《2019年二筑建筑結(jié)構(gòu)與建筑設備精講班第24講第三章第三節(jié)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（三）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019年二筑建筑結(jié)構(gòu)與建筑設備精講班第24講第三章第三節(jié)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（三）.pdf（13頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、1頁頁/共 13頁頁1)適筋梁的破壞（拉壓破壞）分三個階段：第 1 階段（未裂階段）開始加荷時，純彎段截面的彎矩很小，混凝土處于彈性工作階段，截面應力很小，沿截面高度呈三角形分布。當彎矩增加到第工階段末時，受拉區(qū)塑性變形明顯發(fā)展，拉應力分布逐漸變化為曲線。此時所能承受的彎矩，稱為開裂彎矩，其應力分布圖是計算構(gòu)件抗裂能力的依據(jù)。第階段（開裂階段）在裂縫截面處，受拉區(qū)混凝土大部分退出工作，拉應力基本上由鋼筋承擔，是構(gòu)件正常使用狀態(tài)下所處的階段。當對構(gòu)件的變形和裂縫寬度有限制時，以該階段的應力圖作為計算依據(jù)。當?shù)竭_第階段末時，鋼筋應力達到屈服強度，即。第階段（破壞階段）由于鋼筋屈服，受拉區(qū)垂直裂縫向

2、上延伸，裂縫寬度迅速發(fā)展，受壓區(qū)高度減小，應力圖形為曲線分布，最后受壓區(qū)邊緣混凝土到達極限應變值時，構(gòu)件即破壞，此時彎矩值達到極限彎矩 Mu。我們將階段末的應力圖形作為構(gòu)件受彎承載力的依據(jù)。從圖 3-28 中，可以看出，適筋梁破壞過程經(jīng)歷的三個階段正截面應力分布的變化特征是：隨著荷載的逐步增加，中和軸也逐步上移；同時，受拉區(qū)混凝土拉應力逐步轉(zhuǎn)移給縱向受拉鋼筋，使其達到屈服強度；最后，混凝土受壓區(qū)應力圖形面積逐步增大，由三角形分布逐步變成接近于矩形分布。圖 3-28 鋼筋混凝土梁受彎時各階段正截面應力分布2頁頁/共 13頁頁（a）第一階段；(b)第二階段；(c)第三階段由上所述，適筋梁的破壞屬拉

3、壓破壞，破壞前縱向鋼筋先屈服，然后裂縫開展很寬，構(gòu)件撓度也較大，這種破壞是有預兆的，稱為塑性破壞。由于適筋梁受力合理，可以充分發(fā)揮材料的強度，因此實際工程中我們都把鋼筋混凝土梁設計成適筋梁。2)超筋梁的破壞（受壓破壞）當梁的縱向配筋率過大時，亦即大于，由于配筋過多，破壞時梁的鋼筋應力尚未達到屈服強度，而受壓區(qū)混凝土先達到極限應變被壓壞。破壞時受拉區(qū)的裂縫開展不大，撓度也不明顯，因此破壞是突然發(fā)生的，沒有明顯的預兆，屬于脆性破壞。3)少筋梁的破壞（瞬時受拉破壞）當梁的縱向配筋率低于最小配筋率時，構(gòu)件只要一開裂，原來由混凝土承受的拉應力全部轉(zhuǎn)移給縱向鋼筋承擔，鋼筋受力驟然增加，但因鋼 筋 數(shù) 量

4、太少，很快就屈服，甚至被拉斷，這種破壞無明顯預兆，也屬于脆性破壞。實際工程中，我們應當避免出現(xiàn)超筋梁和少筋梁。(2)單筋矩形截面計算1)基本計算公式對適筋梁，根據(jù)前述第階段末的應力分布圖，將混凝土受壓區(qū)應力圖形進一步簡化成矩形分布，即圖 3-29。由平衡條件可得基本計算公式為：X=O(3-34)X=O(3-35)(3-36)或；3頁頁/共 13頁頁式中受拉鋼筋合力點至截面受拉邊緣的距離；系數(shù)，按混凝土規(guī)范第 6.2.6 條的規(guī)定計算。當混凝土強度等級不超過 C50 時，取為 1O，當為 C80 時，取為 0.94，其間接線性內(nèi)插法確定。兩個獨立方程，可求解兩個未知量：x 和 As 實際上，還可

5、采用系數(shù)簡化法和近似法求解。近似法公式：。2)適用條件為了保證受彎構(gòu)件適筋破壞，不出現(xiàn)超筋和少筋破壞，基本計算公式(3-34)式(3-36)必須滿足下列適用條件：或(3-37)為了避免出現(xiàn)少筋破壞，尚須滿足或(3-38)3)最大配筋率和最小配筋率最大配筋率是保證梁不發(fā)生超筋破壞的上限配筋率。其值為：（3-39）最小配筋率是根據(jù)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件破壞時所能承受的彎矩 M 等于同截面的素混凝土受彎構(gòu)件截面所能承受的彎矩 Mcr，并考慮溫度、收縮應力、構(gòu)造要求和設計經(jīng)驗等因素確定的。最小配筋率見表 3-23。表略計算時，截面高度采用整個高度h而不是有效高度ho。要提高單筋矩形截面受彎構(gòu)件承載能力，最

6、有效的辦法是加大截面高度，另外，減小跨度（如在梁跨中加設柱）也是有效的辦法。4頁頁/共 13頁頁(3)雙筋矩形截面計算在單筋截面受拉區(qū)配置受拉鋼筋的同時，在受壓區(qū)按計算需要配置一定數(shù)量的縱向受壓鋼筋，用來協(xié)助受壓區(qū)混凝土承擔一部分壓力，稱為雙筋截面（圖 3-30）。顯然，用鋼筋協(xié)助混凝土受壓是不經(jīng)濟的，所以，只有在下列情況下才考慮采用：彎矩很大，按單筋矩形截面計算會出現(xiàn)超筋梁（），而梁的截面尺寸和混凝土等級受到限制。在不同荷載組合情況下，梁截面承受變號彎矩作用；梁的受壓區(qū)存在較多鋼筋時。【要點】單筋截面中受壓區(qū)的架立鋼筋是根據(jù)構(gòu)造配置，計算時不參與受力，雙筋截面中的受壓鋼筋是根據(jù)計算確定的。雙

7、筋截面中配置了受壓鋼筋而不需另設架立鋼筋。為了防止構(gòu)件出現(xiàn)超筋破壞，應滿足：或(3-40)為了保證受壓鋼筋達到規(guī)定的抗壓強度設計值，應滿足：x2（即受壓鋼筋必須在混凝土受壓區(qū)壓應力合力之上）。當 x2時，為了簡化計算，可近似地取 X=2，即認為混凝土受壓區(qū)壓應力的合力與受壓鋼筋 As重合(圖 3-31).(4)T 形截面計算受彎構(gòu)件在破壞時，大部分受拉區(qū)混凝土早已退出工作。若將受拉區(qū)混凝土的一部分去掉，并將受拉鋼筋集中配置，而保持截面高度不變就形成了 T 形截面（圖 3-32）。而截面的承載力計算值與原有矩形截面完全相同。這樣既可節(jié)省混凝土，減輕結(jié)構(gòu)自重，又不影響截面的受彎承載力。3受壓構(gòu)件正

8、截面承載力計算5頁頁/共 13頁頁鋼筋混凝土受壓構(gòu)件，分為軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件兩大類。其中，當軸向力只在一個方向有偏心的稱為單向偏心受壓構(gòu)件；當在兩個方向均有偏心時,為雙向偏心受壓構(gòu)件（圖 3-34）。(1)軸心受壓構(gòu)件軸壓柱箍筋配置形式分普通箍筋和螺旋箍筋（或焊接環(huán)式間接鋼筋）兩種。1)配置普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件圖 3-35，軸心受壓構(gòu)件的正截面承載力按下式計算：)(3-41)式中 N-軸向壓力設計值；-鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，按表 3-24 采用；縱向鋼筋的抗壓強度設計值(400N/mm2)；-混凝土的軸心抗壓強度設計值，按混凝土規(guī)范表 4.1.4-1 采用；其中在確定構(gòu)件的計算長

9、度時，按混凝土規(guī)范第 6.2.20 條取用；A-構(gòu)件截面面積；-全部縱向普通鋼筋的截面面積。當縱向鋼筋配筋率大于 3%時，式(7-59)中的 A 應改用(A-)代替?！疽c】軸心受壓構(gòu)件的受力性能與構(gòu)件的長細比(矩形截面為)有關。由于材料性質(zhì)和施工因6頁頁/共 13頁頁素造成的偏心影響，使長柱承載能力低于短柱。另外，由于長細比過大，也可能使長柱發(fā)生“失穩(wěn)破壞”。因此，式(3-41)中引入了穩(wěn)定系數(shù)來反映長柱承載能力較短柱的降低程度；系數(shù) 見表 3-24，越小，承載能力降低越多。表略柱的計算長度等于其幾何長度乘以一個系數(shù)，即在材料力學中，與柱兩端的支承條件有關。當兩端為鉸接時，=1.0；-端為固

10、定、另一端為鉸接時，；兩端為固定時，；一端為固定，另一端為自由時。實際工程中，柱的支承條件比材料力學中設定的理想化條件遠為復雜。軸心受壓和偏心受壓柱的計算長度 應按下列規(guī)定確定：剛性屋蓋單層房屋排架柱、露天吊車柱和棧橋柱，其計算長度 按表 3-25 取用。表略，P159一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結(jié)構(gòu)，各層柱的計算長度按表 3-26 取用。表略，P159【要點】影響軸心受壓柱承載能力的主要因素是混凝土強度等級和構(gòu)件截面面積，而用加大受壓鋼筋數(shù)量來提高承載力是不經(jīng)濟的，且鋼筋強度不能充分發(fā)揮。2)配置螺旋箍筋或焊接環(huán)式間接鋼筋的軸心受壓構(gòu)件（圖 3-36）由于螺旋箍筋對核心混凝土的約束作用，提

11、高了核心混凝土的抗壓強度，從而使構(gòu)件的承載力有所提高。配有螺旋箍筋的柱的承載力計算公式為：7頁頁/共 13頁頁例 3-5 下列關于鋼筋混凝土柱的箍筋作用的敘述中，不對的是（）A 縱筋的骨架；B 增強斜截面抗剪能力C 增強正截面抗彎能力 D 增強抗震中的延性答案：C(2)偏心受壓構(gòu)件偏壓柱按受力情況分為大偏壓和小偏壓兩種，按配筋形式分為對稱配筋和非對稱配筋兩種。1)偏心受壓構(gòu)件受力性能及有關規(guī)定偏心受壓構(gòu)件的破壞分兩種情況：大偏心受壓破壞（受拉破壞）如圖 3-37（a）所示：當偏心距較大或受拉鋼筋較小時，構(gòu)件的破壞是由于縱向受拉鋼筋先達到屈服引起的，因此，屬于受拉破壞。鋼筋屈服后垂直裂縫發(fā)展，受

12、壓高度減小，壓應力值加大，最后導致壓區(qū)混凝土壓壞。這種情況，構(gòu)件的承載力取決于受拉鋼筋的強度。小偏心受壓破壞（受壓破壞）如圖 3-37(b)、(c)所示：當偏心距較小或偏心距雖然較大但縱向受拉鋼筋較多時，構(gòu)件的破壞是由壓區(qū)混凝土達到極限應變值cu引起的。破壞時，距軸向力較遠一側(cè)的混凝土可能受壓，也可能受拉。受拉區(qū)混凝土可能出現(xiàn)裂縫，也可能不出現(xiàn)裂縫，但處于該位置的縱向鋼筋不論受拉或受壓一般均未達到屈服。大小偏心受壓構(gòu)件的判別：按相對受壓區(qū)高度來判別。圖 3-37(a)大偏心受壓；(b)、(c)小偏心受壓當時，屬大偏心受壓構(gòu)件；當時，屬小偏心受壓構(gòu)件。其中，-相對受壓區(qū)高度；8頁頁/共 13頁頁

13、界限相對受壓區(qū)高度。三個偏心距：荷載偏心距、附加偏心距 P 及初始偏心距：荷載偏心距是指軸向壓力 N 對截面重心的偏心距，=M/N。附加偏心距是指考慮到荷載作用位置及施工時可能產(chǎn)生偏差等因素，計算時對荷載偏心距進行修正。其值應取 20mm 和偏心方向截面最大尺寸的 1/30 兩者中的較大值。實際設計計算時，規(guī)范采用初始偏心距 代替荷載偏心距，其計算公式為：(3-43)除排架結(jié)構(gòu)柱外，其他偏心受壓構(gòu)件考慮軸向壓力在撓曲桿件中產(chǎn)生的效應后控制截面的彎矩設計值，應將計算彎矩乘以偏心距調(diào)節(jié)系數(shù)和彎矩增大系數(shù)，詳見混凝土規(guī)范第 6.2()節(jié)。2)矩形截面偏心受壓構(gòu)件大偏心受壓構(gòu)件（）：根據(jù)假定，受壓鋼筋

14、應力達到受拉區(qū)混凝土不參加工作，受拉鋼筋應力達到。小偏心受壓的構(gòu)件：由于距軸向力較遠一側(cè)鋼筋中心應力值，不論受壓或受拉均未達到強度設計值（即或）。例 3-6 下列關于鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件的抗彎承載力的敘述，哪一項是正確的？A 大、小偏壓時均隨軸力增加而增加；B 大、小偏壓時均隨軸力增加而減??；C 小偏壓時隨軸力增加而增加；D 大偏壓時隨軸力增加而增加；【提示】大偏心受壓，屬于受拉破壞。隨著構(gòu)件軸力的增加，可以減輕截面的受拉程度，截面的抗彎能力也隨著提高。答案 D4受拉構(gòu)件正截面承載力計算(1)軸心受拉構(gòu)件承載力計算由于混凝土抗拉強度很低，軸心受拉構(gòu)件按正截面計算時，不考慮混凝土參加工作，拉力

15、全部由縱向鋼筋承擔。計算公式略9頁頁/共 13頁頁(2)偏心受拉構(gòu)件承載力計算根據(jù)偏心拉力的作用位置不同，偏心受拉構(gòu)件分為大偏心受拉和小偏心受拉兩種。當軸向拉力的作用位置在鋼筋和之間時，不管偏心距大小如何，構(gòu)件破壞時，均為全截面受拉，這種情況稱為小偏心受拉；當軸向拉力作用在鋼筋和的范圍以外時，受荷后截面部分受壓、部分受拉，其破壞形態(tài)與大偏心受壓構(gòu)件類似，這種情況稱為大偏心受拉。（二）斜截面承載力計算1受彎構(gòu)件沿斜截面破壞的主要形態(tài)根據(jù)試驗證明，由于荷載的類別（集中或均布荷載）、加載方式（直接加載或間接加載）、剪跨比、腹筋用量等因素的影響，梁沿截面破壞大致可歸納為三種主要破壞形態(tài)，即：斜壓破壞、

16、剪壓破壞、斜拉破壞。(1)剪跨比的概念對于承受兩個集中荷載的簡支梁(圖 3-38)，集中荷載至支座的距離 a 稱為剪跨，剪跨 a 與截面有效高度 h。的比值稱為剪跨比，即：（7 一 88）式(7-88)表明，剪跨比 A 反映了截面上彎矩與剪力的相對比值。(2)三種主要破壞形態(tài)1)斜壓破壞。當剪跨比較小，或腹筋配置過多時，可能產(chǎn)生斜壓破壞。破壞時，首先在梁腹部出現(xiàn)若干條大體相互平行的斜裂縫，隨著荷載的增加，這些大體相互平行的斜裂縫將梁腹部分割成若干個傾斜的受壓小柱體，最后，這些小斜柱體的混凝土在彎矩和剪力復合作用下，被壓碎而破壞，如圖 3-39（a）所示，破壞時腹筋未達到屈服強度，因而，這種破壞屬于脆性破壞，設計時應予避免。2)斜拉破壞。當剪跨比較大，或腹筋配置較少時，可能產(chǎn)生斜拉破壞。破壞時，斜裂縫一旦出現(xiàn)，即很快形成一條主斜裂縫并迅速擴展到集中荷載作用點處，梁被分成兩部分而破壞，見圖 3-39（c)。這種破壞無明顯的預兆，危險性較大，屬于脆性破壞，設計時應予避免。3)剪壓破壞。當腹筋配置適當，剪跨比適中時，可能產(chǎn)生剪壓破壞。剪壓破壞的特征是，隨著荷載的增加開始先出現(xiàn)一些垂直裂縫和由垂