第6章 混凝土梁承载力计算原理.docx

第6章 混凝土梁承载力计算原理 6 混凝土梁承载力计算原理6.1 概述本章介绍钢筋混凝土梁的受弯、受剪及受扭承载力计算方法。钢筋混凝土梁是由钢筋和混凝土两种材料所组成，且混凝土本身是非弹性、非匀质材料。抗拉强度又远小于抗压强度，因此其受力性能有很大不同。讨论钢筋混凝土构件的受力性能，很大程度上要依靠于构件加载试验。建筑工程中梁常用的截面形式如图6-1所示。6.2 正截面受弯承载力6.2.1 材料的选择与一般构造1)截面尺寸为统一模板尺寸以便施工，现浇钢筋混凝土构件宜采纳以下尺寸：梁宽一般为100m m、120m m、 150m m、180m m、 200m m、220m m、250和300m m，以上按b/，50m m模数递增。梁高200～800m m，模数为50m m，800m m以上模数为100m m。梁高与跨度只比lh/，主梁为1/8～1/12，次梁为1/15～1/20，独立梁不小于1/15〔简支〕和1/20〔连续〕；梁高与梁宽之比b在矩形截面梁中一般为2～2.5，在T形梁中为2.5～4.0。2)混凝土爱护层厚度为了满足对受力钢筋的有效锚固及耐火、耐久性要求，钢筋的混凝土爱护层应有足够的厚度。混凝土爱护层最小厚度与钢筋直径，构件种类、环境条件和混凝土强度等级有关。详细应符合下表规定。表6-1 混凝土爱护层最小厚度注：〔1〕根底的爱护层厚度不小于40mm；当无垫层时不小于70mm。〔2〕处于一类环境且由工厂生产的预制构件，当混凝土强度不低于C20时，其爱护层厚度可按表中规定削减5mm，但预制构件中的预应力钢筋的爱护层厚度不应小于15mm；处于二类环境且由工厂生产的预制构件，当外表另做水泥砂浆抹面层且有质量保证措施时，爱护层厚度可按表中一类环境数值取用。〔3〕预制钢筋混凝土受弯构件钢筋端头的爱护层厚度不应小于10mm，预制肋形板主肋钢筋的爱护层厚度应按梁的数值采纳。〔4〕板、墙、壳中分布钢筋的爱护层厚度不应小于10mm，梁、柱中箍筋和构造钢筋的爱护层厚度不应小于15mm。〔5〕处于二类环境中的悬臂板，其上外表应另作水泥砂浆爱护层或实行其它爱护措施。〔6〕有防火要求的建筑物，其爱护层厚度应符合国家现行有关防火标准的规定。3)钢筋直径及间距梁的纵向受力钢筋直径通常采纳10～28mm，假设用两种不同直径的钢筋，其直径相差至少为2mm，以便施工中能肉眼识别。6.2.2梁正截面工作的三个阶段1) 截面应力分布梁截面应力分布在各个阶段的改变特点如图6-2所示〔1〕第I阶段：梁承受的弯矩很小,截面的应变也很小，混凝土处于弹性工作阶段，应力与应变成正比。截面应变符合平截面假定，故梁的截面应力分布为三角形。中和轴以上受压，另一侧受拉，钢筋与外围混凝土应变一样，共同受拉。随着M的增大，截面应变随之增大。由于受拉区混凝土塑性变形的进展。应力增长缓慢，应变增长较快，受拉区混凝土的应力图形呈曲线形。当弯矩增加到使受拉边的应变到达混凝土的极限拉应变时，就进入裂缝出现的临界状态。如再增加荷载，拉区混凝土将开裂，这时的弯矩为开裂弯矩，在此阶段，压区混凝土仍处于弹性阶段，因此压区应力图形为三角形。〔2〕第Ⅱ阶段：M后，在纯弯段内混凝土抗拉强度最弱的截面上将出现第一批裂缝。开裂当弯矩连续增加，到达cr局部混凝土承受的拉力将传给钢筋，使开裂截面的钢筋应力突然增大，但中和轴以下未开裂局部混凝土仍可负担一局部拉力。随着弯矩增大，截面应变增大；但截面应变分布根本上符合平截面假定；而压区混凝上那么越来越表现出塑性变形的特征，压区的应力图形呈曲线形。当钢筋应力到达屈从时，为第Ⅱ阶段的结M。束，这时的弯矩称为屈从弯矩y〔3〕第III阶段：钢筋屈从后应力不增加，而应变急剧进展，钢筋与混凝土间的粘结遭到明显的破坏，使钢筋到达屈从的截面形成一条宽度很大，快速向梁顶进展的临界裂缝。虽然此阶段钢筋担当拉力不增大，但中和轴急剧上升，压区高度很快减小，内力臂增大，截面弯矩仍能有所增长。随压区高度的减小，混凝土受压边缘的压应变显著增大。最大压应变可达0.003～0.004，压应力图形将为带有下降段的曲线形，应力图形的峰值下移。当压区混凝土的抗压强度耗尽时，在临界裂缝两侧的肯定区段内，压区混凝土出现纵向程度裂缝，随即混凝土被压酥，梁到达极限弯矩。2) 破坏特征上述争论仅适用于适量配筋的梁，它们的破坏是由于受拉钢筋首先到达屈从，然后混凝土受压破坏；破坏前临界裂缝显著开展，顶部压区混凝上产生很大部分变形，形成集中的塑性变形区域。在这个区域内，在M不增加或增加不多状况下，截面的转角急剧增大，反映了截面的屈从；同时梁的挠度快速增大，预示着梁的破坏即将到来，其破坏形态具有“塑性破坏〞的特征，即在破坏前裂缝和变形急剧进展。6.