题目
已知某钢筋混凝土简支梁,承受的设计弯矩值 M=125,kNcdot m,截面尺寸 b times h = 250mm times 500mm,混凝土强度等级为 C30,HRB400 级钢筋。环境类别为一类,混凝土保护层厚度 c=20mm,a_s=40mm。求梁的纵向受拉钢筋 A_s。
已知某钢筋混凝土简支梁,承受的设计弯矩值 $M=125\,kN\cdot m$,截面尺寸 $b \times h = 250mm \times 500mm$,混凝土强度等级为 C30,HRB400 级钢筋。环境类别为一类,混凝土保护层厚度 $c=20mm$,$a_s=40mm$。求梁的纵向受拉钢筋 $A_s$。
题目解答
答案
根据题目条件,$ h_0 = 460 \, \text{mm} $,$ \alpha_s = \frac{125 \times 10^6}{14.3 \times 250 \times 460^2} \approx 0.165 $。
由 $ \xi = 1 - \sqrt{1 - 2 \alpha_s} \approx 0.181 $,满足 $ \xi < \xi_b = 0.518 $。
根据公式:
\[
A_s = \frac{f_c b h_0 \xi}{f_y} = \frac{14.3 \times 250 \times 460 \times 0.181}{360} \approx 827 \, \text{mm}^2
\]
同时,$ \rho = 0.72\% > \rho_{\min} = 0.21\% $,满足要求。
答案:$ A_s = 827 \, \text{mm}^2 $。
解析
本题考查钢筋混凝土简支梁纵向受拉钢筋面积面积的的计算,解题思路是先根据已知条件确定相关参数,然后通过设计弯矩值计算出系数 $\alpha_s$,进而求出相对受压区高度 $\xi$,最后根据公式计算纵向受拉钢筋面积 $A_s$,并检查配筋率是否满足要求。
- 确定相关参数:
- 已知混凝土强度等级为 C30,根据规范可得混凝土轴心抗压强度设计值 $f_c = 14.3 \, N/mm^2$。
- HRB400 级钢筋的抗拉强度设计值 $f_y = 360 \, N/mm^2$。
- 相对界限受压区高度 $\xi_b = 0.518$。
- 最小配筋率 $\rho_{\min} = 0.2\%$(当混凝土强度等级为 C50 及以上时取 $0.21\%$,本题为 C30,取 $0.2\%$)。
- 截面有效高度 $h = 500mm$,有效高度 $h_0 = h - a_s = 500 - 40 = = 460 \, \text{mm}$。
- 计算系数 $\alpha_s$:
- 根据公式 $\alpha_s = \frac{M}{f_c b h_0^2}$,其中 $M = 125 \times 10^6 \, f_c = 14.3 \, N/mm^2, b = 250 \, \text{mm}, h_0 = 460 \, \text{mm}$,代入可得:
$\alpha_s = \frac{125 \times 10^6}{14.3 \times 250 \times 460^2} \approx 0.165$
- 根据公式 $\alpha_s = \frac{M}{f_c b h_0^2}$,其中 $M = 125 \times 10^6 \, f_c = 14.3 \, N/mm^2, b = 250 \, \text{mm}, h_0 = 460 \, \text{mm}$,代入可得:
- 计算相对受压区高度 $\xi$:
- 由公式 $\xi = 1 - \sqrt{1 - 2\alpha_s}$,将 $\alpha_s = 0.165$ 代入可得:
$\xi = 1 - \sqrt{1 - 2 \times 0.165} \approx 0.181$ - 比较 $\xi$ 与 $\xi_b$ 的大小,$0.18 < 0.51$,满足适筋梁的要求。
- 由公式 $\xi = 1 - \sqrt{1 - 2\alpha_s}$,将 $\alpha_s = 0.165$ 代入可得:
- 计算纵向受拉钢筋面积 $A_s$:
- 根据公式 $A_s = \frac{f_c b h_0 \xi}{f_y}$,将 $f_c = 14.3 \, N/mm^2, b = 250 \, \text{mm}, h_0 = 460 \, \text{mm}, \xi = 0.18, f_y = 360 \, N/mm^2$ 代入可得:
$A_s = \frac{14.3 \times 250 \times 460 \times 0.18}{360} \approx 827 \, \text{mm}^2$
- 根据公式 $A_s = \frac{f_c b h_0 \xi}{f_y}$,将 $f_c = 14.3 \, N/mm^2, b = 250 \, \text{mm}, h_0 = 460 \, \text{mm}, \xi = 0.18, f_y = 360 \, N/mm^2$ 代入可得:
- 检查配筋率:
- 计算实际配筋率 $\rho = \frac{A_s}{b h_0} = \frac{827}{250 \times 460} \approx 0.72\%$。
- 因为 $0.72\% > 0.2\%$,满足最小配筋率要求。