筋仍未屈服)。 破坏特征 受压区混凝土被压坏,受拉钢筋应力达不到屈服强度 破坏性质 脆性破坏,无明显预兆 材料利用情况 钢筋强度未充分利用,4.3.3 超筋梁和少筋梁的破坏特征,少筋梁的受弯性能 破坏过程:从加载到a阶段,应力、应变的变化与适筋梁相同。当荷载稍微增加一点,由于受拉钢筋量过少,钢筋应力很快达到屈服强度,甚至达到强化阶段,梁由于过度变形而达到承载力极限状态。 破坏特征:瞬拉破坏(混凝土拉裂,钢筋拉断) 破坏性质:脆性破坏(一
9、裂即坏) 材料利用情况:混凝土强度未充分利用,钢筋作用不大 钢筋混凝土结构的一个重要特点 受力性能与两种材料的强度和数量配比有关。 设计时,通过控制配筋率来控制构件的受力性能。,4.3.3 超筋梁和少筋梁的破坏特征,梁的破坏形态 适筋梁:配筋率适当,受拉区裂缝发展充分。 超筋梁:配筋率过大,受拉区裂缝发展不充分。 少筋梁:配筋率过小,裂缝贯通,断裂破坏。,4.3.4 适筋梁的截面应力分布,混凝土与钢筋的应力-应变曲线,4.3.4 适筋梁的截面应力分布,梁各阶段的截面应变及对应的应力分布,ssAs,4.3.5 钢筋混凝土梁的受力特点,适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点,承载力计算的基本假定
10、受压区等效矩形应力图形 界限受压区高度与最小配筋率 承载力计算公式及其应用,4.4 正截面受弯承载力分析,4.4.1 基本假定,为什么要做假定? 截面分析的三个条件:平衡方程;物理方程;几何方程 构件在弯曲变形后,平均应变(某一区段的平均应变)符合平截面假定。 采用平截面假定,由几何关系可确定截面上各点的应变,进而确定各点应力。 引入平截面假定,提高了计算方法的逻辑性和条理性,使计算公式具有明确的物理概念。 截面分析最重要的假定 截面受拉区的拉力全部由钢筋负担, 不考虑受拉区混凝土的抗拉作用。,4.4.1 基本假定,混凝土受压的应力与应变关系曲线是由抛物线上升段和水平段两部分组成。,普通混凝土
11、 n = 2; 高强混凝土(C80): n = 1.5;,4.4.1 基本假定,纵向钢筋的应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积,但其绝对值不应大于其相应的强度设计值。应力-应变关系为理想弹塑性。纵向受拉钢筋的极限拉应变取为0.01。,4.4.2 正截面受弯分析,正截面分析思路 目的:建立正截面承载力计算方法 方法:平衡方程;物理方程(应力-应变方程);几何方程 按实际的曲线应力图形,根据采用的应力-应变曲线和平截面假定,可以建立,但需要对曲线应力图形积分,使用上不方便;采用简化方法。 简化方法 要简化受压区应力图形,首先要简化应力-应变曲线。 上升段不变(二次抛物线),下降段改为水平线。 应力
12、图形简化原则 曲线应力图形 等效矩形应力图形 受压区合力值不变;合力点作用位置不变,4.4.2 正截面受弯分析,ec,单筋矩形截面,截面应力分布,截面应变分布,应力、应变图示,方程的建立,4.4.3 受压区等效矩形应力图形,等效原因:计算过复杂 等效原则 等效矩形应力图形的面积应等于抛物线加矩形应力图形的面积,即混凝土压应力的合力的大小相等; 等效矩形应力图形的形心位置应与抛物线加矩形应力图形的总形心位置相同,即压应力合力的作用点位置不变。,4.4.3 受压区等效矩形应力图形,公式推导,根据合力作用点位置不等的原则,有,普通混凝土(强度等级不超过C50): 高强混凝土:强度等级为C80时,,4
13、.4.3 受压区等效矩形应力图形,正截面承载力基本公式的建立,4.4.4 界限受压区高度与最小配筋率,如何设计才能保证是适筋梁? 防止超筋,只要找出适筋梁与超筋梁的界限; 防止少筋,只要找出适筋梁与少筋梁的界限。 适筋梁的配筋率范围 最大配筋率 最小配筋率 适筋梁的配筋率 界限受压区高度,4.4.4 界限受压区高度与最小配筋率,适筋梁的条件 界限受压区高度 纵向受拉钢筋应力达到其屈服强度的同时,受压区边缘混凝土应变恰好达到其极限压应变的受压区高度,称为界限受压区高度。 相对界限受压区高度 为适筋梁 最小配筋率,4.4.4 界限受压区高度与最小配筋率,界限受压区高度xb “界限破坏”或“平衡破坏
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第4章 受弯构件正截面的性能与设计 构件 截面 性能 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-2973954.html