图3.6-4 箱形截面梁翼缘有效宽度 图3.6-5 ?s、?f曲线图
注:1 bmi,f为简支梁和连续梁各跨中部梁段、悬臂梁中间跨的中部梁段,当bi/li?0.7 时翼缘的有
效宽度;
2 bmi,s为简支梁支点、连续梁边支点和中间支点、悬臂梁悬臂段,当bi/li?0.7时的翼缘的有效宽度。 3 li见表3.6-1。
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表3.6-1 ?s、?f的应用位置和理论跨径li
结 构 体 系 简 支 梁 边 跨 中 间 跨 理论跨径li li?l 边支点或跨中部分 梁段li?0.8l 跨中部分梁段li?0.8l, 中间支点li取0.2倍两相邻跨径之和。 悬 臂 梁 li?1.5l 连 续 梁 注:1
(如求bm1时,a取b1),但a不大于0.25L,a取图3.6-4所示的与所求计算宽度bmi相应的计算宽度bi,L为梁的计算跨径。
2 c=0.1L;
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3 在长度a或c的梁段内系数可用直线插值法在?s与?f之间求取。
应该指出,上面给出的T形梁和箱梁的翼缘有效宽度,都是针对受弯工作状态得出。对于承受轴力的构件是不适用的。为此,<桥规JTG D62>又进一步明确规定:
预应力混凝土梁在计算预加力引起的混凝土应力时,由预加力作为轴向力产生的应力可按翼缘全宽计算;由预加力偏心引起的弯矩产生的应力可按翼缘有效宽度计算。对超静定结构进行作用(或荷载)效应分析时,梁的翼缘宽度可取全宽。
(二) 计算图式与基本方程式
试验研究表明,T形截面受弯构件的破坏状态及其正截面抗弯承载力计算图式与矩形截面梁相同。
为了叙述问题的方便,图3.6-4给出了双筋T形截面受弯构件正截面承载力计算图式。 (a)b'fA's0a'scusfcdf'sdA'sxh'f'xxfcdb'xfAs0MdfsdAs应力图asbs应变图a's(b)b'fA'sfcdxcusf'sdA'sfcdbxh'f'0xx0Mdasbs应变图应力图asAsfsdAsh0-x/2h0-h'f/2ho-a'sh0hhoho-x/2ho-a'shohfcd(b'f-b)h'f 图3.6-6 T形截面受弯构件正截面承载能力计算图式 (a)x?h'f按矩形截面计算 (b) x?h'f按T形截面计算 T形截面的计算,按中性轴所在位置不同分为两种类型。
第一种类型,中性轴位于翼缘内,即x≤h?f,混凝土受压区为矩形,中性轴以下部分的受拉混凝土不起作用,故这种类型的T形截面与宽度为b?f的矩形截面的正截面承载力完全相同。其正截面承载力计算公式,可由内力平衡条件求得(图3.6-6(a)):
由水平力平衡条件,即∑X=0得
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'fcdb'fx?fsdAs'?fsdAs (3.6-3)
由所有的力对受拉钢筋合力作用点取矩的平衡条件,即∑MAs=0得
x2由所有的力对受压区混凝土合力作用点取矩的平衡条件,即∑Mc=0得
xx''?0Md?fsdAs(h0?)?fsdAs'(?as) (3.6-5)
22应用上述公式时,原则上应满足下列条件:
(1) x≤ξbh0 (2) x≥2a?s
(3) ρ=As / bh0>ρmin
对于x≤h?f的情况,一般均能满足x≤ξbh0的限制条件,故可不必作判别验算。 应特别指出的是验算第一种类型T形截面的最小配筋率限制时,配筋率ρ是相对于腹板宽度计算的,即ρs=As / bh0,而不是相对于bf?h0的配筋率。前已指出,最小配筋率ρmin是根据按Ⅰa阶段应力图形计算的素混凝土梁的破坏弯矩,与按第Ⅲ阶段应力图计算的同截面钢筋混凝土梁的破坏弯矩相等的条件得出的。计算表明,腹板宽度为b、梁高度为h的T形截面素混凝土梁的破坏弯矩,比宽度为b、梁高为h的矩形截面素混凝土梁的破坏弯矩提高不多。为简化计算,并考虑以往设计经验,此处ρmin仍取用矩形截面的数值。
第二种类型,中性轴位于腹板内,即x>h?f,混凝土受压区为T形,其正截面承载力计算公式,可由内力平衡条件求得(图3.6-6 (b)):
由水平力平衡条件,即∑X=0得
''?0Md?fcdb'fx(h0?)?fsdAs'(h0?as) (3.6-4) 'fcdbx?fcd(b'f?b)h'f?fsdAs'?fsdAs (3.6-6)
由所有的力对受拉钢筋合力作用点取矩的平衡条件,即∑MAs=0得
hx''?0Md?fcdbx(h0?)?fcd(b'f?b)h'f(h0?f)?fsdAs'(h0?as) (3.6-7)
22由所有的力对受压钢筋合力作用点取矩的平衡条件,即∑MA? s=0得
'hfx'''?0Md??fcdbx(?as)?fcd(b'f?b)h'f(?as)?fsdAs(h0?as) (3.6-8)
22应用上述公式时,应满足x≤ξbh0的限制条件。对于x>h?f的情况,x≥2a?s和ρ>ρmin
的限制条件一般均能满足要求,故可不必作判别验算。
(三) 实用设计方法 1. 单筋T形截面 (1)截面设计与配筋
T形梁的截面设计,通常先按构造要求,参照已有设计资料及经验数据(高跨比h/L)确定截面尺寸,计算恒载内力,求得弯矩组合设计值,然后再根据受力要求调整梁的高度。
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' 从前面给出的公式(3.6-7)可以看出,对单筋T形截面而言(As'?0),若将式中的x值,以?h0代入,即求得一个以h0为未知数的二次方程式:
Ah02?Bh0?C?0 (3.6-9) 式中 A?fcdb?(1?0.5?) B?fcd(bi?b)hf C??0Md?21fcd(b'f?b)h'f 2''为了保证梁的塑性破坏性质,可在(0.3~0.8)?b的范围内,选取一个适当的?值,代入公式(3.6-9),解二次方程,求得梁的有效高度h0。
梁的实际高度h=h0+as,式中as为受拉钢筋合力作用点至截面受拉边缘的距离,采用单根配筋,布置一排钢筋时,假设as≈40~50mm,布置二排钢筋时,假设as≈60~70mm;采用焊接骨架时,假设as≈70~100mm。梁高应取整数,并按调整后的梁高和预估的as值,重新计算梁的有效高度h0。若求得的梁高与假设梁高相差较大,应重新计算恒载内力,并对梁高再做适当调整。
截面尺寸确定后,配筋设计可按下列步骤进行:
首先应确定中性轴位置,判断截面类型。但是,由于钢筋截面面积未知,混凝土受压区高度无法求出。这时可利用x=h?f的界限条件来判断截面类型。显然,若满足
?0Md?fcdb'fh'f(h0?h'f2) (3.6-10)
则x≤hf?,中性轴位于腹板内,即属于第一类T形,应按矩形截面计算。
反之,若 ?0Md?fcdb'fh'f(h0?h'f2) (3.6-11)
则x>h?f,中性轴位于腹板内,即属于第二类T形,应按T形截面计算。
当x≤h?f时,首先由公式(3.6-4)(令A?s=0),解二次方程,求得混凝土受压区高度x,若x≤h?f,则将其代入公式(3.6-3)或(3.6-5)求得受拉钢筋截面面积As,选择和布置钢筋,并验算截面最小配筋率。
当x>h?f时,首先由公式(3.6-7)(令A?s=0),解二次方程,求得混凝土受压区高度x,若h?f<x≤ξbh0,则将其代入公式(3.6-8),求得受拉钢筋截面面积As,然后选择和布置钢筋。
(2) 承载能力复核
对已经设计好的T形截面梁进行正截面承载能力复核,可按下列步骤进行:
首先应确定中性轴位置,判断截面类型。对于已经设计好的截面,钢筋截面面积已知,可利用下列条件判断截面类型,若满足下列条件
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