第9章 鋼筋混凝土肋形結構_第1頁
第9章 鋼筋混凝土肋形結構_第2頁
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水工鋼筋混凝土結構學第9章鋼筋混凝土肋形結構及剛架結構20121東南大學9章

概述肋形結構是由板和支承板的梁所組成的梁板結構。上圖為板、次梁和主梁組成的整體式樓蓋概述20122東南大學9章20123東南大學9章水電站廠房上部結構是由屋面板、縱梁、屋面大梁及柱組成的空間結構。

采用手算時,空間結構簡化為平面結構計算。電站廠房上部結構簡化為由板與梁組成的肋形結構和由屋面大梁與柱組成的剛架結構分別進行計算。(平、立、剖面)概述20124東南大學9章單邊支承的板(懸臂板)兩對邊支承的板(單向板)四邊支承的板(雙向板或簡化為單向板)何時簡化為單向板呢?20125東南大學9章梁布置不同,板上荷載傳給支承梁的途徑不同,板的受力情況不同。板上荷載由互相垂直的兩個方向的板條傳給支承梁,荷載p分為p1及p2,p1由l1方向的板條承擔,p2由l2方向的板條承擔:

p1+p2=p概述20126東南大學9章略去相鄰板帶間扭矩影響,兩個板帶在跨中的撓度為:位移協調:f1=f2概述20127東南大學9章忽略兩個板帶內鋼筋位置高低和數量不同的影響,取I1=I2l2/l1>3時,p2僅為p的百分之幾,可不考慮。l2/l1≤2時,應考慮板在兩個方向均傳遞荷載。概述20128東南大學9章根據梁格布置不同,整體式肋形結構分為:(一)單向板肋形結構l2/l1>3時,p絕大部分沿l1傳到次梁,板當作支承在次梁上的梁計算,稱為單向板。計算及構造簡單,施工方便。(二)雙向板肋形結構l2/l1≤2時,p沿兩個方向傳到四邊的支承梁,須進行兩個方向的內力計算,稱為雙向板。經濟美觀,計算、構造及施工較復雜。概述20129東南大學9章概述雙向板荷載傳遞示意圖201210東南大學9章課程設計內容鋼筋混凝土肋形結構設計201211東南大學9章1、某水電站副廠房樓蓋結構柱網布置201212東南大學9章2、設計內容結構布置結構內力計算截面設計繪制施工圖201213東南大學9章

9.1

單向板肋形結構的結構布置和計算簡圖9.1單向板肋形結構的結構布置和計算簡圖

一、結構布置結構布置首先要滿足使用要求。結構布置原則如下:梁格布置應求得經濟和技術上的合理。避免集中荷載直接作用在板上。板和梁宜盡量布置成等跨度,材料省,造價經濟,計算和構造簡便。一般板的跨度為1.5~2.8m,板厚為60~120mm。水電站廠房發(fā)電機層的樓板,板厚常用120~200mm。主梁跨度5~8m,次梁跨度4~6m。201214東南大學9章

9.1

單向板肋形結構的結構布置和計算簡圖201215東南大學9章二、計算簡圖設計時把肋形結構分解為板、次梁和主梁分別計算。

計算簡圖應表示出板或梁的跨數,支座性質,荷載形式、大小及作用位置,各跨的計算跨度等。支座簡化計算跨度荷載計算201216東南大學9章

9.1

單向板肋形結構的結構布置和計算簡圖201217東南大學9章周邊擱置在磚墻上,簡化為鉸支。板的中間支承為次梁,次梁的中間支承為主梁,可簡化為鉸支,不考慮支承的剛性約束,引起的誤差采用折算荷載予以調整。板是以邊墻和次梁為鉸支的多跨連續(xù)板。次梁是以邊墻和主梁為鉸支的多跨連續(xù)梁。主梁的中間支承是柱,主梁與柱的線剛度比大于4,主梁是以邊墻和柱為鉸支的連續(xù)梁;線剛度比小于4,柱和主梁按剛架計算。

9.1

單向板肋形結構的結構布置和計算簡圖(一)支座的簡化201218東南大學9章

(二)計算跨度板或梁計算時作為鉸支。按彈性方法計算彎矩的計算跨度l0:取支座中心線間的距離lc

;支座寬度b較大時:板b>0.1lc,l0=1.1ln;梁b>0.05lc,l0=1.05ln

ln——凈跨度。剪力計算跨度l0=ln。按塑性理論計算時,計算跨度如何取值?(a)與支座整體連接(b)擱置在墩墻上

9.1

單向板肋形結構的結構布置和計算簡圖201219東南大學9章(三)荷載計算(1)永久荷載構件自重、面層重及固定設備重等,設計值用符號g(均布)和G(集中)表示。(2)可變荷載人群荷載和可移動的設備等,設計值用符號q(均布)和Q(集中)表示??紤]最不利布置方式。板和梁上荷載分配范圍如圖。板取單位寬度板條計算,沿板跨方向受均載g或q;次梁承受板傳來的均載gl1或qll及次梁自重;主梁承受由次梁傳來的集載G=gl1l2或Q=ql1l2及主梁自重,主梁自重比次梁傳來的荷載小得多,可折算成集載G、Q一并計算。

9.1

單向板肋形結構的結構布置和計算簡圖201220東南大學9章(四)折算荷載進行板的支座簡化時忽略次梁對板支座截面轉動的約束作用,從而導致板的跨中截面彎矩計算值偏大;即板在支承處實際轉角比按鉸支承計算轉角小,類似情況同樣發(fā)生在次梁和主梁之間;實際工程中通常采用調整荷載的方法加以考慮,即荷載的折算。

g`、q`——折算恒載及活載;

g、q——實際恒載及活載。主梁可不作調整板次梁201221東南大學9章201222東南大學9章

9.2

單向板肋形結構按彈性理論的計算

9.2單向板肋形結構按彈性理論的計算內力計算有按彈性理論和考慮塑性變形內力重分布兩種。水工建筑按彈性理論計算。一、利用圖表計算連續(xù)板、梁的內力等跨度、等剛度連續(xù)板、梁承受均載的彎矩和剪力:α1、α2和β1、β2——分別為彎矩系數和剪力系數;l0、ln——分別為板、梁的計算跨度和凈跨度。201223東南大學9章

兩端帶懸臂的板或梁內力用疊加方法確定。短懸臂上有荷載時,連續(xù)板、梁的彎矩和剪力:α′、β′——彎矩系數和剪力系數;

MA——由懸臂上的荷載產生的端支座負彎矩。

9.2

單向板肋形結構按彈性理論的計算

201224東南大學9章固定或移動集中荷載下的等跨連續(xù)梁彎矩和剪力:α、β——彎矩系數和剪力系數;G、Q——固定和移動的集中力。如連續(xù)板或梁的跨度不等,但相差不超過10%,可用等跨度表計算。求支座彎矩,取相鄰兩個計算跨度的均值;求跨中彎矩,用該跨計算跨度。如板或梁各跨的截面尺寸不同,但相鄰跨截面慣性矩的比值不大于1.5時,可作為等剛度計算。

9.2

單向板肋形結構按彈性理論的計算201225東南大學9章實際跨數多于五跨,按五跨計算。中間支座(D、E)內力取與C支座相同;中間各跨(4、5跨)跨中內力,取與第3跨相同。配筋構造按圖(c)。

9.2單向板肋形結構按彈性理論的計算201226東南大學9章二、連續(xù)梁的內力包絡圖多跨連續(xù)梁的最不利活載布置方式:求跨中最大正彎矩,該跨布活載,再隔跨布活載;求跨中最小彎矩,該跨不布活載,鄰跨布,隔跨布;求支座最大負彎矩,該支座左右兩跨布活載,隔跨布活載;求支座最大剪力,布置方式同求支座最大負彎矩。

9.2

單向板肋形結構按彈性理論的計算201227東南大學9章內力包絡圖活荷載作用位置不同,彎矩圖和剪力圖也不同。將每一種最不利位置的活載與恒載共同作用下產生的彎矩(或剪力),用同一比例畫在同一基線上,取其外包線即為彎矩(或剪力)包絡圖。內力包絡圖代表連續(xù)梁各截面的最大(最小)內力。不論活載如何布,各截面的內力值不會超出內力包絡圖。彎矩包絡圖用來計算和配置梁的縱向鋼筋;剪力包絡圖用來計算和配置箍筋和彎起鋼筋。

9.2單向板肋形結構按彈性理論的計算201228東南大學9章內力包絡圖的繪制

9.2

單向板肋形結構按彈性理論的計算201229東南大學9章承受均布荷載的等跨連續(xù)梁,可利用附錄6的表格直接繪制彎矩包絡圖。內力包絡圖的繪制201230東南大學9章V0——支座邊緣處的剪力,近似按單跨簡支梁計算;

b——支承寬度。板或梁直接擱置在墩墻上時,如何處理?連續(xù)板或梁與支座整澆,危險截面在支座邊緣。支座邊緣的彎矩M:201231東南大學9章9.3單向板肋形結構考慮塑性內力重分布的計算

一、基本原理彈性計算認為結構任一截面內力達到承載能力時,整個結構破壞,對于靜定結構或脆性材料的結構是正確的。具有塑性性能的超靜定結構,某一截面達到承載能力并不能使結構破壞。結構還有強度儲備。

9.3

單向板肋形結構考慮塑性內力重分布的計算201232東南大學9章

9.3

單向板肋形結構考慮塑性內力重分布的計算鋼筋混凝土構件截面承載能力計算中,考慮了鋼筋和混凝土的塑性性質,采用塑性計算理論。連續(xù)梁、板結構內力按彈性理論計算,截面承載力計算采用塑性理論,二者不統(tǒng)一。結構中某截面發(fā)生塑性變形后,剛度降低,按彈性方法計算得出內力不能正確反映結構實際內力分布。考慮材料塑性性質分析結構內力更加合理、更符合梁板結構的實際工作狀態(tài)??紤]材料塑性性質可充分發(fā)揮結構的承載力,帶來一定的經濟效果。201233東南大學9章某一截面達到Mu,截面屈服,梁繞截面轉動,出現塑性鉸。理想鉸能自由轉動但不能傳遞彎矩;塑性鉸能承擔彎矩Mu,只在Mu下轉動,不能反向轉動;不能無限制轉動,壓區(qū)砼被壓碎時,轉動幅度達到限值。靜定結構形成一個塑性鉸,變成破壞機構。超靜定結構出現一個塑性鉸減少—次超靜定次數,荷載可繼續(xù)增加,直到塑性鉸陸續(xù)出現變成破壞機構。201234東南大學9章p1

沒使梁破壞,僅使支座形成塑性鉸,承擔彎矩Mu=36kN·m,繼續(xù)加載到p2=4kN/m,跨中彎矩Mc=36kN·m,達到Mu形成塑性鉸,形成破壞機構。極限荷載p1

+p2=16kN/m,不是彈性方法計算的12kN/m。承受均載單跨固端梁,l=6m,各截面尺寸及上下配筋量相同,正負極限彎矩Mu=36kN·m。按彈性方法計算,

p1=12kN/m,支座彎矩MA=MB=-36kN·m,跨中彎矩Mc=18kN·m。201235東南大學9章從形成塑性鉸到成為破壞機構,梁尚有承受4kN/m均載的潛力。考慮塑性變形的內力計算能利用材料的潛力。形成塑性鉸前,MA與Mc之比為2:1,形成塑性鉸后,比值逐漸改變,最后成為1:1(Mu)。材料塑性變形引起內力重分布,故稱為“考慮塑性變形內力重分布的計算方法”。按彈性理論計算,連續(xù)梁的彎矩與截面配筋比無關;按塑性內力重分布理論計算,梁的彎矩不是定值,隨截面的配筋比而變化。201236東南大學9章(2)塑性鉸出現后,支座與跨中彎矩的比例改變,但遵守力的平衡條件:跨中彎矩加兩支座彎矩的均值等于簡支梁跨中彎矩M0,均載作用的梁:(1)超靜定結構破壞過程:一個或幾個截面上形成塑性鉸,荷載增加,塑性鉸繼續(xù)出現,直到形成破壞機構。破壞標志不是一個截面屈服而是破壞機構形成。(3)塑性內力重分布可由設計者通過控制截面的極限彎矩Mu(即調整配筋數量)來掌握。

9.3

單向板肋形結構考慮塑性內力重分布的計算

201237東南大學9章

支座極限彎矩指定得低,塑性鉸產生早,為滿足力的平衡條件,跨中極限彎矩就須調整得高;支座極限彎矩指定得高,跨中彎矩就可調整得低??刂平孛娴膹澗乜上嗷フ{整的計算方法稱為“彎矩調幅法”。

9.3

單向板肋形結構考慮塑性內力重分布的計算201238東南大學9章彎矩調整不是隨意的。如指定的支座彎矩比按彈性方法計算的小得太多,則塑性鉸出現太早,內力重分布的過程太長,塑性鉸轉動幅度過大,裂縫開展過寬。彎矩調整幅度用彎矩調幅系數β=1-Ma/Me表示,Ma、Me

分別為調幅后的彎矩和按彈性方法計算的彎矩。(1)保證塑性鉸的轉動能力,須限制配筋率,要求調幅截面的ξ≤0.35。宜采用塑性好的I、Ⅱ級和III級鋼。(2)β不宜超過0.25,即調整后的彎矩不宜小于按彈性方法計算的75%。(3)每一跨內,調整后的兩支座彎矩的均值加跨中彎矩,不小于按簡支梁計算的跨中最大彎矩M0。201239東南大學9章考慮塑性變形內力重分布方法設計的結構,鋼筋應力高,裂縫寬度及變形大。下列結構不宜采用:(1)直接承受動力荷載的結構;(2)在使用階段不允許有裂縫產生或對裂縫開展及變形有嚴格要求的結構;(3)處于侵蝕環(huán)境中的結構;(4)要求有較高承載力儲備的結構。

9.3

單向板肋形結構考慮塑性內力重分布的計算

201240東南大學9章9.4單向板肋形結構的截面設計和構造要求一、連續(xù)板、梁的截面設計根據各跨中和支座最大彎矩計算鋼筋用量,其它截面通過抵抗彎矩圖校核。承受均載的等跨連續(xù)板,q/g小于3,可不畫抵抗彎矩圖,按構造布置鋼筋。連續(xù)板剪力由砼承受,不設腹筋。整體式肋形結構次梁和主梁支座按矩形截面計算;跨中按T形截面計算。201241東南大學9章板、次梁及主梁的支座負彎矩鋼筋互相穿過,主梁h0

單排時,

h0=

h-a=h-60mm;雙排時,h0=

h-a=h-80mm。

9.4

單向板肋形結構的截面設計和構造要求

201242東南大學9章二、連續(xù)板、梁的構造要求(一)連續(xù)板1.彎起式先配跨中鋼筋,跨中一半彎起伸過支座。如不夠另加直筋。鋼筋間距相等或成倍數,可用不同直徑鋼筋。彎起角一般30?,板厚≥120mm,可45?。201243東南大學9章2.分離式跨中和支座鋼筋分別配,全部采用直鋼筋??缰兄苯羁蛇B續(xù)幾跨不切斷,也可每跨都斷開。q/g≤3,a=ln/4;q/g>3,a=ln/3。板較薄,受力筋端部可做直角彎鉤,抵至板底。

9.4

單向板肋形結構的截面設計和構造要求

201244東南大學9章板邊嵌固于磚墻,計算時按簡支,實際支承處有負彎矩。板頂面設附加鋼筋,每米5根6mm(包括彎起鋼筋),伸出支座邊界不小于l1n/7。墻角板頂常發(fā)生與墻成45?的裂縫,在跨度l1n/4(l1n為單向板的凈跨度或雙向板的短邊凈跨度)范圍內,板頂面配構造鋼筋網。201245東南大學9章板與主梁肋連接處會產生負彎矩,計算時沒考慮。在與主梁連接處板頂,沿與主梁垂直向配附加鋼筋。每米板寬不少于5根直徑6mm,不少于受力筋1/3,伸過主梁邊緣不小于板跨1/4。

9.4

單向板肋形結構的截面設計和構造要求

201246東南大學9章電站廠房樓板洞口周圍加強構造201247東南大學9章(二)連續(xù)梁先配各跨中縱筋,部分根據斜截面承載力彎起后伸入支座,承擔支座負彎矩,不滿足支座正截面承載力需要時,另加直筋。彎起筋不滿足斜截面承載力時,另加斜筋或吊筋。鋼筋彎起位置據剪力包絡圖確定。畫抵抗彎矩圖校核,確定支座頂面縱筋的切斷位置。端支座計算不需彎筋時,仍應彎起部分鋼筋,伸至支座頂面,承擔負彎矩。伸入支座內的跨中縱筋不少于2根。201248東南大學9章(二)連續(xù)梁當次梁相鄰跨度相差不超過20%,且均布恒荷載與活荷載設計值之比小于3時,縱向受力鋼筋的彎起和切斷可按圖進行。否則應按彎矩包絡圖確定。主梁縱向受力鋼筋的彎起和切斷,應使其抗彎承載力圖(材料圖)覆蓋彎矩包絡圖,并應滿足有關構造要求。

9.4

單向板肋形結構的截面設計和構造要求

201249東南大學9章等跨次梁的典型鋼筋布置(a)無彎起鋼筋201250東南大學9章等跨次梁的典型鋼筋布置(b)設彎起鋼筋201251東南大學9章

F——次梁傳給主梁的集載設計值;

fyv——附加橫向鋼筋的抗拉強度設計值;

a——附加橫向鋼筋與梁軸線的夾角;

Asv——附加橫向鋼筋的總截面面積。主梁兩側受次梁傳來的集載,可在中下部發(fā)生斜裂縫。設附加橫向鋼筋(箍筋或吊筋)承擔集載。附加橫向鋼筋布置在s=2h1+3b的范圍:201252東南大學9章支座處剪力大時,梁加做支托,局部加高。支托尺寸見圖。支托附加鋼筋2~4根,直徑與受力筋的相同。201253東南大學9章9.6雙向板肋形結構的設計一、試驗結果四邊簡支板在均布荷載作用下,裂縫出現前,板處于彈性工作階段,四角有翹起的趨勢,板傳給支座的壓力不沿邊長均勻分布,每邊中心處最大。雙向板變形圖201254東南大學9章四邊簡支板,荷載增加,第一批裂縫出現在板底中間,沿對角線向四角擴展。接近破壞,板頂四角出現與對角線垂直裂縫。最后跨中受力筋屈服,板破壞。

9.6

雙向板肋形結構的設計

201255東南大學9章按理論分析,鋼筋應垂直于裂縫的方向配置。試驗表明鋼筋布置方向對破壞荷載無顯著影響。平行于板邊配筋,施工方便。配筋率相同,采用較細的鋼筋有利;鋼筋數量相同,板中間鋼筋排列較密比均布有效。

9.6

雙向板肋形結構的設計

201256東南大學9章二、按彈性方法計算內力彈性計算方法根據薄板小撓度理論假定進行。工程設計根據板的荷載及支承情況利用表格計算。(一)單塊板的計算均載下單塊矩形雙向板:

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