鋼筋混凝土受彎構(gòu)件構(gòu)造及正截面承載力-計算

學(xué)習(xí)情境三鋼筋混凝土受彎構(gòu)件構(gòu)造及正截面承載力計算

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握鋼筋混凝土梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)成及截面尺寸要求；掌握鋼筋骨架種類、作用；掌握鋼筋混凝土單筋矩形截面的截面設(shè)計及強(qiáng)度復(fù)核；掌握鋼筋混凝土雙筋矩形截面的截面設(shè)計及強(qiáng)度復(fù)核；掌握鋼筋混凝土單筋T形截面的截面設(shè)計及強(qiáng)度復(fù)核；能力目標(biāo)：具有鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面計算能力；具有鋼筋混凝土受彎構(gòu)件施工圖的識圖能力。設(shè)計受彎構(gòu)件時，一般應(yīng)滿足下列兩方面要求：

（1）由于彎矩M的作用，構(gòu)件可能沿某個正截面（與梁的縱軸線或板的中面正交時的面）發(fā)生破壞，故需進(jìn)行正截面強(qiáng)度計算（2）由于彎矩M和剪力Q的共同作用，構(gòu)件可能沿剪壓區(qū)段內(nèi)的某個斜截面發(fā)生破壞，故需進(jìn)行斜截面強(qiáng)度計算子學(xué)習(xí)情境一鋼筋混凝土受彎構(gòu)件構(gòu)造特點梁與板的結(jié)構(gòu)形式：矩形、T形、箱形等常用的截面類型:板:實心矩形,空心矩形;梁:矩形、T形、箱形等一、鋼筋混凝土板的構(gòu)造1、板的截面尺寸：板厚一般用板的跨度L來估算板的厚度h，單跨簡支板h≥L／35；多跨連續(xù)板h≥L／40；懸臂板h≥L／12。行車道板厚度不宜小于100mm，就地現(xiàn)澆的人行道板厚度不小于80mm，裝配式人行道板的厚度不宜小于60mm；空心板的頂板和底板厚度均不宜小于80mm。2、板寬現(xiàn)澆板：設(shè)計時可取單位寬度b=1000mm進(jìn)行計算。預(yù)制板：預(yù)制板的寬度一般控制在1—1.5m。b=1m（標(biāo)準(zhǔn)板）2、板的鋼筋構(gòu)造單向板：當(dāng)L/b≥2時，彎矩主要沿短邊方向分配，長邊方向受力很小，其受力情況與兩邊支承板基本相同，故稱單向板。雙向板：當(dāng)L/b<2時，兩個方向同時承受彎矩，故稱雙向板。

（1）板的受力鋼筋hh0c分布鋼筋主鋼筋

鋼筋直徑要求：板的縱向受拉鋼筋布置在板的受拉區(qū)，其中人行道板的主鋼筋直徑不宜小于8mm，行車道板內(nèi)的主鋼筋直徑不小于10mm。鋼筋的間距：在跨中和連續(xù)板支點處，板內(nèi)主鋼筋間距不宜大于200mm。近梁肋處的板內(nèi)主鋼筋，可在1/6—1/4計算跨徑處按300—450彎起，并且通過支承而不彎起的主鋼筋每米板寬內(nèi)不得少于3根，并不少于主鋼筋截面積的1/4?；炷帘Ｗo(hù)層普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力直線形鋼筋最小保護(hù)層厚度1、環(huán)氧樹脂涂層鋼筋按環(huán)境類別Ⅰ取用；2、Ⅰ類環(huán)境是指非寒冷或寒冷地區(qū)的大氣環(huán)境，與無侵蝕性的水或土接觸的環(huán)境條件；

Ⅱ類環(huán)境是指嚴(yán)寒地區(qū)的大氣環(huán)境，與無侵蝕性的水或土接觸的環(huán)境；使用除冰鹽環(huán)境；濱海環(huán)境條件；

Ⅲ類環(huán)境是指海水環(huán)境；

Ⅳ類環(huán)境是受人為或自然侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境。

（2）板的分布鋼筋

當(dāng)按單向板設(shè)計時，除沿受力方向布置受拉鋼筋外，還應(yīng)在受拉鋼筋的內(nèi)側(cè)布置與其垂直的分布鋼筋。分布鋼筋宜采用HPB235級和HRB335級的鋼筋，行車道板內(nèi)的分布鋼筋直徑不小于8mm。單位長度上分布鋼筋的截面面積不宜小于該方向板截面面積的0.1％；分布鋼筋的間距不宜大于200mm。板中分布筋的作用：①把荷載分布到板的各受力鋼筋上去；②承擔(dān)混凝土收縮及溫度變化在垂直于受力鋼筋方向所產(chǎn)生的拉應(yīng)力；③固定受力鋼筋的位置。二、鋼筋混凝土梁的構(gòu)造1、梁的截面尺寸截面形式：矩形，T形，I字形，箱形

構(gòu)造要求：h,b滿足模數(shù)的要求，矩形截面梁的高寬比h/b一般取2.5～3；矩形截面的寬度b一般取為150、(180)、200、(220)、250mm，以后的級差為50mm；括號中的數(shù)值僅用于木模。梁的高度采用h＝250、300、350、750、800、900、1000mm等尺寸。800mm以下的級差為50mm，以上的為l00mm。T形截面其梁高與跨徑之比約為1／10～1／18

T形截面的肋寬b一般取為160—220mm，2、梁鋼筋的構(gòu)造綁扎鋼筋骨架鋼筋構(gòu)造圖架立筋箍筋彎起鋼筋主鋼筋梁內(nèi)鋼筋包括主鋼筋(縱向受力鋼筋)、彎起鋼筋(或斜鋼筋)、箍筋、架立鋼筋及縱向水平防收裂鋼筋等項目七鋼的化學(xué)熱處理7.1滲碳7.2滲氮7.3碳氮共滲本篇小結(jié)7.1滲碳將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。其目的是通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲勞性能，而心部具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性。滲碳廣泛用于在磨損情況下工作并承受沖擊載荷、交變載荷的工件，如汽車、拖拉機(jī)的傳動齒輪，內(nèi)燃機(jī)的活塞銷等。下一頁返回7.1滲碳7.1.1滲碳處理的原理與形式1.滲碳方法根據(jù)所用滲碳介質(zhì)的工作狀態(tài)，滲碳方法一般分為氣體滲碳、固體滲碳、真空滲透和鹽浴滲碳等。常用的是氣體滲碳和固體滲碳，尤其是氣體滲碳法。(1)氣體滲碳。氣體滲碳法是將工件放入密封的滲碳爐內(nèi)，加熱到900℃~950℃，然后向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇等有機(jī)液體，或直接通入煤氣、石油液化氣等氣體，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性碳原子，使鋼件表面滲碳，如圖7-1所示。滲碳使低碳(碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%-0.30%)鋼件表面獲得高濃度的碳。氣體滲碳法的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，滲層質(zhì)量好，勞動強(qiáng)度低，便于直接淬火。上一頁下一頁返回項目七鋼的化學(xué)熱處理7.1滲碳7.2滲氮7.3碳氮共滲本篇小結(jié)7.1滲碳將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。其目的是通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲勞性能，而心部具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性。滲碳廣泛用于在磨損情況下工作并承受沖擊載荷、交變載荷的工件，如汽車、拖拉機(jī)的傳動齒輪，內(nèi)燃機(jī)的活塞銷等。下一頁返回7.1滲碳7.1.1滲碳處理的原理與形式1.滲碳方法根據(jù)所用滲碳介質(zhì)的工作狀態(tài)，滲碳方法一般分為氣體滲碳、固體滲碳、真空滲透和鹽浴滲碳等。常用的是氣體滲碳和固體滲碳，尤其是氣體滲碳法。(1)氣體滲碳。氣體滲碳法是將工件放入密封的滲碳爐內(nèi)，加熱到900℃~950℃，然后向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇等有機(jī)液體，或直接通入煤氣、石油液化氣等氣體，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性碳原子，使鋼件表面滲碳，如圖7-1所示。滲碳使低碳(碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%-0.30%)鋼件表面獲得高濃度的碳。氣體滲碳法的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，滲層質(zhì)量好，勞動強(qiáng)度低，便于直接淬火。上一頁下一頁返回7.1滲碳

(2)固體滲碳。固體滲碳法是將工件埋在固體滲碳劑中，裝箱密封，放入一般的加熱爐中加熱到滲碳溫度保溫，使工件表面增碳，是一種古老的方法。固體滲碳劑是由主滲劑(木炭粒)和催滲劑(BaC03)組成的混合物。在滲碳溫度下，滲碳劑發(fā)生如下反應(yīng):上一頁下一頁返回7.1滲碳固體滲碳法的滲碳速度，大約每保溫一小時，平均滲入0.1mm。固體滲碳的優(yōu)點是設(shè)備簡單，成本較低，大小零件都可用。缺點是滲碳速度慢，生產(chǎn)效率低，勞動條件差，滲碳后不易直接淬火。(3)真空滲碳。真空滲碳是將零件放入特制的真空滲碳爐中，先抽真空達(dá)到一定的真空度，然后將爐溫升至滲碳溫度，再通入一定量的富化氣進(jìn)行滲碳。由于爐內(nèi)無氧化性氣體等其他不純物質(zhì)，零件無吸附氣體，因而工件表面活性大，通入富化氣后，滲碳速度快(獲得同樣滲層厚度，滲碳時間約為普通氣體滲碳的1/3)，而且表面光亮。上一頁下一頁返回7.1滲碳2.滲碳后的組織常用于滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如20,20Cr,20CrMnTi,12CrNi3等。滲碳后滲層中的含碳量表面最高(約1.0%，由表及里逐漸降低至原始含碳量。所以滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為:過共析組織(珠光體+碳化物)、共析組織(珠光體)、亞共析組織(珠光體+鐵素體)的過渡層，直至心部的原始組織。對于碳鋼，滲層深度規(guī)定為:從表層到過渡層一半(50%P+50%F)的厚度。圖7-2為低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織。根據(jù)滲層組織和性能的要求，一般零件表層含碳量最好控制在0.85%-1.05%，若含碳量過高，會出現(xiàn)較多的網(wǎng)狀或塊狀碳化物，則滲碳層變脆，容易脫落;上一頁下一頁返回7.1滲碳含碳量過低，則硬度不足，耐磨性差。滲碳層含碳量和滲碳層深度依靠控制通入的滲碳劑量、滲碳時間和滲碳溫度來保證。當(dāng)滲碳零件有不允許高硬度的部位時，如裝配孔等，應(yīng)在設(shè)計圖樣上予以注明。該部位可采取鍍銅或涂抗?jié)B涂料的方法來防止?jié)B碳，也可采取多留加工余量的方法，待零件滲碳后在淬火前去掉該部位的滲碳層(即退碳)。3.滲碳后的熱處理工件滲碳后，必須經(jīng)過淬火和低溫回火，才能達(dá)到性能要求。根據(jù)工件材料和性能要求的不同，其淬火方法有三種。上一頁下一頁返回7.1滲碳(1)延時淬火法。工件滲碳后出爐，自滲碳溫度預(yù)冷到略高于心部Ar3的溫度后立即淬火。這種方法不需重新加熱淬火，因而減少了熱處理變形，節(jié)省了時間和費用。但由于滲碳溫度高，加熱時間長，因而奧氏體晶粒易粗大，淬火后殘余奧氏體量較多。所以只適用于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼和性能要求不高的工件。(2)一次淬火法。一次淬火法是將工件滲碳后緩冷，然后再重新加熱進(jìn)行淬火。淬火溫度的選擇應(yīng)兼顧表層和心部，使表層不過熱而心部得到充分的強(qiáng)化。有時也偏重于心部或強(qiáng)化表層，如強(qiáng)化心部則加熱到Ar3以上完全淬火，如要強(qiáng)化表層則應(yīng)加熱到Ar1以上不完全淬火。上一頁下一頁返回7.1滲碳(3)二次淬火。二次淬火是將工件滲碳緩冷后再進(jìn)行兩次淬火或正火加一次淬火。第一次淬火或正火是為了細(xì)化心部晶粒和消除網(wǎng)狀滲碳體，加熱溫度應(yīng)高于心部Ar3溫度。第二次淬火選在表層Ar1以上加熱，這樣可細(xì)化表層組織，對于心部影響不大。兩次淬火法工藝復(fù)雜，周期長，成本高，且工件變形、氧化脫碳傾向增大，應(yīng)盡量少用。滲碳件經(jīng)淬火和170℃~200℃低溫回火后，表層組織為回火馬氏體+粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，硬度可達(dá)58~64HRC。心部組織淬透時為低碳回火馬氏體，未淬透時為索氏體+鐵素體。上一頁下一頁返回7.1滲碳7.1.2滲碳處理的注意事項(1)滲碳前的預(yù)處理正火。目的是改善材料原始組織、減少帶狀、消除魏氏組織，使表面粗糙度變細(xì)，消除材料流線不合理狀態(tài)。正火工藝:用860℃~980℃空冷、179~217HBS。(2)滲碳后需進(jìn)行機(jī)械加工的工件，硬度不應(yīng)高于30HRC。(3)對于有薄壁溝槽的滲碳淬火零件，薄壁溝槽處不能先于滲碳之前加工。(4)不得用鍍鋅的方法防滲碳。上一頁返回7.2滲氮滲氮俗稱氮化，是在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。目的是提高工件表面的硬度和耐磨性，并可提高疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性。與滲碳相比，滲氮處理后零件具有:(1)高的硬度(1000~1200HV)和耐磨性。

(2)高的疲勞強(qiáng)度。

(3)變形小，體積稍有脹大。

(4)并具有良好的熱硬性，(600℃~650℃)仍有較高的硬度，較好的抗蝕性。下一頁返回7.2滲氮滲氮的缺點是周期長、成本高、滲層薄而脆，不能承受太大的接觸應(yīng)力和沖擊載荷。因此，它主要用于耐磨性及精度均要求很高的傳動件，或要求耐熱、耐磨及耐腐蝕的零件。例如，高精度機(jī)床絲杠、撞床及磨床主軸、精密傳動齒輪和軸、汽輪機(jī)閥門及閥桿等。上一頁下一頁返回7.2滲氮7.2.1滲氮處理的原理與形式1.滲氮處理的原理滲氮是由分解、吸收、擴(kuò)散三個基本過程所組成。滲氮時分解出的活性氮原子被鋼表面吸收，首先溶入固溶體，然后與鐵和合金元素形成化合物，最后向心部擴(kuò)散，形成一定厚度的滲氮層。鋼不能吸收氮分子，分解氮氣來得到活性氟原子也非常困難，所以滲氮過程中要利用氨氣在高于300℃的高溫下與工件接觸，在工件表面氨分解出活性氮原子供給氮化件吸收，氨作為氣體滲劑，其分解反應(yīng)為:上一頁下一頁返回7.2滲氮工件表面吸收了活性氮原子，先形成含固氮溶體，隨著固溶體氮濃度達(dá)到飽和后再形成氮化物。滲氮有多種方法，常用有氣體滲氮、離子滲氮和抗蝕滲氮。(1)氣體滲氮。氣體參氮可采用等溫滲氮或多段(二段、三段)滲氮法。等溫滲氮是在整個滲氮過程中滲氮溫度和氨氣分解率保持不變。溫度一般在480℃~520℃,氨氣分解率為15%~30%，保溫時間近80h。這種工藝適用于滲層淺、畸變要求嚴(yán)、硬度要求高的零件，但處理時間過長。二段滲氮是滲氮溫度分兩段控制的滲氮過程。第一階段在較低溫度(510℃~520℃)和較低的氨分解率(18%~25%)下，滲氮15~20h，使工件表面形成彌散度大的氮化物。上一頁下一頁返回7.2滲氮第二階段將溫度提高到550℃~560℃，加速氮原子擴(kuò)散，增加滲氮層深度。其特點是表面硬度比等溫滲氮低些，變形增大，但比一段滲氮速度快。三段滲氮是在二段滲氮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點是適當(dāng)提高第二階段的溫度，加速滲氮過程。三段滲氮能進(jìn)一步提高滲氮速度，但在硬度、脆性、變形等方面都比等溫滲氮差。(2)離子滲氮。離子滲氮是一種較為先進(jìn)的滲氮工藝。其方法是以真空容器為陽極，工件為陰極，通以400~700V的直流電壓，迫使電離后的氮離子高速轟擊工件表面，使工件表面溫度升高到450℃~650℃。同時氮離子在陰極上捕獲電子形成氮原子，滲入工件表面并向內(nèi)層擴(kuò)散而形成氮化層。上一頁下一頁返回7.2滲氮離子滲氮的特點是:①可適當(dāng)縮短滲氮周期，僅為氣體滲氮的1/4~1/3，例如，38CrMoALA鋼，氮化層深度若達(dá)到0.53~0.7mm，氣體氮化一般需70h;而離子滲氮僅需15~20h;②滲氮層脆性小;③可節(jié)約能源和氨的消耗量;④對不需要滲氮的部分可屏蔽起來，實現(xiàn)局部滲氮;⑤離子轟擊有凈化表面作用，能去除工件表面鈍化膜，可使不銹鋼、耐熱鋼工件直接滲氮。⑥滲層厚度和組織可以控制。離子滲氮發(fā)展迅速，已用于機(jī)床絲桿、齒輪、模具等工件。(3)抗蝕滲氮。提高工件抗蝕性的滲氮過程稱為抗蝕滲氮?？刮g滲氮過程與強(qiáng)化滲氮過程基本相同。不過它只要求在工件表面形成一層致密的ε相層。ε相比γ’相具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性。上一頁下一頁返回7.2滲氮當(dāng)在工件表面獲得深達(dá)0.015~0.02mm的致密二相層時，便能使工件在潮濕空氣、過熱蒸汽、海水、氣體燃燒產(chǎn)物及弱堿溶液等介質(zhì)中具有不同程度的抗腐蝕能力。抗蝕滲氮適用于碳鋼和及一般的合金結(jié)構(gòu)鋼。上一頁下一頁返回7.2滲氮7.2.2滲氮處理的注意事項(1)滲氮前的預(yù)備熱處理調(diào)質(zhì)。滲氮工件在滲氮前應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以獲得回火索氏體組織。調(diào)質(zhì)處理回火溫度一般高于滲氮溫度。(2)滲氮前的預(yù)備熱處理和去應(yīng)力處理。滲氮前應(yīng)盡量消除機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定零件尺寸。消除應(yīng)力的溫度均應(yīng)低于回火溫度，保溫時間比回火時間要長些，再緩慢冷卻到室溫。斷面尺寸較大的零件不宜用正火。工模具鋼必須采用淬火回火，不得用退火。上一頁下一頁返回7.2滲氮(3)滲氮零件的表面粗糙度Ra應(yīng)小于1.6μm，表面不得有拉毛、碰傷及生銹等缺陷。不能及時處理的零件須涂油保護(hù)，以免生銹。吊裝入爐時再用清潔汽油擦凈以保證清潔度。(4)含有尖角和銳邊的工件，不宜進(jìn)行氮化處理。(5)局部不氮化部位的保護(hù)，不宜用留加工余量的方法。(6)表面未經(jīng)磨削處理的工件，不得進(jìn)行氮化。上一頁返回7.3碳氮共滲鋼的碳氮共滲，就是將碳、氮同時滲入工件表層的化學(xué)熱處理過程。按滲劑不同，碳氮共滲可分成氣體、液體和固體三種。國內(nèi)多采用氣體法。按共滲溫度不同，又可分為低溫(500℃~560℃、中溫(800℃~880℃)和高溫(900℃~950℃)三種。碳氮共滲是滲碳和滲氮工藝的綜合，兼有兩者的長處，這種工藝有逐步代替滲碳的趨勢。主要優(yōu)點如下。

(1)滲層性能好。共滲層比滲碳層的耐磨性和疲勞強(qiáng)度更高，比滲氮層有更高的抗壓強(qiáng)度和較低的表面脆性。下一頁返回7.3碳氮共滲(2)滲入速度快。由于氮的滲入不僅降低了滲層的臨界點，同時還增加了碳的擴(kuò)散速度。(3)變形小碳氮共滲溫度比滲碳低，晶粒不會長大，適宜于直接淬火，可以減小變形。(4)不受鋼種限制。各種鋼鐵材料都可以進(jìn)行碳氮共滲。碳氮共滲的缺點是共滲層較薄，易產(chǎn)生黑色組織。上一頁下一頁返回7.3碳氮共滲7.3.1低溫氣體氮碳共滲低溫氣體氮碳共滲也稱“氣體軟氮化”。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。常用氨氣和滲碳?xì)怏w的混合氣、尿素等作共滲劑。共滲溫度為520℃~570℃，由于處理溫度低，實質(zhì)上以滲氮為主。但因為有活性碳原子與活性氮原子同時存在，滲氮速度大為提高。一般保溫時間為13h，滲層深度為0.O1~0.02mm。工件經(jīng)氮碳共滲后，其共滲層的硬度比純氣體氮化低，但仍具有較高的硬度、耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度。滲層韌性好而不易剝落，并有減摩的特點，在潤滑不良和高磨損條件下，有抗咬合、抗擦傷的優(yōu)點，耐磨性也有明顯提高。由于處理溫度低，時間短，所以零件變形小。上一頁下一頁返回7.3碳氮共滲7.3.2中溫氣體碳氮共滲中溫氣體碳氮共滲以滲碳為主，其工藝與滲碳相似。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。最常用的方法是在井式氣體滲碳爐內(nèi)滴入煤油，并通入氨氣。在共滲溫度下，煤油和氨除了前述的滲碳和氮化的作用外，它們之間相互作用還生成了[C]和[N]活性原子，活性碳、氮原子被工件表面吸收并向內(nèi)擴(kuò)散形成共滲層。一般共滲溫度820℃~860℃，保溫時間取決于要求的共滲層深度。工件經(jīng)共滲處理后，需進(jìn)行淬火和低溫回火，才能提高表面硬度和心部強(qiáng)度。由于共滲溫度不高，鋼的晶粒不會長大，故一般都采用直接淬火。上一頁下一頁返回7.3碳氮共滲碳氮共滲件淬火并低溫回火后，滲層組織為含碳、氮的回火馬氏體+少量的碳氮化合物+少量殘余奧氏體。心部組織為低碳或中碳回火馬氏體。淬透性差的鋼也可能出現(xiàn)極細(xì)珠光體和鐵素體。與滲碳相比，共滲層的硬度與滲碳層接近或略高，耐磨性和疲勞強(qiáng)度則優(yōu)于滲碳層，且具有處理溫度低、變形小、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點。目前，常用于處理形狀較復(fù)雜、要求熱處理變形小的小型零件，如縫紉機(jī)、紡織機(jī)零件及各種輕載齒輪等。上一頁返回本篇小結(jié)本篇主要介紹合金相圖的建立、鋼的整體熱處理、化學(xué)熱處理等內(nèi)容。在合相圖分析的基礎(chǔ)上，重點介紹鋼的熱處理的工藝過程，退火、正火、淬火、回火等熱處理工藝的概念、工藝、特點及應(yīng)用，同時，還介紹了表面熱處理、化學(xué)熱處理等熱處理方法。通過本篇學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握材料熱處理的目的、改變材料性能的方法。返回圖7-1圖7-1氣體滲碳示意圖返回圖7-2圖7-2低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織返回7.1滲碳

(2)固體滲碳。固體滲碳法是將工件埋在固體滲碳劑中，裝箱密封，放入一般的加熱爐中加熱到滲碳溫度保溫，使工件表面增碳，是一種古老的方法。固體滲碳劑是由主滲劑(木炭粒)和催滲劑(BaC03)組成的混合物。在滲碳溫度下，滲碳劑發(fā)生如下反應(yīng):上一頁下一頁返回7.1滲碳固體滲碳法的滲碳速度，大約每保溫一小時，平均滲入0.1mm。固體滲碳的優(yōu)點是設(shè)備簡單，成本較低，大小零件都可用。缺點是滲碳速度慢，生產(chǎn)效率低，勞動條件差，滲碳后不易直接淬火。(3)真空滲碳。真空滲碳是將零件放入特制的真空滲碳爐中，先抽真空達(dá)到一定的真空度，然后將爐溫升至滲碳溫度，再通入一定量的富化氣進(jìn)行滲碳。由于爐內(nèi)無氧化性氣體等其他不純物質(zhì)，零件無吸附氣體，因而工件表面活性大，通入富化氣后，滲碳速度快(獲得同樣滲層厚度，滲碳時間約為普通氣體滲碳的1/3)，而且表面光亮。上一頁下一頁返回7.1滲碳2.滲碳后的組織常用于滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如20,20Cr,20CrMnTi,12CrNi3等。滲碳后滲層中的含碳量表面最高(約1.0%，由表及里逐漸降低至原始含碳量。所以滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為:過共析組織(珠光體+碳化物)、共析組織(珠光體)、亞共析組織(珠光體+鐵素體)的過渡層，直至心部的原始組織。對于碳鋼，滲層深度規(guī)定為:從表層到過渡層一半(50%P+50%F)的厚度。圖7-2為低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織。根據(jù)滲層組織和性能的要求，一般零件表層含碳量最好控制在0.85%-1.05%，若含碳量過高，會出現(xiàn)較多的網(wǎng)狀或塊狀碳化物，則滲碳層變脆，容易脫落;上一頁下一頁返回7.1滲碳含碳量過低，則硬度不足，耐磨性差。滲碳層含碳量和滲碳層深度依靠控制通入的滲碳劑量、滲碳時間和滲碳溫度來保證。當(dāng)滲碳零件有不允許高硬度的部位時，如裝配孔等，應(yīng)在設(shè)計圖樣上予以注明。該部位可采取鍍銅或涂抗?jié)B涂料的方法來防止?jié)B碳，也可采取多留加工余量的方法，待零件滲碳后在淬火前去掉該部位的滲碳層(即退碳)。3.滲碳后的熱處理工件滲碳后，必須經(jīng)過淬火和低溫回火，才能達(dá)到性能要求。根據(jù)工件材料和性能要求的不同，其淬火方法有三種。上一頁下一頁返回7.1滲碳(1)延時淬火法。工件滲碳后出爐，自滲碳溫度預(yù)冷到略高于心部Ar3的溫度后立即淬火。這種方法不需重新加熱淬火，因而減少了熱處理變形，節(jié)省了時間和費用。但由于滲碳溫度高，加熱時間長，因而奧氏體晶粒易粗大，淬火后殘余奧氏體量較多。所以只適用于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼和性能要求不高的工件。(2)一次淬火法。一次淬火法是將工件滲碳后緩冷，然后再重新加熱進(jìn)行淬火。淬火溫度的選擇應(yīng)兼顧表層和心部，使表層不過熱而心部得到充分的強(qiáng)化。有時也偏重于心部或強(qiáng)化表層，如強(qiáng)化心部則加熱到Ar3以上完全淬火，如要強(qiáng)化表層則應(yīng)加熱到Ar1以上不完全淬火。上一頁下一頁返回7.1滲碳(3)二次淬火。二次淬火是將工件滲碳緩冷后再進(jìn)行兩次淬火或正火加一次淬火。第一次淬火或正火是為了細(xì)化心部晶粒和消除網(wǎng)狀滲碳體，加熱溫度應(yīng)高于心部Ar3溫度。第二次淬火選在表層Ar1以上加熱，這樣可細(xì)化表層組織，對于心部影響不大。兩次淬火法工藝復(fù)雜，周期長，成本高，且工件變形、氧化脫碳傾向增大，應(yīng)盡量少用。滲碳件經(jīng)淬火和170℃~200℃低溫回火后，表層組織為回火馬氏體+粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，硬度可達(dá)58~64HRC。心部組織淬透時為低碳回火馬氏體，未淬透時為索氏體+鐵素體。上一頁下一頁返回7.1滲碳7.1.2滲碳處理的注意事項(1)滲碳前的預(yù)處理正火。目的是改善材料原始組織、減少帶狀、消除魏氏組織，使表面粗糙度變細(xì)，消除材料流線不合理狀態(tài)。正火工藝:用860℃~980℃空冷、179~217HBS。(2)滲碳后需進(jìn)行機(jī)械加工的工件，硬度不應(yīng)高于30HRC。(3)對于有薄壁溝槽的滲碳淬火零件，薄壁溝槽處不能先于滲碳之前加工。(4)不得用鍍鋅的方法防滲碳。上一頁返回7.2滲氮滲氮俗稱氮化，是在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。目的是提高工件表面的硬度和耐磨性，并可提高疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性。與滲碳相比，滲氮處理后零件具有:(1)高的硬度(1000~1200HV)和耐磨性。

(2)高的疲勞強(qiáng)度。

(3)變形小，體積稍有脹大。

(4)并具有良好的熱硬性，(600℃~650℃)仍有較高的硬度，較好的抗蝕性。下一頁返回7.2滲氮滲氮的缺點是周期長、成本高、滲層薄而脆，不能承受太大的接觸應(yīng)力和沖擊載荷。因此，它主要用于耐磨性及精度均要求很高的傳動件，或要求耐熱、耐磨及耐腐蝕的零件。例如，高精度機(jī)床絲杠、撞床及磨床主軸、精密傳動齒輪和軸、汽輪機(jī)閥門及閥桿等。上一頁下一頁返回7.2滲氮7.2.1滲氮處理的原理與形式1.滲氮處理的原理滲氮是由分解、吸收、擴(kuò)散三個基本過程所組成。滲氮時分解出的活性氮原子被鋼表面吸收，首先溶入固溶體，然后與鐵和合金元素形成化合物，最后向心部擴(kuò)散，形成一定厚度的滲氮層。鋼不能吸收氮分子，分解氮氣來得到活性氟原子也非常困難，所以滲氮過程中要利用氨氣在高于300℃的高溫下與工件接觸，在工件表面氨分解出活性氮原子供給氮化件吸收，氨作為氣體滲劑，其分解反應(yīng)為:上一頁下一頁返回7.2滲氮工件表面吸收了活性氮原子，先形成含固氮溶體，隨著固溶體氮濃度達(dá)到飽和后再形成氮化物。滲氮有多種方法，常用有氣體滲氮、離子滲氮和抗蝕滲氮。(1)氣體滲氮。氣體參氮可采用等溫滲氮或多段(二段、三段)滲氮法。等溫滲氮是在整個滲氮過程中滲氮溫度和氨氣分解率保持不變。溫度一般在480℃~520℃,氨氣分解率為15%~30%，保溫時間近80h。這種工藝適用于滲層淺、畸變要求嚴(yán)、硬度要求高的零件，但處理時間過長。二段滲氮是滲氮溫度分兩段控制的滲氮過程。第一階段在較低溫度(510℃~520℃)和較低的氨分解率(18%~25%)下，滲氮15~20h，使工件表面形成彌散度大的氮化物。上一頁下一頁返回7.2滲氮第二階段將溫度提高到550℃~560℃，加速氮原子擴(kuò)散，增加滲氮層深度。其特點是表面硬度比等溫滲氮低些，變形增大，但比一段滲氮速度快。三段滲氮是在二段滲氮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點是適當(dāng)提高第二階段的溫度，加速滲氮過程。三段滲氮能進(jìn)一步提高滲氮速度，但在硬度、脆性、變形等方面都比等溫滲氮差。(2)離子滲氮。離子滲氮是一種較為先進(jìn)的滲氮工藝。其方法是以真空容器為陽極，工件為陰極，通以400~700V的直流電壓，迫使電離后的氮離子高速轟擊工件表面，使工件表面溫度升高到450℃~650℃。同時氮離子在陰極上捕獲電子形成氮原子，滲入工件表面并向內(nèi)層擴(kuò)散而形成氮化層。上一頁下一頁返回7.2滲氮離子滲氮的特點是:①可適當(dāng)縮短滲氮周期，僅為氣體滲氮的1/4~1/3，例如，38CrMoALA鋼，氮化層深度若達(dá)到0.53~0.7mm，氣體氮化一般需70h;而離子滲氮僅需15~20h;②滲氮層脆性小;③可節(jié)約能源和氨的消耗量;④對不需要滲氮的部分可屏蔽起來，實現(xiàn)局部滲氮;⑤離子轟擊有凈化表面作用，能去除工件表面鈍化膜，可使不銹鋼、耐熱鋼工件直接滲氮。⑥滲層厚度和組織可以控制。離子滲氮發(fā)展迅速，已用于機(jī)床絲桿、齒輪、模具等工件。(3)抗蝕滲氮。提高工件抗蝕性的滲氮過程稱為抗蝕滲氮。抗蝕滲氮過程與強(qiáng)化滲氮過程基本相同。不過它只要求在工件表面形成一層致密的ε相層。ε相比γ’相具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性。上一頁下一頁返回7.2滲氮當(dāng)在工件表面獲得深達(dá)0.015~0.02mm的致密二相層時，便能使工件在潮濕空氣、過熱蒸汽、海水、氣體燃燒產(chǎn)物及弱堿溶液等介質(zhì)中具有不同程度的抗腐蝕能力。抗蝕滲氮適用于碳鋼和及一般的合金結(jié)構(gòu)鋼。上一頁下一頁返回7.2滲氮7.2.2滲氮處理的注意事項(1)滲氮前的預(yù)備熱處理調(diào)質(zhì)。滲氮工件在滲氮前應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以獲得回火索氏體組織。調(diào)質(zhì)處理回火溫度一般高于滲氮溫度。(2)滲氮前的預(yù)備熱處理和去應(yīng)力處理。滲氮前應(yīng)盡量消除機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定零件尺寸。消除應(yīng)力的溫度均應(yīng)低于回火溫度，保溫時間比回火時間要長些，再緩慢冷卻到室溫。斷面尺寸較大的零件不宜用正火。工模具鋼必須采用淬火回火，不得用退火。上一頁下一頁返回7.2滲氮(3)滲氮零件的表面粗糙度Ra應(yīng)小于1.6μm，表面不得有拉毛、碰傷及生銹等缺陷。不能及時處理的零件須涂油保護(hù)，以免生銹。吊裝入爐時再用清潔汽油擦凈以保證清潔度。(4)含有尖角和銳邊的工件，不宜進(jìn)行氮化處理。(5)局部不氮化部位的保護(hù)，不宜用留加工余量的方法。(6)表面未經(jīng)磨削處理的工件，不得進(jìn)行氮化。上一頁返回7.3碳氮共滲鋼的碳氮共滲，就是將碳、氮同時滲入工件表層的化學(xué)熱處理過程。按滲劑不同，碳氮共滲可分成氣體、液體和固體三種。國內(nèi)多采用氣體法。按共滲溫度不同，又可分為低溫(500℃~560℃、中溫(800℃~880℃)和高溫(900℃~950℃)三種。碳氮共滲是滲碳和滲氮工藝的綜合，兼有兩者的長處，這種工藝有逐步代替滲碳的趨勢。主要優(yōu)點如下。

(1)滲層性能好。共滲層比滲碳層的耐磨性和疲勞強(qiáng)度更高，比滲氮層有更高的抗壓強(qiáng)度和較低的表面脆性。下一頁返回7.3碳氮共滲(2)滲入速度快。由于氮的滲入不僅降低了滲層的臨界點，同時還增加了碳的擴(kuò)散速度。(3)變形小碳氮共滲溫度比滲碳低，晶粒不會長大，適宜于直接淬火，可以減小變形。(4)不受鋼種限制。各種鋼鐵材料都可以進(jìn)行碳氮共滲。碳氮共滲的缺點是共滲層較薄，易產(chǎn)生黑色組織。上一頁下一頁返回7.3碳氮共滲7.3.1低溫氣體氮碳共滲低溫氣體氮碳共滲也稱“氣體軟氮化”。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。常用氨氣和滲碳?xì)怏w的混合氣、尿素等作共滲劑。共滲溫度為520℃~570℃，由于處理溫度低，實質(zhì)上以滲氮為主。但因為有活性碳原子與活性氮原子同時存在，滲氮速度大為提高。一般保溫時間為13h，滲層深度為0.O1~0.02mm。工件經(jīng)氮碳共滲后，其共滲層的硬度比純氣體氮化低，但仍具有較高的硬度、耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度。滲層韌性好而不易剝落，并有減摩的特點，在潤滑不良和高磨損條件下，有抗咬合、抗擦傷的優(yōu)點，耐磨性也有明顯提高。由于處理溫度低，時間短，所以零件變形小。上一頁下一頁返回7.3碳氮共滲7.3.2中溫氣體碳氮共滲中溫氣體碳氮共滲以滲碳為主，其工藝與滲碳相似。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。最常用的方法是在井式氣體滲碳爐內(nèi)滴入煤油，并通入氨氣。在共滲溫度下，煤油和氨除了前述的滲碳和氮化的作用外，它們之間相互作用還生成了[C]和[N]活性原子，活性碳、氮原子被工件表面吸收并向內(nèi)擴(kuò)散形成共滲層。一般共滲溫度820℃~860℃，保溫時間取決于要求的共滲層深度。工件經(jīng)共滲處理后，需進(jìn)行淬火和低溫回火，才能提高表面硬度和心部強(qiáng)度。由于共滲溫度不高，鋼的晶粒不會長大，故一般都采用直接淬火。上一頁下一頁返回7.3碳氮共滲碳氮共滲件淬火并低溫回火后，滲層組織為含碳、氮的回火馬氏體+少量的碳氮化合物+少量殘余奧氏體。心部組織為低碳或中碳回火馬氏體。淬透性差的鋼也可能出現(xiàn)極細(xì)珠光體和鐵素體。與滲碳相比，共滲層的硬度與滲碳層接近或略高，耐磨性和疲勞強(qiáng)度則優(yōu)于滲碳層，且具有處理溫度低、變形小、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點。目前，常用于處理形狀較復(fù)雜、要求熱處理變形小的小型零件，如縫紉機(jī)、紡織機(jī)零件及各種輕載齒輪等。上一頁返回本篇小結(jié)本篇主要介紹合金相圖的建立、鋼的整體熱處理、化學(xué)熱處理等內(nèi)容。在合相圖分析的基礎(chǔ)上，重點介紹鋼的熱處理的工藝過程，退火、正火、淬火、回火等熱處理工藝的概念、工藝、特點及應(yīng)用，同時，還介紹了表面熱處理、化學(xué)熱處理等熱處理方法。通過本篇學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握材料熱處理的目的、改變材料性能的方法。返回圖7-1圖7-1氣體滲碳示意圖返回圖7-2圖7-2低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織返回（1）主鋼筋：單筋截面受彎構(gòu)件：僅在截面受拉區(qū)配置受力鋼筋的受彎構(gòu)件雙筋截面受彎構(gòu)件：同時在截面受壓區(qū)也配置受力鋼筋的受彎構(gòu)件梁內(nèi)主鋼筋直徑:14mm—32mm，一般不超過40mm，不同直徑相差不小于2mm排列原則：由下至上，下粗上細(xì)，對稱布置，上下左右對齊，便于混凝土澆筑。3、梁內(nèi)鋼筋的位置與保護(hù)層bhh0凈距

30mm

鋼筋直徑dcccbhch0SnSnSn:

30mm，鋼筋直徑d（三層及三層以下）

40mm，1.25d(三層以上)C:主鋼筋

：Ⅰ類環(huán)境30mm，Ⅱ類環(huán)境40mm,Ⅲ、Ⅳ類環(huán)境45mm

箍筋

：Ⅰ類環(huán)境20mm，Ⅱ類環(huán)境25mm,Ⅲ、Ⅳ類環(huán)境30mm（2）彎起鋼筋：抗剪（斜筋）；（3）箍筋：抗剪、聯(lián)結(jié)受拉鋼筋和受壓區(qū)混凝土、使各種鋼筋形成骨架；（4）架立鋼筋:構(gòu)成鋼筋骨架，保持箍筋間距；直徑多為22mm；矩形截面梁一般為10mm—14mm（5）縱向水平防裂鋼筋:抵抗混凝土收縮、溫度變化引起的應(yīng)力。梁高大于1m時設(shè)置，直徑一般為8mm—10mm，其總面積為（0.001—0.002)bhhabAsh0xnecesf子學(xué)習(xí)情境二鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面破壞狀態(tài)分析一、適筋梁正截面受彎破壞的三個階段從開始加荷到破壞劃分為三個工作階段：階段Ⅰ、階段Ⅱ、階段Ⅲ。ⅠaⅡaⅢaⅠⅡⅢMcrMyMu0

fM/MuAshasbh0M1M2fyM3fy受力階段主要特點

第Ⅰ階段 第Ⅱ階段第Ⅲ階段習(xí)稱未裂（整體工作）階段帶裂縫工作階段破壞階段外觀特征沒有裂縫，撓度很小有裂縫，撓度還不明顯鋼筋屈服，裂縫寬，撓度大彎矩—截面曲率大致成直線曲線接近水平的曲線混凝土應(yīng)力圖形受壓區(qū)直線受壓區(qū)高度減小，混凝土壓應(yīng)力圖形為上升段的曲線，應(yīng)力峰值在受壓區(qū)邊緣受壓區(qū)高度進(jìn)一步減小，混凝土壓應(yīng)力圖形為較豐滿的曲線；后期為有上升段與下降段的曲線，應(yīng)力峰值不在受壓區(qū)邊緣而在邊緣的內(nèi)側(cè)受拉區(qū)前期為直線，后期為有上升段的曲線，應(yīng)力峰值不在受拉區(qū)邊緣大部分退出工作絕大部分退出工作縱向受拉鋼筋應(yīng)力σs≤20～30kN/mm2

20～30kN/mm2<σs<fy0σs＝fy0與設(shè)計計算的聯(lián)系Ia階段用于抗裂驗算用于裂縫寬度及變形驗算Ⅲa階段用于正截面受彎承載力計算總結(jié)：（1）鋼筋混凝土應(yīng)力圖在第Ⅰ階段為三角形分布；第Ⅱ階段為微曲的曲線形；第Ⅲ階段呈高次拋物線（2）鋼筋應(yīng)力在第Ⅰ階段增長速度較慢；第Ⅱ階段應(yīng)力增長速度較第Ⅰ階段為快；第Ⅲ階段當(dāng)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度后，應(yīng)力即不再增加，直到破壞。（3）梁在第Ⅰ階段混凝土未開裂，梁的撓度增長速度較慢；第Ⅱ階段由于梁帶裂縫工作，撓度增長速度較前階段為快；第Ⅲ階段由于鋼筋屈服，裂縫急劇開展，撓度急劇增加。二、受彎構(gòu)件正截面破壞特征1、配筋率：縱向受力鋼筋截面面積與正截面有效面積的比值。其中：2、受彎構(gòu)件正截面破壞特征

⑴適筋梁破壞—塑性破壞（規(guī)范要求設(shè)計范圍）適筋梁：ρmin≤ρ≤ρb

。受拉鋼筋先屈服，受壓區(qū)混凝土后壓碎，鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度都得到發(fā)揮⑵超筋梁破壞—脆性破壞超筋梁：ρ>ρb。受壓區(qū)混凝土壓碎，受拉鋼筋未屈服。鋼筋的受拉強(qiáng)度沒有發(fā)揮⑶少筋梁破壞—脆性破壞少筋梁：少筋梁ρ<ρmin

；混凝土一開裂，受拉鋼筋立即屈服，梁斷裂?；炷恋目箟簭?qiáng)度未得到發(fā)揮子學(xué)習(xí)情境三單筋矩形截面受彎構(gòu)件計算一、正截面承載力計算的基本假定⒈基本假定1）平截面假定假設(shè)構(gòu)件在彎矩作用下，變形后截面仍保持為平面；2）鋼筋與混凝土共同工作正截面破壞時,構(gòu)件受壓區(qū)混凝土應(yīng)力取抗壓強(qiáng)度設(shè)計值,應(yīng)力計算圖形為矩形；3）不考慮拉區(qū)混凝土參與工作，受拉區(qū)混凝土開裂后退出工作。

2、受壓區(qū)混凝土應(yīng)力圖的等效變換等效原則：等效矩形應(yīng)力圖形與實際拋物線應(yīng)力圖形的面積相等，即合力大小相等；等效矩形應(yīng)力圖形與實際拋物線應(yīng)力圖形的形心位置相同，即合力作用點不變。二、正截面承載力計算公式及其適用條件C=afcdbxTs=Asγ0Md

afcdx=bxnfcd1、正截面承載力計算基本公式（極限狀態(tài)法）根據(jù)靜力平衡條件可得：取受壓區(qū)混凝土合力作用點為矩心取受拉鋼筋合力作用點為矩心2、計算公式適用條件防止超筋脆性破壞防止少筋脆性破壞所以適用條件為（1）（2）經(jīng)濟(jì)配筋率：鋼筋混凝土板0.5%~1.3%鋼筋混凝土形梁2.0%~3.5%三、計算內(nèi)容單筋矩形受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計算包括截面設(shè)計、截面復(fù)核兩類問題。

(基本公式法）（一）截面設(shè)計已知：彎矩設(shè)計值Md、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),截面尺寸b，h、材料強(qiáng)度fcd、fsd、ftd求：截面配筋A(yù)s

計算步驟：（1）假設(shè)鋼筋截面重心到截面受拉邊緣距離as，求解。在Ⅰ類環(huán)境條件下，綁扎鋼筋骨架可設(shè)as=40mm（一層）或as=65mm。板可假定為as=25mm或35mm（2）求截面受壓區(qū)高度X，并滿足若則此梁為超筋梁，需要增大截面尺寸(3)求得鋼筋截面面積AS或(4)根據(jù)構(gòu)造要求布置鋼筋(5)校核修正假定的as并驗算配筋率我國《混凝土設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：受彎構(gòu)件、偏心受拉、軸心受拉構(gòu)件，其一側(cè)縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0．2％和45ftd/fsd中的較大值例題１:矩形截面梁截面尺寸為bxh=250mmx550mm；環(huán)境類別為一級,安全等級為Ⅰ級彎矩設(shè)計值M=100kN·m,混凝土強(qiáng)度等級為C20,鋼筋采用R235級鋼筋.求:所需的縱向受拉鋼筋截面面積解:查表確定r0fcd

fsd

ftd

ξbfcd=9.2N/mm2,fsd=195N/mm2,ftd=1.06N/mm2,r0=1.1,ξb=0.62（1）采用綁扎鋼筋骨架，假設(shè)as=40mm,確定h0,則h0=550-40=510mm（2）由公式得.（3）則得受拉鋼筋截面面積ＡＳ選用４φ20，AS=1256mm2。鋼筋按一排布置，可滿足保護(hù)層要求。梁的實際有效高度實際配筋率符合要求。練習(xí)：矩形截面梁截面尺寸bxh=200mmx500mm；環(huán)境類別為一級,安全等級為Ⅱ級，彎矩設(shè)計值Md=84.8kN·m,混凝土強(qiáng)度等級為C25,鋼筋采用HRB335級鋼筋.求:所需的縱向受拉鋼筋截面面積（二）截面復(fù)核已知：彎矩設(shè)計值Md、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，截面尺寸b，h、材料強(qiáng)度fcd、fsd、ftd，截面配筋A(yù)s，as求：截面承載力ＭＵ步驟如下：（1）檢查鋼筋布置是否符合規(guī)范要求。（2）計算配筋率且應(yīng)滿足（3）計算受壓區(qū)高度(4)若則為超筋截面，其承載力為當(dāng)時，可采取提高混凝土級別、修改截面尺寸，或改為雙筋截面等措施。（5）當(dāng)可利用式計算得到例2：已知：矩形截面梁尺寸b×h＝240mm×500mm?；炷翉?qiáng)度等級C20，鋼筋R235級，實配4根20mm的鋼筋，環(huán)境類別為一級,安全等級為Ⅱ級，試計算該梁能否承受計算彎矩Md=95KN.m的作用．解：查得（fcd=9.2N/mm2，ftd=1.06N/mm2，fsd=195N/mm2,r0=1,ξb=0.62,)解:(1)復(fù)核截面是否滿足規(guī)范要求(2)驗算配筋率(3)求受壓區(qū)高度X不會發(fā)生超筋破壞(4)求抗彎承載力承載力滿足要求查表法基本公式：由上述公式推導(dǎo)可得（查表法）：(一）截面設(shè)計情況１：已知：彎矩設(shè)計值Md、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的環(huán)境等級，材料強(qiáng)度fcd、fsd、ftd，截面尺寸b，h求：截面配筋A(yù)s步驟：(1)假設(shè)鋼筋截面重心到截面受拉邊緣距離as，求解。(2)求解A0(3)求解ξ≤ξb(4)求解ＡＳ(5)根據(jù)構(gòu)造要求布置鋼筋,校核修正假定的as并驗算配筋率例題3:矩形截面梁截面尺寸為bxh=250mmx500mm；環(huán)境類別為Ⅰ類,安全等級為二級，彎矩設(shè)計值Md=115kN·m,混凝土強(qiáng)度等級為C20,鋼筋采用HRB335級鋼筋.求:所需的縱向受拉鋼筋截面面積解:查表確定r0fcd

fsd

ftd

ξbfcd=9.2N/mm2,fsd=280N/mm2,ftd=1.06N/mm2,r0=1,ξb=0.56（1）采用綁扎鋼筋骨架，假設(shè)as=40mm,確定h0,則h0=500-40=460mm（2）求.（4）則得受拉鋼筋截面面積ＡＳ選用４φ20，AS=1256mm2或2φ20+2φ18,AS=1137mm2鋼筋按一排布置，可滿足保護(hù)層要求。梁的實際有效高度實際配筋率符合要求。(3)查表得情況2:已知：彎矩設(shè)計值Md、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的環(huán)境等級，材料強(qiáng)度fcd、fsd、ftd，求：截面尺寸b，h及截面受拉鋼筋A(yù)s計算步驟:(1)在經(jīng)濟(jì)配筋率內(nèi)選定一ρ值,并根據(jù)受彎構(gòu)件適應(yīng)情況選定梁寬(2)按公式求出ξ,若ξ≤ξb，則取化簡得(3)由h0求出h=h0+as,并取模數(shù)化(4)繼續(xù)按第一種情況求出受拉鋼筋面積。若ξ>ξb則應(yīng)重新選定一ρ值重復(fù)上述計算,直至滿足ξ≤ξb例3-4:某鋼筋混凝土單筋矩形梁,截面尺寸未知,環(huán)境類別為一級,安全等級為Ⅰ級彎矩設(shè)計值M=100kN·m,混凝土強(qiáng)度等級為C20,鋼筋采用R235級鋼筋.求:所需的縱向受拉鋼筋截面面積解:查表確定r0fcdfsdftdξbfcd=9.2N/mm2,fsd=195N/mm2,ftd=1.06N/mm2,r0=1.1,ξb=0.62（1）采用綁扎鋼筋骨架，假設(shè)as=40mm,設(shè)ρ=0.01,矩形寬b=250mm,則（２）計算截面有效高度(3)截面高度尺寸模數(shù)化,取梁高為550mm(4)接著按情況1計算或采用基本公式法均可．答案：選用４φ20（二）截面復(fù)核已知：彎矩設(shè)計值Md、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，結(jié)構(gòu)的環(huán)境級別,截面尺寸b，h、材料強(qiáng)度fcd、fsd、ftd，截面配筋A(yù)s

，as求：截面承載力ＭＵ步驟如下：（1）檢查鋼筋布置是否符合規(guī)范要求。（2）計算配筋率且應(yīng)滿足（3）計算查表得到相應(yīng)的（4）求得承載力或例5：矩形截面梁截面尺寸為bxh=200mmx400mm；環(huán)境類別為Ⅰ類,安全等級為二級，彎矩設(shè)計值Md=80kN·m,混凝土強(qiáng)度等級為C20,鋼筋采用HRB335級，鋼筋3φ22

+

2φ20求:截面承載力能否滿足要求。5545（1）檢查鋼筋布置是否符合規(guī)范要求。（2）計算配筋率且應(yīng)滿足（3）計算為超筋（4）取查得滿足要求（5）如將混凝土等級提高為C35，則查得則滿足要求子學(xué)習(xí)情境四雙筋矩形截面受彎構(gòu)件的計算雙筋截面是指同時配置受拉和受壓鋼筋的情況。雙筋截面適用范圍：(1)當(dāng)彎矩較大，b,h受到限制，按單筋設(shè)計（如立交橋）為超筋梁；(2)截面承受異號彎矩。(3)裝配式構(gòu)件，為減輕自重。A

s'A

s受壓鋼筋◆一、基本計算公式及適用條件T’=fsd'As'Cc=fcdbxT=fysdAssh0asas'A

s'Asγ0Mdxecu>eyse

水平方向內(nèi)力之和為０：ＯＯ‘◆適用條件防止超筋脆性破壞保證受壓鋼筋強(qiáng)度充分利用注意：雙筋截面一般不會出現(xiàn)少筋破壞情況，故可不必驗算最小配筋率?；蚨?、計算內(nèi)容（一）截面選擇情況1：已知截面尺寸b、h

，彎矩設(shè)計值Md

，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，結(jié)構(gòu)的環(huán)境等級，材料強(qiáng)度fcd、fsd、ftd

、f’sd

，求：受拉鋼筋面積As

及受壓鋼筋面積As’計算步驟：(1)假設(shè)as和as’,求得(2)驗算是否需要采用雙筋截面如果則采用雙筋配筋(3)為使截面總鋼筋的面積(As+As’)最小取代入,利用公式求出受壓鋼筋面積As’(4)利用公式求出受拉鋼筋面積As(5)分別選擇受壓鋼筋和受拉鋼筋直徑及根數(shù)，并進(jìn)行截面鋼筋布置情況2：已知截面尺寸b、h

，彎矩設(shè)計值Md

，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，受壓鋼筋面積As’，結(jié)構(gòu)的環(huán)境等級，材料強(qiáng)度fcd、fsd、ftd

、f’sd

，求：受拉鋼筋面積As

計算步驟：(1)假設(shè)as和as’,求得(2)求受壓區(qū)高度X,利用下式可得(3)當(dāng)取代入,則(4)當(dāng)時,則利用求出As(5)選擇受拉鋼筋直徑及根數(shù)，并布置截面鋼筋當(dāng)求得的受拉鋼筋總截面積比不考慮受壓鋼筋時還多,則計算時可不計受壓鋼筋的作用,按單筋截面計算受拉鋼筋.(二)截面復(fù)核已知：彎矩設(shè)計值Md、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、結(jié)構(gòu)的環(huán)境等級，截面尺寸b，h、材料強(qiáng)度fcd、fsd、fsd

’

、

ftd，截面配筋A(yù)s

，As‘，as，as’求：截面承載力ＭＵ步驟如下：(1)檢查鋼筋布置是否符合規(guī)范要求;(2)計算受壓區(qū)高度X(3)根據(jù)X值的大小,分三種情況驗算正截面承載力A:當(dāng)時,采用下式驗算B:當(dāng)時,按下式驗算:如不計受壓鋼筋的作用,截面的承載力比上式結(jié)果大,則按單筋截面復(fù)核C:當(dāng)令按下式驗算可重新進(jìn)行配筋計算使避免出現(xiàn)脆性破壞例6：鋼筋混凝土矩形梁，截面尺寸限定為bxh=200mmx400mm；環(huán)境類別為Ⅰ類,安全等級為一級，彎矩設(shè)計值Md=80kN·m,混凝土強(qiáng)度等級為C20且不可提高,鋼筋采用HRB335級，試進(jìn)行配筋計算并進(jìn)行截面復(fù)核。解（1）假設(shè)as=65mm，as’=35mm（2）驗算是否需要采用雙筋截面。需采用雙筋截面（3）取代入得：（4）求AS（4）配筋受壓區(qū)鋼筋為

2φ12(AS‘=

226mm2)，受拉區(qū)鋼筋為3φ20

+

3φ14

(AS=

1404mm2)截面復(fù)核:滿足則符合要求子學(xué)習(xí)情境五單筋T形截面受彎構(gòu)件計算

1.挖去受拉區(qū)混凝土，形成T形截面，對受彎承載力沒影響。2.可以節(jié)省混凝土，減輕自重。T形截面特點：減輕了自重，節(jié)省了材料，提高了承受活載彎矩的能力。受拉鋼筋較多，可將截面底部適當(dāng)增大，形成工形截面。工形截面的受彎承載力的計算與T形截面相同。缺點：施工復(fù)雜（與矩形截面梁比較）T形截面是由翼緣和腹板兩部分組成的。通常用hf

，和bf來表示受壓翼緣的厚度和寬度，而用h和b表示梁高和腹板厚度(或稱肋寬)?？招陌?，可按抗彎等效原則，換算為等效工字型截面的方法是：保持截面面積、慣性矩和形心位置不變的情況下，將空心板的圓孔（直徑為D）換算為bkxhk的矩形孔上翼