钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算 例题ppt课件.ppt

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1、1,3.4 受弯构件的正截面承载力计算,2,同时受到弯矩M和剪力V共同作用, 而N可以忽略的构件。 主要是指各种类型的梁与板。,3,1. 梁、板钢筋的作用及配筋构造要求； 2. 梁正截面受弯性能的试验研究、受弯破坏形态及特征； 3. 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算的基本假 定、应力简图、计算方法及适用条件； 4. 双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算的基本假 定、应力简图、计算方法及适用条件； 5. 单筋T形截面受弯构件正截面承载力计算的应力简图、 计算方法及适用条件；,主要内容,4,受弯构件主要是指梁与板。与构件轴线相垂直的截面称为正截面；与构件轴线斜交的截面称为斜截面。,梁、板正截面

2、受弯承载力要求满足,0 SR M Mu （3-1）,式中 M 正截面的弯矩设计值。在承载力计算中, M是已知的；,Mu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，这里的下角码u是指极限值。,5,第一节 单筋矩形梁正截面承载力计算,3.1.1 适筋梁正截面受弯性能的试验研究（三个受力阶段） 1.适筋梁正截面受弯承载力的试验研究 (1)试验梁 受弯构件正截面受弯破坏形态与纵向受拉钢筋配筋率有关。当受弯构件正截面内配置的纵向受拉钢筋能使其正截面受弯破坏形态属于延性破坏类型时，称为适筋梁。 图3-1为一混凝土设计强度等级为C25的钢筋混凝土简支梁。为消除剪力对正截面受弯的影响，采用两点对

3、称加载方式，使两个对称集中力之间的截面，在忽略自重的情况下，只受纯弯矩而无剪力，称为纯弯区段。在纯弯区段布置仪表，以观察加载后梁的受力全过程。荷载是逐级施加的，由零开始直至梁正截面受弯破坏。,6,试验梁,图3-1 试验梁,7,试验装置,8,(2) 梁的挠度、纵筋拉应力、截面应变试验曲线,梁跨中挠度 实测图,纵向钢筋应力 实测图,图3-2 梁的挠度、纵筋拉应力、截面应变试验曲线,9,(3) 适筋梁正截面受力的三个阶段,弹性阶段（阶段）,图3-3 梁的截面应变、混凝土应力、纵筋拉应力分布图,10,第阶段：混凝土开裂前的未裂阶段,刚开始加载时，由于弯矩很小，混凝土基本上处于弹性工作阶段，应力与应变成

4、正比，受压区和受拉区混凝土应力分布图形为三角形。见图3-3 (a)。 在弯矩增加到 时，受压区混凝土基本上处于弹性工作阶段，受压区应力图形接近三角形；而受拉区应力图形则呈曲线分布,受拉区边缘纤维的应变值即将到达混凝土的极限拉应变值，截面遂处于即将开裂状态，称为第阶段末，用 表示。见图3-3(b)。 由于受拉区混凝土塑性的发展， 阶段时中和轴的位置比第阶段初期略有上升。第阶段的特点是: 混凝土没有开裂；受压区混凝土的应力图形是直线，受拉区混凝土的应力图形在第阶段前期是直线，后期是曲线；弯矩与截面曲率基本上是直线关系。 阶段可作为受弯构件抗裂度的计算依据。,11,带裂缝工作阶段（ 阶段 ）,(3)

5、 适筋梁正截面受力的三个阶段,图3-3梁的截面应变、混凝土应力、纵筋拉应力分布图,12,第阶段：混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段,时，在纯弯段抗拉能力最薄弱的某一截面处，将首先出现第一条裂缝、梁即由第阶段转入为第阶段工作。 裂缝出现时梁的挠度和截面曲率都突然增大，裂缝截面处的中和轴位置也将随之上移。在中和轴以下裂缝尚未延伸到的部位，混凝土虽然仍可承受一小部分拉力，但受拉区的拉力主要由钢筋承担。见图3-3(c)。 弯矩再增大，主裂缝开展越来越宽，受压区应力图形呈曲线变化。当弯矩继续增大到受拉钢筋应力即将到达屈服强度 时，称为第阶段末，用a表示。见图3-3(d)。,13,第阶段是截面混凝土裂缝发

6、生、开展的阶段，在此阶段中梁是带裂缝工作的。其受力特点是：在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土退出工作，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的曲线；弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的增长加快了。 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。,第阶段：混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段,14,破坏阶段（ 阶段 ）,(3) 适筋梁正截面受力的三个阶段,图3-3 梁的截面应变、混凝土应力、纵筋拉应力分布图,15,第阶段：钢筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段,纵向受拉钢筋屈服后，正截面就进入第阶段工作。 钢

7、筋屈服，中和轴继续上移，受压区高度进一步减小，受压区压应力图形更趋丰满。弯矩再增大直至极限弯矩实验值M0u时，称为第阶段末，用a表示。此时，边缘纤维压应变到达（或接近）混凝土的极限压应变实验值0cu，标志着截面已开始破坏。见图3-3(e)。 在第阶段整个过程中，钢筋所承受的总拉力大致保持不变，但由于中和轴逐步上移，内力臂z略有增加，故截面极限弯矩M0u略大于屈服弯矩M0y。可见第阶段是截面的破坏阶段，破坏始于纵向受拉钢筋屈服，终结于受压区混凝土压碎。,16,受力特点是：纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；裂缝截面处，受拉区大部分混凝土已退出工作，受压区混凝土压应力曲线图形比较丰满，有上升段曲线，

8、也有下降段曲线；由于受压区混凝土合压力作用点外移使内力臂增大，故弯矩还略有增加；受压区边缘混凝土压应变达到其极限压应变实验值0cu时，混凝土被压碎，截面破坏；弯矩一曲率关系为接近水平的曲线。 第阶段末(a )可作为正截面受弯承载力计算的依据。,第阶段：钢筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段,17,(4) 适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点,II 用于裂缝宽度和挠度验算,18,图3-4梁在各受力阶段的应力、应变图,C受压区合力；T受拉区合力,19,对各阶段和各特征点进行详细的截面应力 应变分析：,My,fyAs,IIa,M,sAs,II,sAs,M,I,Mu,fyAs=Z,D,IIIa,M,fyA

9、s,III,sAs,Mcr,Ia,ftk,20,进行受弯构件截面各受力工作阶段的分析, 可以详细了解截面受力的全过程, 而且为裂缝、变形及承载力的计算提供依据。,Ia 抗裂计算的依据,II 正常工作状态, 变形和裂缝宽度计算的依据;,IIIa 承载能力极限状态;,21,2 正截面受弯的三种破坏形态,1） 适筋破坏形态 受拉钢筋先屈服，受压区混凝土后压坏，破坏前有明显预兆由于钢筋要经历较大的塑性变形，随之引起裂缝急剧开展和梁挠度的激增，为“塑性破坏”。,2） 超筋破坏形态 受压区混凝土先压碎，钢筋不屈服，破坏前没有明显预兆，为“脆性破坏”。钢筋的抗拉强度没有被充分利用。,3）少筋破坏形态 构件一

10、裂就坏，无征兆，为“脆性破坏”。未能充分利用混凝土的抗压强度。,22,23,24,25,(a),(b),(c),图3-7正截面受弯的三种破坏形态,26,适筋破坏形态,最小配筋率,界限配筋率,超筋破坏形态,少筋破坏形态,图3-8 M0 0示意图,27,1）.适筋破坏形态 （minb） 其特点是纵向受拉钢筋先屈服，受压区混凝土随后压碎。这里min、b 分别为纵向受拉钢筋的最小配筋率、界限配筋率。 破坏始自受拉区钢筋的屈服，由于钢筋要经历较大的塑性变形，随之引起裂缝急剧开展和梁挠度的激增，它将给人以明显的破坏预兆，属于延性破坏类型。,图3-8 M0 0示意图,28,2).超筋破坏形态（ b ）,其特

11、点是混凝土受压区先压碎，纵向受拉钢筋不屈服。 破坏始自混凝土受压区先压碎，纵向受拉钢筋应力尚小于屈服强度，但此时梁已告破坏。试验表明，钢筋在梁破坏前仍处于弹性工作阶段，裂缝开展不宽，延伸不高，梁的挠度亦不大。总之，它在没有明显预兆的情况下由于受压区混凝土被压碎而突然破坏，故属于脆性破坏类型。 超筋梁虽配置过多的受拉钢筋，但由于梁破坏时其应力低于屈服强度，不能充分发挥作用，造成钢材的浪费。这不仅不经济，且破坏前没有预兆，故设计中不允许采用超筋梁。,29,3）. 少筋破坏形态(min),其特点是受拉区混混凝土一裂就环。 破坏始自受拉区混凝土拉裂，梁破坏时的极限弯矩M0u小于开裂弯矩M0cr。梁配筋

12、率越小，M0u - M0cr的差值越大；越大（但仍在少筋梁范围内），M0u - M0cr的差值越小。M0u - M0cr =0时，从原则上讲，它就是少筋梁与适筋梁的界限。这时的配筋率就是适筋破最小配筋率min的理论值。在这种特定配筋情况下，梁一旦开裂钢筋应力立即达到屈服强度。 图3-10为少筋梁的M0 0曲线。由图可见，梁破坏时的极限弯矩M0u 小于开裂弯矩M0cr 。少筋梁一旦开裂，受拉钢筋立即达到屈服强度，有时可迅速经历整个流幅而进人强化阶段，在个别情况下，钢筋甚至可能被拉断。,30,3）. 少筋破坏形态(min),少筋梁破坏时，裂缝往往只有一条，不仅开展宽度很大，且沿梁高延伸较高。同时它

13、的承载力取决于混凝土的抗拉强度，属于脆性破坏类型，故在土木工程中不允许采用。,图3-10 少筋梁M0 0关系曲线图,31,4）. 适筋破坏形态特例 “界限破坏” （=b）,钢筋应力到达屈服强度的同时受压区边缘纤维应变也恰好到达混凝土受弯时极限压应变值，这种破坏形态叫“界限破坏”。即适筋梁与超筋梁的界限。界限破坏也属于延性破坏类型，所以界限配筋的梁也属于适筋梁的范围，在国外多称之为“平衡配筋梁”。可见，梁的配筋应满足minh/h0b的要求。注意，这里用minh/h0而不用min，是min是按As / bh来定义的，见附表3-6的注3。 “界限破坏”的梁，在实际试验中是很难做到的。因为尽管严格的控

14、制施工上的质量和应用材料，但实际强度也会和设计时所预期的有所不同。,32,界限破坏形态,特征：受拉钢筋屈服的同时受压区混凝土被压碎。,界限破坏的配筋率b实质上就是适筋梁的最大配筋率。当 b时，破坏始自受压区混凝土的压碎， = b时，受拉钢筋屈服的同时受压区混凝土被压碎。属于适筋梁的范围，延性破坏。,33,3.1.2 单筋矩形梁的基本计算公式,1.正截面受弯承载力计箅的基本假定 混凝土设计规范规定，包括受弯构件在内的各种混凝土构件的正截面承载力应按下列四个基本假定进行计算。,34,（1）截面平均应变符合平截面假定；（2）截面受拉区的拉力全部由钢筋负担，不考虑混凝土的抗拉作用；,平截面假定,35,

15、（3） 混凝土的受压应力应变关系的表达式为： 当 （上升段）时 当 （水平段）时 式中,（3-3）,（3-4）,（3-5）,（3-6）,（3-7）,混凝土应力应变曲线,36,（4）钢筋的应力应变关系采用理想弹塑性应力应变关系， 钢筋应 力的绝对值不应大于其相应的强度设计值，受拉钢筋的极限拉应 变取0.01.,s = Ess fy (3-8),0.01,37,基本假定条文说明,(1)基本假定1. 是指在荷载作用下，梁的变形规律符合“平均应变平截面假定”，简称平截面假定。国内外大量实验，包括矩形、T形、I字形及环形截面的钢筋混凝土构件受力以后，截面各点的混凝土和钢筋纵向应变沿截面的高度方向呈直线变

16、化。同时平截面假定也是简化计算的一种手段。 (2)基本假定2忽略中和轴以下混凝土的抗拉作用，主要是因为混凝土的抗拉强度很小，且其合力作用点离中和轴较近，内力矩的力臂很小的缘故。,38,(3)基本假定3 采用抛物线上升段和水平段的混凝土受压应力一应变关系曲线，见图3一11。 曲线方程随着混凝土强度等级的不同而有所变化，峰值应变o和极限压应变cu的取值随混凝土强度等级的不同而不同。对于正截面处于非均匀受压时的混凝土，极限压应变的取值最大不超过0.0033。,图3-11 混凝土应力一应变曲线,当混凝土强度等级为C50及以下时，截面受压区边缘达到了混凝土的极限压应变值cu =0.0033。,39,(4

17、)基本假定3. 实际上是给定了钢筋混凝土构件中钢筋的破坏准则，即s= 0.01。 对于混凝土各强度等级，各参数的计算结果见表33。规范建议的公式仅适用于正截面计算。,表3一3,40,D,D,D,Mu,Mu,Mu,Asfy,Asfy,Asfy,实际应力图,理论应力图,计算应力图,xc 实际受压区高度,x 计算受压区高度,图3-12 受压区应力图形的简化,41,图3-13 等效矩形应力图,2. 受压区应力图形的简化,1）受压区混凝土的压应力的合力及其作用点,42,图3-13为一单筋矩形截面适筋梁的应力图形。由于采用了平截面假定1以及基本假定3，其受压区混凝土的压应力图形符合图3一11所示的-曲线，

18、此图形可称为理论应力图形。 受压区混凝土压应力的合力C （3-9） 合力C到中和轴的距离 yc （3-10） 中和轴高度(即受压区的理论高度) xc,43,2） 等效矩形应力图,简化为等效矩形应力图的条件(等效原则) (1)混凝土压应力的合力C大小相等； (2)两图形中受压区合力C的作用点不变。,图3-13 等效矩形应力图,等效原则：合力大小C相等，形心位置yc一致,44,3） 混凝土受压区等效矩形应力图系数 1、1,系数 1和1仅与混凝土应力-应变曲线有关，称为等效矩形应力图形系数。 (1)系数1 = 等效应力图应力值 / 轴心抗压强度设计值； (2)系数1= 混凝土受压区高度x / 中和轴

19、高度xc。,表3一4,45,图3-8 单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算简图,3受弯承载力设计基本计算公式,46,适筋梁与超筋梁的界限及界限配筋率,1.适筋梁与超筋梁的界限 平衡配筋梁 即在受拉纵筋屈服的同时，混凝土受压边缘纤维也达到其极限压应变值cu（s =y，ccu），截面破坏。设钢筋开始屈服时的应变为y，则 y = fy / Es 此处 Es 为钢筋的弹性模量。,图3-14 适筋梁、超筋梁、界限配筋 梁破坏时的正截面平均应变图,47,48,相对界限受压区高度,2.相对界限受压区高度, 相对受压区高度,相对界限受压区高度仅与材料性能有关，与截面尺寸无关。,有屈服点的钢筋,无屈服点的钢

20、筋,49,无明显屈服点钢筋的受弯构件对于碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋以及冷轧带肋钢筋等无明显屈服点的钢筋，取对应于残余应变为0.2时的应力0.2作为条件屈服点，并以此作为这类钢筋的抗拉强度设计值。对应于条件屈服点0.2时的钢筋应变为(图3-15),式中 fy无明显屈服点钢筋的抗拉强度设计值； Es无明显屈服点钢筋的弹性模量。,根据截面平面变形等假设，将推导公式时的y用上面的的s代替，可以求得无明显屈服点钢筋配筋的受弯构件相对界限受压区高度b的计算公式,50,3.3.4 适筋梁与超筋梁的界限及界限配筋率,3.界限配筋率 b（适筋梁的最大配筋率max） = As/bh0=1 fcx / h0fy

21、=1 fc / fy b = 1b fc / fy （3-20） 4.超筋梁判别条件 当 b 或 b 或 xxb =b ho 时，为超筋梁。,表3一5,51,1） 最小配筋率的确定原则 仅从承载力考虑： 少筋破坏的特点是一裂就坏，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Mu与按a 阶段计算的素混凝土受弯构件正截面受弯承载力Mcr两者相等。 保证裂而不断。 考虑到混凝土抗拉强度的离散性以及温度变化和混凝土收缩对钢筋混凝土结构的不利影响等，最小配筋率 的确定还需受到裂缝宽度限值等条件的控制。因此， 的确定是一个涉及因素较多的复杂

22、问题。,5. 最小配筋率,适筋梁与少筋梁的界限,52,确定的理论依据为：Mcr=Mu,53,ftk /fyk=1.4ft/1.1fy=1.273ft/fy,规范还作出如下规定：、配筋率同时不应小于0.2%、对于现浇板和基础底板沿每个方向受拉钢筋的最小配筋率不应小于0.15%。,得：,又有：,故：,54,混凝土结构设计规范规定： 对于受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件,其一侧纵向受拉钢筋的配筋百分率不应小于 对于地基上的混凝土板 ，最小配筋率可适当降低,但不应小于0.15%。,2）混凝土设计规范对min的有关规定,55,2).混凝土设计规范对min的有关规定,规范规定的最小配筋率值见附表3-6。为

23、了防止梁“一裂就坏”，适筋梁的配筋率min。,表2一5,56,1 基本计算公式,图3-14 单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算简图,3.1.3 基本公式及其适用条件,57,2 适用条件,防止发生超筋破坏,防止发生少筋破坏,58,3.单筋矩形适筋梁承受的最大弯矩 Mumax Mu，max1fcbh02b(1-0.5b) 4.梁、板的经济配筋率 板 (0.30.8) 矩形梁 (0.61.5) 形梁 (0.91.8),59,3.1.4 截面承载力计算的两类问题,1.截面设计 已知: bh、 fc、 fy、 M 求: As 用基本公式计算步骤： (1) 查表1-7得混凝土保护层最小厚度c (2)

24、 假定 as 梁 as = c + 10mm （梁内两层钢筋时as = 60mm） 板 as = c + 5mm (3) h0 = h - as,未知数,60,(7)当 时，用基本公式直接计算 ；由 1 fcb h0Asfy 求 As,(6)当 时，说明是超筋梁， 或提高fc或改用双筋梁或增大截面尺寸重新计算；,(8)如果 ，说明是少筋梁， 取 ;,(5) ,(4)基本公式,(9) 选配钢筋： As实 =（1 5）As,61,截面设计用:(钢筋的计算截面面积及公称质量）,62,例题3.1（截面设计补充）,已知矩形截面简支梁，截面尺寸bh=250mm450mm，计算跨度l=6.20m，承受均布线

25、荷载，活荷载标准值8kN/m，恒荷载标准值10kN/m（不计梁的自重），采用混凝土强度等级C40，HRB335级钢筋，结构安全等级为级，环境类别为二类b，试求所需钢筋的截面面积。,【解】： 1、梁跨中为其弯矩最大截面，求其弯矩设计值M,其中结构重要性系数g01.0，荷载分项系数gG=1.2，gQ=1.4，荷载效应系数CG=CQ=l2/8=6.202/8=4.805m2，则,63,2、环境类别为二类b，混凝土保护层最小厚度为35mm，则as=45mm，h0=h-as=45045=405mm；查材料强度设计值表可得fc=19.1N/mm2，fy=300N/mm2，xb=0.550。,4、求计算系数

26、,满足适筋破坏条件。,5、求As,3 基本公式,64,6、验算最小配筋率要求,满足最小配筋率要求,7 选配钢筋,2 201 22,201 22As实=628+380.1 =1008.1 mm2,65,2. 截面复核,已知： bh、 fc、 fy、 As 、（ M ） 求： Mu （ 比较 M Mu） 方法一： (1) 计算 ： = As / bh0 (2) 计算 ： = fy /1fc (3) 验算适用条件： 1)若 b 且min ，则 Mu1fcbh02(10.5) 2)若 b 取 =b ， 则 Mu1fcbh02b(1-0.5b) 3)若 min 取 =min， 则 Mu 0.292 bh

27、02ft (4) 当 MuM 时，满足要求；否则为不安全。 当 Mu 大于 M 过多时，该截面设计不经济。,66,方法二： (1)计算：= As / bho (2)计算 x：由1fcbx fy As 求 x (3)验算适用条件： 1)若 xbh0 且min ，则 Mu1fcbx(h0 x2) 2)若 xbh0取 =b ，则Mu1fcbh02b(1-0.5b) 3)若min取=min，则 Mu 0.292 bh02ft (4) 当 MuM 时，满足要求；否则为不安全。 当 Mu 大于 M 过多时，该截面设计不经济。 注意：在混凝土结构设计中，凡是正截面承载力复核题 都必须求出混凝土受压区高度 x

28、 值,2. 截面复核,67,（1）当 且 时，用基本公式直接计算 ；,（2）当 时，说明是超筋梁，取 ， ；,（3）当 时，说明是少筋梁，分别按素混凝土构件和钢筋 混凝土构件计算 ，取小值。取=min ，则 Mu 0.292 bh02ft,2. 截面复核,68,已知：矩形截面梁b h250 450mm；环境类别为一级，承受的弯矩设计M=89kNm；混凝土强度等级为C40；纵向受拉钢筋为4根直径为16mm的HRB335级钢筋，即级钢筋，As=804mm2。,例3-2,求：验算此梁截面是否安全。,截面复核类,69,由附表（纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度表）知，环境类别为一级，C40时梁的混凝土

29、保护层最小厚度为25mm 故设s=35mm，则 h0=450-35=415mm 由混凝土和钢筋等级，查附表（混凝土强度设计值表、普通钢筋强度设计值表），得： fc=19.1N/mm2，fy=300N/mm2，ft=1.71N/mm2,【解】,70,同时；,， 满足。,则；,b=0.55,， 满足适用条件。,71, 安全。,72,3.1.5 计算正截面受弯承载力的系数法,1. 计算系数(1)s 截面抵抗矩系数 M1fcbh02(10.5) 令 s(10.5) 则 sM1 fcbh02(2) 相对受压区高度= x/h0 s(10.5) 则 = 1-（1-2s）1/2(3)s 内力矩的力臂系数s =

30、Z/h0 s 10.5 则 s1+（1-2s）1/2/2,73,取,74,2计算方法,(1)求s sM1 fcbh02(2)求、s = 1-（1-2s）1/2 s1+（1-2s）1/2/2(3)验算适用条件(1) b 若 b，则需加大截面，或提高fc，或改用双 筋截面。(4)由 M fyAss h0 求 As或由 1fcbh0Asfy 求 As(5)选配钢筋 As实 =（1 5）As(6)验算适用条件(2) min 若 min， 则 As实 = As,min minbh,75,例题3.3,活荷载标准值29kN/m，恒荷载标准值18kN/m（不计梁的自重）各种条件同例题3.1,【解】： 1、梁跨

31、中为其弯矩最大截面，求其弯矩设计值M,其中结构重要性系数g01.0，荷载分项系数gg=1.2，gq=1.4，荷载效应系数CG=CQ=l2/8=6.202/8=4.805m2，则,2、保护层最小厚度为30mm，假定钢筋为一排，则a=40mm，h0=h-a=45040=410mm；查表可得fc=19.1N/mm2，fy=360N/mm2，xb=0.518。,76,3、求计算系数,满足适筋破坏条件。,4、求As,77,5、验算最小配筋率要求,满足最小配筋率要求,若为一排，则钢筋净距=(250-256-230)/5=8mm，显然低于要求的25mm，因此需要两排。原假定为一排错误，需重新按两排计算。,重

32、新计算，假定钢筋为两排。从第2步开始。,2、保护层最小厚度为30mm，假定钢筋为两排，则a=30+20+30/2=65mm，h0=h-a=45065=385mm；查表可得fc=19.1N/mm2，fy=360N/mm2，xb=0.518。,78,3、求计算系数,为超筋破坏条件。,说明原截面选择不合适，需扩大截面。如增加截面高度到500mm。则从第2步开始进行重新设计。,2、保护层最小厚度为30mm，假定钢筋为两排，则a=30+20+30/2=65mm，h0=h-a=50065=435mm；查表可得fc=19.1N/mm2，fy=360N/mm2，xb=0.518。,3、求计算系数,79,满足适

33、筋破坏条件。,4、求As,80,已知：矩形截面梁b h250 500mm；环境类别为一级，弯矩设计值M=150kNm,混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB335级钢筋，即级钢筋。, 习3-1,求：所需的纵向受拉钢筋截面面积,截面设计类,81,由pp29表1-7（纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度表）知，环境类别为一级，C30时梁的混凝土保护层最小厚度为25mm, 故设s=35mm，则 h0=500-35=465mm 由混凝土和钢筋等级，查附表（混凝土强度设计值表、普通钢筋强度设计值表），得： fc=14.3N/mm2，fy=300N/mm2，ft=1.43N/mm2，由表3-1知： 1=1.

34、0，1=0.8由表3-2知： b=0.55,【解】,82,基本公式法：,1）求受压区高度x：,将已知各值代入基本式，则得：,解得：,（大于梁高，舍去）,83,2）求所需钢筋量As：,将已知值及所解 代入下式：,解得：,例题3-1 截面配筋图,84,1）求计算系数：,表格法：,查pp348表(附录2-3，或通过计算求得系数、s值：,查表，由插值法得,85,或通过公式计算求得系数、s值：,， 可以；,86,解：,例题3-1 截面配筋图,87,验算适用条件：,1）适用条件（1）已满足；,2）适用条件（2）；,同时；,， 可以；,88,已知：一单跨简支板，计算跨度l=2.34m，承受均布荷载qk=3k

35、N/m2 （不包括板的自重），如例题3-2图（a）所示；混凝土等级C30；钢筋等级采用HPB235钢筋，即级钢筋。可变荷载分项系数Q=1.4，永久荷载分项系数G=1.2，环境类别为一级，钢筋混凝土重度为25kN/m3。,习3-2,求：板厚及纵向受拉钢筋截面面积,板的截面设计,89,由表（纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度表）知，环境类别为一级，C30时，板的混凝土保护层最小厚度为15mm 故设s=20mm，板厚h=80mm, 则 h0=80-20=60mm 由混凝土和钢筋等级，查附表（混凝土强度设计值表、普通钢筋强度设计值表），得： fc=14.3N/mm2，fy=210N/mm2，ft=1.

36、43N/mm2，由表31知： 1=1.0 1=0.8由表32知： b=0.614,【解】,90,1）计算最大跨中弯矩设计值：,表格法：,91,2）求计算系数：,查表，或通过计算求得系数、s值：,查表，由插值法得,表格法：,92,或通过公式计算：,93,解：,选用 8140，As=359mm2（实际配筋筋与计算配筋相差小于5%），排列见例题3-2图（b），垂直与纵向受拉钢筋放置6250的分布筋。,94,95,验算适用条件：,1）适用条件（1）:,2）适用条件（2）:,同时；,， 满足；,，满足；,96,已知：环境类别为一级，弯矩设计值M=270kNm，混凝土强度等级为C70，钢筋采用HRB400

37、级钢筋，即级钢筋。,习3-3,求：梁截面尺寸b h及所需的纵向受拉钢筋截面面积,梁截面设计,97,由附表（纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度表）知，环境类别为一级，C70时梁的混凝土保护层最小厚度为25mm，故取s=35mm; 由混凝土和钢筋等级，查附表（混凝土强度设计值表、普通钢筋强度设计值表），得： fc=31.8N/mm2，fy=360N/mm2由表3-1知： 1=0.96，1=0.76,【解】,98,假定=0.01及b=250mm.则：,令 M=Mu ，则由式：,可得：,1）计算截面有效高度：,99,由s=35mm：,h=h0+as=564+35=699mm,实际取: h=600mm，

38、h0=600-35=565mm,100,2）求计算系数：,通过公式计算求得系数、s值：,101,由式,102,验算适用条件：,2）适用条件（2）:,同时；,， 满足；,103,3.2 双筋矩形截面梁的受弯承载力计算,3.2.1 概 述1. 双筋截面概念 单筋矩形截面梁通常是这样配筋的：在正截面的受拉区配置纵向受拉钢筋，在受压区配置纵向架立筋，再用箍筋把它们一起绑扎成钢筋骨架。其中，受压区的纵向架立钢筋虽然受压，但对正截面受弯承载力的贡献很小，所以只在构造上起架立钢筋的作用，在计算中是不考虑的。 如果在受压区配置的纵向受压钢筋数量比较多，不仅起架立钢筋的作用，而且在正截面受弯承载力的计算中必须考

39、虑它的作用，则这样配筋的截面称为双筋截面。,双筋矩形梁,104,2双筋截面的适用情况,在正截面受弯中，采用纵向受压钢筋协助混凝土承受压力是不经济的，因而从承载力计算角度出发，双筋截面只适用于以下情况： (1)M 很大，按单筋计算b，而bh受限制，fc又不能提高； (2)在不同荷载组合情况下，梁截面承受异号弯矩 M 。 (3)当某种原因截面受压区已存在的钢筋面积较大时，宜考虑其受压作用而按双筋梁计算。 纵向钢筋AS对截面延性、抗裂性、变形等是有利的,兼作架立筋的作用。,105,1. 计算公式,3.2.2 计算公式与适用条件,图3-14 双筋梁计算简图,双筋矩形截面受弯构件正截面受弯基本假定及破坏

40、形态与单筋相类似, 以IIIa阶段作为承载力计算模式,受压区混凝土的应力仍可按等效矩形应力图方法考虑。,106,基本公式分解,将Mu可分解为两部分,107,第一部分：单筋部分,第二部分：纯钢筋部分,108,3.2.2 计算公式与适用条件,2. 纵向受压钢筋的抗压强度的取值为 fy (1) 取值为 fy的先决条件： x 2as或 z h0as (3-42) 其含义为受压钢筋位置不低于矩形受压应力图形的重心。当不满足式(3-42)规定时，则表明受压钢筋的位置离中和轴太近，受压钢筋的应变s太小，以致其应力达不到抗压强度设计值fy。（保证受压钢筋达到屈服） (2) 对箍筋的要求 在计算中若考虑受压钢筋

41、作用时，箍筋应做成封闭式，其间距s15d(d为受压钢筋最小直径)或400mm。否则，纵向受压钢筋可能发生纵向弯曲（压屈）而向外凸出，引起保护层剥落甚至使受压混凝土过早发生脆性破坏。,109,双筋截面在满足构造要求的条件下，截面达到Mu的标志 仍然是受压边缘混凝土达到ecu。,110,钢筋的受压强度fy 400 MPa。为使受压钢筋的强度能充分发挥，其应变不应小于0.002。由平截面假定可得，,ecu=0.0033,111,3. 适用条件,防止发生超筋破坏, 保证构件破坏时，受拉钢筋先达到屈服,保证受压钢筋强度充分利用,保证构件破坏时，受压钢筋能达到屈服,双筋截面一般不会出现少筋破坏情况，故可不

42、必验算最小配筋率。,3.5.2 计算公式与适用条件,不满足条件时，对受压钢筋取矩,近似取,112,1 截面设计（1）,已知： 、 、 、 、 、 、 、求： 、 未知数： 、 、 ，需补充一个条件。基本方程：,（2）否则 按双筋计算,3.2.3 计 算 方 法,（1）若 按单筋计算,双筋用钢量较大, 故h0=has (取5070mm),113,1 截面设计（2）,已知： 、 、 、 、 、 、 、 、 求：未知数： 、 。基本方程：,（1） ， ，,（2）若 说明给定的 太小， 可假定 未知，按第一类情况处理,（3）若 ，说明给定的 太大，偏于安全的简化计算：,3.2.3 计 算 方 法,取

43、x = 2as，假设混凝土压应力合力C也作用在受压钢筋 合力点处，对受压钢筋和混凝土共同合力点取矩，此时内力臂为（h0as），直接求解As 。,114,115,116,2 截面复核,已知： 、 、 、 、 、 、 、 、 、求： 未知数： 、 基本方程：,（1） 当 时，直接用基本公式求,（2） 当 时，取 ，,（3） 当 时，取 ，,3.2.3 计 算 方 法,117,已知：矩形截面梁b h200 500mm；弯矩设计值M=330kNm，混凝土强度等级为C40，钢筋采用HRB335级钢筋，即级钢筋；环境类别为一级 。,例3-5,求：所需受压和受拉钢筋截面面积As、As,截面设计,118,由附

44、表（纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度表）知，环境类别为一级，假定受拉钢筋放两排，保护层最小厚度为c= 25mm 故设s=60mm，则 h0=500-60=440mm 由混凝土和钢筋等级，查附表（混凝土强度设计值表、普通钢筋强度设计值表），得： fc=19.1N/mm2，fy=300N/mm2，fy=300N/mm2，由表3-1知： 1=1.0，1=0.8由表3-2知： b=0.55,【解】,119,1）求计算系数：,应设计成双筋矩形截面。,120,取=b，,121,122,例3-6,求：所需受拉钢筋截面面积As,截面设计,123,由附表（纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度表）知，环境类别为一

45、级，假定受拉钢筋放两排，保护层最小厚度为c= 25mm故设s=60mm，则 h0=500-60=440mm 由混凝土和钢筋等级，查附表（混凝土强度设计值表、普通钢筋强度设计值表），得： fc=19.1N/mm2，fy=300N/mm2，fy=300N/mm2，由表3-1知： 1=1.0，1=0.8由表3-2知： b=0.55,【解】,124,125,126,127,例3-7,截面复核,例已知混凝土等级C30；钢筋采用HRB335；环境类别为二类b，梁截面尺寸为b h=200mm 400mm；受拉钢筋为325的钢筋，As=1473mm2;受压钢筋为216的钢筋，As=402mm2；要求承受的弯矩

46、设计值M=90KN m。 求：验算此截面是否安全。,128,解：,129,已知：矩形截面梁b h200 500mm；弯矩设计值M=260kNm，混凝土强度等级为C25，钢筋采用HRB335级钢筋，即级钢筋；环境类别为一类 。,求：所需受压和受拉钢筋截面面积As、As,习题1,130,习题2,求：所需受拉钢筋截面面积As（设a=65mm,a=40m）,131,习题3,求：该双筋截面所能承受的最大计算弯矩,132,已知矩形截面简支梁，截面尺寸bh=250mm450mm，M=268kN.m ，采用混凝土强度等级C40， 级钢筋，结构安全等级为级，环境类别为二类， 试求所需钢筋的截面面积。,(双筋截面

47、）补充例题,【解】：1、假定钢筋为两排，a=70mm，a=30+10=40mm，h0=h-a=45070=380mm；查表可得fc=19.5N/mm2，fy=310N/mm2，xb=0.544。,2、求计算系数,133,为超筋破坏，在不能扩大截面的条件下，设计成双筋截面。,3、计算As,取x=xb，则可得Mu2,4、计算As,为超筋破坏条件。,134,受拉钢筋选用选配6 28，As=3695mm2，受压钢筋选用3 14，As=462mm2。,135,3.3 T形截面正截面受弯承载力计算,3.3.1 概 述 1. T形截面 (1) T形截面概念 受弯构件在破坏时，大部分受拉区混凝土早已退出工作，

48、故可将受拉区混凝土的一部分挖去，见图3一20。只要把原有的纵向受拉钢筋集中布置在梁肋中，截面的承载力计算值与原矩形截面完全相同，这样做不仅可以节约混凝土且可减轻自重。剩下的梁就成为由梁肋（bh ）及挑出翼缘（bf- b）h f两部分所组成的T形截面。,图 3-20 T形截面,受拉钢筋较多，可将截面底部适当增大，形成工形截面。工形截面的受弯承载力的计算与T形截面相同。,136,(2) T形截面梁在工程中应用 在现浇肋梁楼盖中，楼板与梁浇注在一起形成T形截面梁。在预制构件中，有时由于构造的要求，做成独立的T形梁，如T形檩条及T形吊车梁等。形、箱形、工形（便于布置纵向受拉钢筋）等截面，在承载力计算时

49、均可按T形截面考虑。,137,2. 倒T形截面,若翼缘在梁的受拉区，如图3一21（b）所示的倒T形截面梁，当受拉区的混凝土开裂以后，翼缘对承载力就不再起作用了。对于这种梁应按肋宽为b的矩形截面计算受弯承载力。又如现浇肋梁楼盖连续梁中的支座附近的截面，见图3-22，由于承受负弯矩，翼缘（板）受拉，故仍应按肋宽为b的矩形截面计算。,图 3-21 T形截面与倒T形截面 (a) T形截面； (b) 倒T形截面,图3-22 连续梁跨中与支座截面,138,3. T形截面梁翼缘的计算宽度 bf,T形截面梁受力后，翼缘上的纵向压应力是不均匀分布的，离梁肋越远压应力越小。见图3一23(a)、(c)。在工程中，考

50、虑到远离梁肋处的压应力很小，故在设计中把翼缘限制在一定范围内，称为翼缘的计算宽度bf，并假定在bf范围内压应力是均匀分布的，见图3一23(b)、(d)。,图 3-23 T形截面梁受压区实际应力和计算应力图,试验和理论分析均表明，整个受压翼缘混凝土的压应力增长并不是同步的。,139,T形截面梁翼缘的计算宽度,T形截面梁翼缘内的压应力分布不均匀，且分布宽度与多种因素有关。为简化计算，通常采用与实际分布情况等效的翼缘宽度，称为翼缘的计算宽度或有效宽度。,140,表3-3中列有混凝土设计规范规定的翼缘计算宽度bf，计算T形梁翼缘宽度bf时应取表中有关各项中的最小值。,3. T形截面梁翼缘的计算宽度 b