《结构构件设计》PPT课件.ppt

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1、第三章 结构与构件设计,第一节 概述,1.1 混凝土结构的基本概念,按组成材料分混凝土结构：素混凝土结构（plain concrete structure）（如设备基础、混凝土挡土墙等）钢筋混凝土结构（reinforced concrete structure）（如一般钢筋混凝土板、梁、柱、剪力墙、基础等）预应力混凝土结构（pre-stressed concrete structure）（如预应力板、梁、柱等）纤维混凝土结构（fiber concrete structure）,问题思考1：钢筋和混凝土为什么能共同工作？混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，钢筋端部形成弯钩或采用变形钢筋两者可靠地结

2、合在一起，可共同受力，共同变形；两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.010-51.5 10-5，钢筋：1.2 10-5；混凝土包裹在钢筋的外部，一定的保护层厚度，可使钢筋免于腐蚀或高温软化。注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的材料也可作配筋用。,钢筋混凝土结构的主要优缺点,优点多，缺点少；缺点可克服。,随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服,钢筋混凝土结构的主要优点：钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较好的受力性能以外。与其他结构相比还具有下列优点：就地取材。钢筋混凝土结构中，砂和石料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小。砂和石料一般可

3、以由建筑工地附近供应。节约钢材。钢筋混凝土结构的承载力较高。大多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。耐久、耐火。钢筋埋放在混凝土中，受混凝土保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的耐久性。当火灾发生时。钢筋混凝土结构不会象木结构那样被燃烧，也不会象钢结构那样很快软化而破坏。可模性好。可以根据需要浇捣成任何形状和尺寸的结构。现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性好，刚度大,对抗震,抗爆有利。,钢筋混凝土结构的缺点：自重大。钢筋混凝土的重度约为25kN/m3，比砌体和木材的重度都大。尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸比钢结构的大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构。抗裂性较差。如前所述，混

4、凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成不安全感。施工的周期较长，受天气的影响较大，需要较多的脚手架、模板。损坏补强维修较难。,问题思考2：为什么要将钢筋配置在混凝土结构中？,由此可见，素混凝土结构中加入少量钢筋以后：承载力有很大提高；受力性能和破坏特征有明显改善。注意：钢筋的主要作用是抗拉和抗剪，也可以抗压。,混凝土结构的发展及应用概况,1.钢筋混凝土结构的诞生,1824年，英国人J.Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；1849年，法国人Joseph

5、Louis Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船-最早的钢筋混凝土结构；1861年，法国花匠J.Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后又申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他仍被认为是钢筋混凝土结构的发明者；1884年，德国人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。,2.材料方面的发展,强度不断提高 美国60年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代：42N/mm2，如今随需要可达：

6、40N/mm2100N/mm2，试验室中：266N/mm2，但高强混凝土的抗拉强度与抗压强度之比仅为6%，脆性显著，塑性明显下降。轻质混凝土的应用 容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等。,高性能混凝土（HPC，High Performance Concrete)HPC是采用现代先进的混凝土技术制作的，是以耐久性作为混凝土设计的主要技术指标，同时结合不同建筑的具体要求，具有高强度、高韧性、高抗渗性、易施工和经济性等。纤维混凝土（FRC，Fiber Reinforced Concrete)钢纤维、玻璃纤维、碳纤维

7、及合成纤维等，短纤维或连续的长纤维作为混凝土的增强材料。,3.结构方面的发展,预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重。结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构及预应力混凝土结构等。,台北101，101层，508m,钢结构；马来西亚吉隆坡石油大厦，88层，452m，钢-混凝土结构；上海金茂大厦，88层，421m，钢-混凝土结构；香港国际金融中心，88层，415m，混合结构；美国亚特兰大奥运会主体育馆240m193m，张拉整体结构；桥梁跨度也越来越大。如四川万县拱桥，跨度为420m。,薄壳结构,

8、RC框架结构开孔索穹顶,张拉式膜结构,钢筋混凝土支承结构,重庆市万县长江大桥,施工中的钢筋混凝土建筑结构,施工中的钢筋混凝土桥梁结构,4.理论研究方面的发展,第二节 钢筋混凝土材料的力学性能,用于普通钢筋混凝土的钢筋,一、钢筋的基本性能,热轧钢筋:低碳钢、低合金钢在高温状态下轧制而成。HPB235（级钢）HPB300（级钢）HRB335（级钢）HRB400（级钢）HRB500（级钢）余热处理钢筋:由轧制钢筋经高温淬水，后余热处理而成。RRB400（级钢）细晶粒带肋钢筋:采用控温轧制工艺而成。HRBF335、HRBF400、HRBF500235钢筋屈服强度标准值 fyk（N/mm2）,热轧（Ho

9、t rolled）低碳钢，光圆（Plain），锚固差,低合金钢，带肋（Ribbed），强度高，具有较好的延性、可焊性、锚固和机械连接性能及施工适应性,R余热处理（Remained heat treatment）强度高，但延性、可焊性、机械连接性能及施工适应性降低,（新规范首次列入）,用于预应力混凝土的钢筋中强度预应力钢丝（新增）：直径5、7、9mm，光面，螺旋肋预应力螺纹钢筋（新增）：直径1850mm消除应力钢丝：直径5、7、9mm，光面，螺旋肋钢绞线：由三股或七股高强钢丝捻制而成,规范规定（1）根据修改后的钢筋产品标准，不再限制钢筋的化学成分和制作工艺，而按性能确定钢筋牌号和强度级别，并以相

10、应符号表达；（2）根据“四节一环保”要求，提倡采用高强、高性能钢筋；（3）推广400、500级高强热轧钢筋作为纵向受力的主导钢筋，限制并准备淘汰335级热轧钢筋的应用；（4）用HPB300光圆筋逐渐取代HPB235作为箍筋；（5）不再列入冷加工钢筋和刻痕钢丝作为预应力筋。,1、钢筋的力学性能,1.1软钢（有明显屈服点）的应力应变曲线（热轧钢筋，单调拉伸试验）,四个阶段：弹性阶段oa 段 a点应力：比例极限 a点应力：弹性极限 屈服阶段bf 段 b，c 两点：上，下屈服点 c点应力：屈服强度 fy0（或流限，是确定钢筋强度设计值 fy 的依据）c，f 之间的值：流幅 强化阶段fd 段 d点应力：

11、极限抗拉强度 fst0 颈缩阶段de 段 标志即将破坏,1.2硬钢（无明显屈服点）的应力应变曲线（预应力钢丝、钢绞线）规范规定：取残余应变的0.2%所对应的应力 作为设计强度指标，即条件屈服强度，取为0.2=0.85b,规范为fptk,规范 为fpyk,2、钢筋的冷加工和热处理,2.1冷拉与冷拔 冷拉：冷拉热轧钢筋，抗拉强度提高（冷拉强化），塑性降低，仍有屈服点和流幅 冷拔：冷拔低碳钢丝，抗拉强度、抗压强度均提高，塑性降低，没有明显的屈服点和流幅（冷拉钢筋和冷拔钢丝不宜推广使用，规范已去除，但在满足特定标准时仍可使用。）,2.2热处理,对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理,不降低强度的前提下，消

12、除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性,强度提高塑性降低,3、对钢筋质量的要求,（1）屈服强度 fy(fpy)高 是钢筋最关键的质量指标。设计时取屈服强度(或条件屈服强度)作为可以利用的应力上限,也就是钢筋的强度。（2）极限抗拉强度 fst(fpt)高 当接近此强度时，产生较大的塑性变形。同屈服强度相比，极限强度越高，材料安全储备越大。要求 fst/fy（强屈比）1.25，或 fy/fst（屈强比）0.8（3）伸长率大（最大力下总伸长率）反映钢筋受拉时的塑性性质。伸长率大,塑性好。（规范新规定）（4）冷弯性能好 按规定的直径D,规定的弯心角对试件弯曲,合格的标准 是不出现裂纹或断裂。,1、混凝土的

13、强度等级,混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值fcu,k确定，用符号C表示，如C30表示fcu,k=30N/mm2。14个等级C15C80，级差5N/mm2。C50以上为高强混凝土。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；当采用400级及以上的钢筋时，不应低于C25。承受重复荷载的构件，不应低于C30。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。,二、混凝土的基本性能,2、混凝土的强度,2.1立方体抗压强度 fcu,试验：边长150mm的立方体，标准养护条件、标准试验方法,我国规范：不涂润滑剂,标准值 fcu,k：,温度、湿度、龄期,加载速度、是否涂润滑剂,具有95

14、%保证率的立方体抗压强度；是衡量混凝土强度大小的基本指标；是评定混凝土等级的标准；不能直接用于结构设计。,2.2轴心抗压强度（棱柱体强度)fc,标准试件：150150 300,非标准试件：100100 300 换算系数 0.95 200200 400 换算系数 1.05,考虑到承压板对试件的约束，fcu0 fc0，且大致呈线性关系考虑到构件和试件的区别，取修正系数0.88,fck=0.88 fcu,k,棱柱体与立方体强度的比值，C50及以下取0.76，C80取0.82，其余内插,考虑混凝土脆性的折减系数C40及以下取1，C80取0.87，其余内插,2.3混凝土的轴心抗拉强度 ft,（直接受拉试

15、验、弯折试验、劈裂试验）,ftk=0.880.395fcuk0.55(1-1.645)0.45,试验结果：ft0 fcu0，且不成线性关系,3、混凝土的徐变和收缩,3.1荷载长期作用下的变形性能-徐变,凝胶体粘性流动内部微裂缝开展,徐变概念,混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形,徐变成因,徐变规律,前期增长快6个月完成7080%以后徐变逐渐缓慢23年后趋于稳定,应力：c 0.8 fc，徐变不稳定，造成混凝土脆性破坏,加荷时混凝土的龄期越早，徐变越大,水泥用量越多，水灰比越高，徐变越大,骨料越硬，徐变越小,养护温度越高，湿度越大，徐变越小,构件体表比越小，徐变越大,影响徐变的因素,3.1

16、荷载长期作用下的变形性能-徐变,通常混凝土在长期荷载下的强度取0.8 fc,s，c,3.1荷载长期作用下的变形性能-徐变,徐变对混凝土结构的影响,增大构件变形2-4倍,产生预应力损失,在高应力下导致构件破坏,有利于构件产生内力重分布,减小支座不均匀沉降的内力,减小大体积混凝土内的温度应力,减少收缩裂缝,3.2混凝土的收缩,水泥等级越高，收缩越大 水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大,骨料越硬，收缩越小,养护条件、制作方法、使用环境、体表比等,空气中结硬过程中混凝土体积缩小的性质,收缩概念,影响收缩的因素,收缩对结构的影响,钢筋受压，混凝土受拉,产生预应力损失,不利于构件的内力重分布,产生收缩应力

17、和裂缝,4、钢筋和混凝土间的粘结,4.1粘结的概念,粘结应力,钢筋与混凝土界面沿纵向的剪应力b,由平衡条件得,存在钢筋应力变化的区段，就有粘结应力,由于存在粘结应力，钢筋应力才会在长度向变化,粘结强度,钢筋单位表面积上能承担的最大纵向剪应力,混凝土中的水泥胶体与钢筋表面的胶结力（钢筋和混凝土相对滑动后消失）。混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的摩擦力。钢筋表面凹凸不平与混凝土的机械咬合力（光面钢筋凹凸程度较小，端部加弯钩阻止相对滑移）。,4.2粘结力的组成,对光圆钢筋，主要是胶结力对变形钢筋，主要是摩擦力,当粘结力较小时，主要是胶结力当粘结力较大时，主要是摩擦力,保证粘结力的构造措施,钢筋的最小搭接

18、长度钢筋最小锚固长度钢筋的最小间距混凝土保护层的最小厚度搭接范围内箍筋加密受力光面钢筋端部做弯钩,规范不进行粘结计算，规定了若干构造措施:,5、钢筋混凝土的一般构造规定,5.1混凝土保护层厚度,受力钢筋：cd 或 cdeq（并筋的等效直径）最外层钢筋：满足规范规定,5.2钢筋的锚固,受拉钢筋基本锚固长度：,且不应小于200mm,受压钢筋锚固长度不应小于相应受拉锚固长度的70%,受拉钢筋锚固长度：,5.3纵向钢筋的最小配筋率（强制性条文）,受压构件的全部纵筋配筋百分率0.5，一侧的百分率0.2,受弯构件、受拉构件一侧的受拉筋配筋率，且0.2,第三节 结构按极限状态计算的基本原则,结构的功能要求,

19、1.结构的安全等级,建筑结构的安全等级,桥涵结构的安全等级,2.结构的设计使用年限 结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可达到其预定功能的使用时期。设计年限可按建筑结构可靠度设计统一标准确定，也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。一般建筑结构的设计使用年限为50年。注意：区别建筑物的设计使用年限与设计基准期。（1）前者表示结构在规定的条件下所应达到的使用年限；（2）后者为确定可变作用及与时间有关的材料性能而选用的时间参数；（3）两者均不等同于结构的实际寿命或耐久年限。,结构的设计使用年限分类,适用性 如（f f）结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正

20、常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。耐久性 如（wmax wmax）结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。即在各种因素的影响下（混凝土碳化、钢筋锈蚀），结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而导致结构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性，降低使用寿命。,结构的可靠性 可靠性安全性、适用性和耐久性的总称。就是指结构在规定的使用期限内（设计工作寿命=50年），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。结构可靠性越高，建设造价投资越大。如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的

21、问题。,显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用。,一、结构功能的极限状态,结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”,1、承载力能力极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。结构或构件达到最大承载

22、力（包括疲劳）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）结构塑性变形过大而不适于继续使用结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）,2、正常使用极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；过大的振动（不舒适）；其他正常使用要求。,二、极限状态方程,S荷载效应 结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）产生的效应总和（如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度

23、 w 等）,S=S(Q),R结构抗力 结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度w,R=R(fc,fy,A,h0,As,),S=R 极限状态,S R 失效,S R 可靠,极限状态设计法,以相应于结构各种功能要求的极限状态作为结构设计依据的设计方法，称为极限状态设计法。除要求对承载力（安全性）极限状态进行设计外，还包括挠度（适用性）和裂缝宽度（耐久性）的极限状态的设计。对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采用单一的安全系数，而采用多系数表达,材料强度 fck 和 fyk 是根据统计后按一定保证率取其下限分位值，反映的材料强度的变异性。荷载值

24、 qik 也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定保证率取其上限分位值。荷载系数 kqi，材料强度系数 kc 和 ky 仍按经验确定，但对于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。,2.2,作用效应标准值Sk,作用效应S的不确定性就主要取决于结构上作用Q的不确定性,永久荷载G可变荷载Q偶然荷载（作用）,不同的荷载，其变异情况不同。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号Gk，Qik）。按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值Sk 有多个可变荷载同时作用的情况，考虑到它们同时达到标准值的可能性较小，考虑荷载组合系数y，,结构抗力标准值R

25、k,fck、fyk分别为混凝土和钢筋的强度标准值，截面尺寸b、h0和配筋As取设计值。,实用设计表达式,0 S R,式中 S 内力组合设计值,0 结构构件的重要性系数，对一、二、三级分别取1.1,1.0,0.9,R 结构构件的承载力设计值,R=R()=R(fc,fy,k,),1、承载能力极限状态设计表达式,内力组合设计值,基本组合：,式中 G 永久荷载分项系数。有利时取1.0，不利时取1.2。,Gk 永久荷载标准值，根据荷载规范取值。,一般情况取Q=1.4，当楼面活荷载标准值大于4kN/m2，取 Q=1.3,Qik 活荷载标准值。,cG,cQ1,cQi,永久荷载及活荷载的作用效应系数,ci 第

26、i个可变荷载的组合系数,无风 1.0,有风 0.6,Qi 活荷载分项系数。,结构构件的承载力设计值,R=R()=R(fc,fy,k,),是由材料强度的标准值fck除以砼材料分项系数 c 1.0所得。,fc 混凝土材料强度设计值。,fck是由数理统计分析且具有95%的保证率的材料强度。,是由钢材强度的标准值fyk除以材料分项系数(s 1.0)求得。,结构构件的抗力应根据截面的受力状态不同用相应的计算模型确定。,fy 钢材强度设计值。,fyk是由数理统计且具有95%保证率的材料强度。,结构或构件超过正常使用极限状态时所造成的财产和生命损失要小于超过承载力极限状态的后果，故其可靠度指标要低一些。在荷

27、载效应及结构抗力计算中均。,采用标准值,结构或构件在持荷作用下，其裂缝和变形会随时间的推移而发展，因此讨论其荷载组合时应考虑 和 的组合。,短期效应,长期效应,2、正常使用极限状态设计表达式,变形及裂缝宽度的验算,变形验算,式中 f 受弯构件按荷载短期效应组合并考虑长期效应组合影响计算的最大挠度。,flim 规范允许挠度。,f flim,裂缝验算,规范按使用阶段对结构构件裂缝的不同要求，将裂缝控制等级分为三级：,一级：严格要求不裂，使用阶段不允许出现拉应力。,二级：一般要求不裂，使用阶段允许出现拉应力，但应作限制。,三级：允许开裂，应验算裂缝宽度：,wmax wlim,荷载效应组合值,标准组合

28、：主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损坏的情况。,频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损坏、较大变形或短暂震动等的情况。,准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素的一些情况。,第四节 钢筋混凝土受弯构件 正截面承载力计算,受弯构件截面类型：梁、板,桥涵工程中常用受弯构件截面类型：梁、板,梁板结构,挡土墙板,梁式桥,受弯构件的主要破坏形态:,受弯构件的配筋形式,一、,梁板结构的一般构造,与构件的计算轴线相垂直的截面称为正截面。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的，即要求满足MMu 式中的

29、M是受弯构件正截面的弯矩设计值，它是由结构上的作用所产生的内力设计值；Mu是受弯构件正截面受弯承载力的设计值，它是由正截面上材料所产生的抗力。,（1）截面形状,梁、板常用矩形、T形、I字形、槽形、空心板和倒L形梁等对称和不对称截面。,（3）材料选择,1）混凝土强度等级，梁、板常用的混凝土强度等级是C20、C25、C30、C35和C40。2）钢筋强度等级及常用直径，梁中纵向受力普通钢筋应采用HRB400级、HRB500级、HRBF400级和HRBF500级钢筋，常用直径为12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm和25mm。根数最好不少于3(或4)根。3）梁的箍筋宜采用HRB40

30、0、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋，常用直径是6mm、8mm、10mm和12mm，板厚度较大时，钢筋直径可采用1418mm。4）板的分布钢筋，当按单向板设计时，除沿受力方向布置受力钢筋外，还应在垂直受力方向布置分布钢筋（注意分布钢筋的作用）。分布钢筋宜采用HPB300级和HRB335级钢筋，常用直径是6mm和8mm。,（4）混凝土保护层厚度 最外层钢筋（包括箍筋、构造筋和分布筋）等的外表面到混凝土表面的垂直距离，称为混凝土保护层厚度，用c（cover）表示。,混凝土保护层有三个作用：保护纵向钢筋不被锈蚀；在火灾等情况下，

31、使钢筋的温度上升缓慢；使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。,（5）纵向钢筋在梁截面上的布置 1）单筋矩形截面 2）双筋矩形截面注意区分：双筋矩形截面中受压区的纵向受力钢筋与架立筋之间的关系。,1 构件中受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋的公称直径d；2 设计使用年限为50年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度应符合表的规定；设计使用年限为100年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度不应小于表中数据的1.4倍。,配筋构造（1）梁,净距25mm钢筋直径d,c,c,c,c25mm d,h0,h0,净距30mm钢筋直径1.5d,净距25mm钢筋直径d,配筋构造（2）板,（6）并筋设计 构件中的钢筋可采用并筋

32、的配置形式。直径28mm及以下的钢筋并筋数量不应超过3根；直径32mm的钢筋并筋数量宜为2根；直径36mm及以上的钢筋不应采用并筋。并筋应按单根等效钢筋进行计算，等效钢筋的等效直径应按截面面积相等的原则换算确定。,新型塑料垫块,对浇筑混凝土过程中容易受踩踏的部位采用改进过的长铁板凳控制双层 钢筋 间距，效果良好。,竖向钢筋采用卡具式塑料垫块定位,竖向钢筋采用卡具式塑料垫块定位,塑料马凳有效控制了双层 钢筋 之间的间距,板底采用塑料垫块控制保护层,二、适筋梁正截面受弯破坏的3个阶段,（1）适筋梁的试验,（2）适筋梁破坏的三个阶段,可绘出跨中弯矩M/Muf点等曲线如图：,第一阶段 弹性受力阶段（阶

33、段）:混凝土开裂前的未裂阶段。第二阶段带裂缝工作阶段（阶段）：混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段第三阶段屈服阶段（阶段）：钢筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段,1）第阶段：从加载至混凝土开裂，弯矩从零增至开裂弯矩Mcr，该阶段结束的标志是混凝土拉应变增至混凝土极限拉应变，而并非混凝土应力增至ft。第阶段末是混凝土构件抗裂验算的依据。2）第阶段：弯矩由Mcr增至钢筋屈服时的弯矩 My，该阶段结束的标志是钢筋应力达到屈服强度，该阶段混凝土带裂缝工作，第阶段是混凝土构件裂缝宽度验算和变形验算的依据。3）第阶段：弯矩由My增至极限弯矩Mu，该阶段结束的标志是混凝土压应变达到其非均匀受压时的极限压应变，而并

34、非混凝土的应力达到其极限压应力。第阶段末是混凝土构件极限承载力设计的依据。,适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点,4.2.3 纵向受拉钢筋配筋率对正截面受弯破坏形态和受弯性能的影响,配筋率,纵向受力钢筋截面面积As与截面有效面积的百分比。,1、少筋梁,一裂即断,由砼的抗拉强度控制,承载力很低。,破坏很突然,属脆性破坏。,砼的抗压承载力未充分利用。,设计不允许。,min,一开裂,砼应力由裂缝截面处的钢筋承担,荷截继续增加,裂缝不断加宽。受拉钢筋屈服,压区砼压碎。,破坏前裂缝、变形有明显的发展,有破坏征兆,属延性破坏。,钢材和砼材料充分发挥。,设计允许。,min max,2、适筋梁,3、超筋梁,

35、开裂,裂缝多而细，钢筋应力不高,最终由于压区砼压碎而崩溃。,裂缝、变形均不太明显,破坏具有脆性性质。,钢材未充分发挥作用。,设计不允许。,max,1.2,三、,正截面承载力计算的基本假定及应用,1、正截面承载力计算的基本假定,以IIIa阶段作为承载力极限状态的计算依据,并引入基本假定：,1.截面平均应变符合平截面假定；,2.不考虑受拉区未开裂砼的抗拉强度；,3.设定受压区砼的c c关系；,4.设定受拉钢筋的 s s关系。,2、受压区混凝土应力的计算图形,受压砼的应力图形从实际应力图,理想应力图,等效矩形应力图,xc 实际受压区高度,x 计算受压区高度，x=0.8xc,等效原则：C的大小和作用点

36、位置不变,fc,fc,等效矩形应力图形系数 和,相对界限受压区高度,（1）有明显屈服点钢筋配筋时,y,注意：x0b是界限破坏时的真实受压区高度,当混凝土的强度等级 时：用HPB300钢筋时=0.576 用HRB335钢筋时=0.550 用HRB400或RRB400钢筋时=0.518 用HRB500=0.482,（2）无明显屈服点钢筋配筋时,从截面的应变分析可知:,b适筋,b超筋,=b界限,由应变推出截面受压区高度与破坏形态的关系是：,钢筋先屈服,然后砼压碎,钢筋未屈服,砼压碎破坏,当 s=y,当 sy,适筋,当 sy,超筋,界限破坏,适筋梁与少筋梁的界限及最小配筋率,少筋破坏的特点是一裂就坏，

37、所以从理论上讲，纵向受拉钢筋的最小配筋率min应是这样确定的：按a阶段计算钢筋混凝土受弯构件正截面受弯承载力与按Ia阶段计算的素混凝土受弯构件正截面受弯承载力两者相等。但是，min考虑到混凝土抗拉强度的离散性，以及温度变化、收缩等因素的影响，所以在实用上，最小配筋率min往往是根据传统经验得出的。为了防止梁“一裂即坏”，适筋梁的配筋率应大于min。（注意：其计算采用全截面面积，即As大于等于As,min=min bh）应当注意，验算截面配筋是否满足最小配筋率要求时应采用全部截面面积bh，而不是计算界限配筋率b或最大配筋率max时采用的有效截面面积bh0，这是因为受拉区混凝土开裂时退出受拉工作的

38、面积是从受拉混凝土截面边缘开始的。,max 最大配筋率,是适筋梁与超筋梁的界限配筋率.适筋梁和超筋梁的本质区别是受拉钢筋是否屈服。钢筋初始屈服的同时,压区砼达到极限压应变是这两种破坏的界限。,由相对界限受压区高度b可推出最大配筋率max。,1.2,四、,单筋矩形截面正截面承载力计算,单筋：只在受拉区配有受力钢筋。,1、基本计算公式,基本计算简图,基本计算公式:,2、基本计算公式的两个适用条件及其意义,为了防止超筋，要求：,相对受压区高度;,相对界限受压区高度，按平截面变形假定求。,讨论：,与 对应的最大配筋率:,当达最大配筋率时，有,与 对应的截面最大抵抗弯矩系数:当达到界限破坏时，有,截面最

39、大抵抗弯矩系数,、xb、对应于同一受力状态，四者等 效，即超筋控制可以采用下面四者之一便可以：,或,或,3、计算系数及应用,截面抵抗弯矩系数,同样：,内力臂系数,且：,则：,4、正截面受弯承载力计算的两类问题,截面设计：,截面校核：,As=?,bh,fc,fy,M,已知：,求：,bh,fc,fy,As,已知：,Mu=?,求：,1.截面设计：,已知：弯矩设计值M求：截面尺寸b，h(h0)、截面配筋As，以及材料强度fy、fc未知数：受压区高度x、b，h(h0)、As、fy、fc基本公式：两个,根据环境类别及混凝土强度等级，确定混凝土保护层最小厚度，再假定as，得h0，并按混凝土强度等级确定fc，

40、解二次联立方程式。然后分别验算适用条件,和,当环境类别为一类(即室内环境)、箍筋直径为8mm时，一般取：梁内一层钢筋时，as=40mm；梁内两层钢筋时，as=65mm；对于板 as=20mm。,由结构力学分析确定弯矩的设计值M,由跨高比确定截面初步尺寸,由受力特性及使用功能确定材性,由基本公式求x,验算公式的适用条件 x xb(b),由基本公式 求As,选择钢筋直径和根数,布置钢筋。,计算步骤：,2.截面校核：,已知：截面尺寸b，h(h0)、截面配筋As，以及材料强度 fy、fc求：截面的受弯承载力 MuM未知数：受压区高度x和受弯承载力Mu基本公式：,求x(或),验算适用条件,求Mu,若Mu M，则结构安全,当 min,当x xb,Mu=Mcr 即按素混凝土截面计算抵抗弯矩,Mu=Mmax=1fcbh02b(1-0.5b),计算步骤：,