受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程和破壞形態(tài)

1、青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 張 萌 潔 青海大學(xué) 土木工程學(xué)院 教授班級(jí)：交通2011(1、2) 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 3 受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 重點(diǎn)：重點(diǎn)： 3.1 受彎構(gòu)件的截面形式與構(gòu)造 3.2 受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程和破壞形態(tài) 3.3 受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算原則 3.4 單筋矩形截面受彎構(gòu)件 3.5 雙筋矩形截面受彎構(gòu)件 3.6 T形截面受彎構(gòu)件 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 第2章 習(xí)題課問(wèn)題解答 1、概念、概念 結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)上的作用施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力（直接 作用，也稱(chēng)為荷載）和引起結(jié)

2、構(gòu)外加變形或約束變形的原 因（間接作用）。 作用效應(yīng)作用效應(yīng)由于直接作用或間接作用作用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件上 ，在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形(如軸力、彎矩、剪力、扭矩 、撓度、轉(zhuǎn)角和裂縫等)。 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力(如構(gòu) 件的承載能力、剛度等)。 2、彎矩和剪力的單位 3、作用效應(yīng)系數(shù)確定 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 通過(guò)一個(gè)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的試驗(yàn)，對(duì)其在荷載作用 下正截面受力和變形的變化規(guī)律進(jìn)行分析和研究。 重點(diǎn)： 3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程 3.2.2 受彎構(gòu)件破壞形態(tài) 3.2 受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程和破壞形態(tài) 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)

3、設(shè)計(jì)原理 試驗(yàn)概況：試驗(yàn)概況：加荷方式為兩點(diǎn)對(duì)稱(chēng)、逐級(jí)加荷。這樣，在兩 個(gè)對(duì)稱(chēng)集中荷載間的區(qū)段，如果忽略梁自重的影響，則該 段剪力為零，彎矩為常數(shù)，稱(chēng)為“純彎段”。 試驗(yàn)簡(jiǎn)圖 彎矩圖 剪力圖 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 荷載荷載-撓度曲線撓度曲線 由試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)繪制荷載-撓度曲線，以彎矩為縱軸， 以跨中撓度為橫軸。荷載-撓度曲線上有兩個(gè)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)， 以此將梁的受力和變形全過(guò)程分為三個(gè)階段。 第階段：沒(méi)有裂縫； 第階段：帶裂縫工作； 第階段：裂縫急劇開(kāi)展， 縱向鋼筋應(yīng)力維持在屈服 強(qiáng)度不變。 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 混凝土應(yīng)力分布規(guī)律混凝土應(yīng)力分布規(guī)律第第階段

4、階段 剛開(kāi)始加載，由于彎矩很小，混凝土基本處于彈性工作階段，應(yīng) 力與應(yīng)變成正比，受壓區(qū)和受拉區(qū)混凝土應(yīng)力分布圖形為三角形 在彎矩增加到Mcr時(shí)，受壓區(qū)基本上處于彈性工作階段，受壓區(qū) 應(yīng)力圖形接近三角形；而受拉區(qū)應(yīng)力圖形則呈曲線分布，受拉區(qū) 邊緣應(yīng)變值即將到達(dá)混凝土的極限拉應(yīng)變值，截面遂處于即將開(kāi) 裂狀態(tài)。 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程 混凝土應(yīng)力分布規(guī)律混凝土應(yīng)力分布規(guī)律第第階段階段 由于受拉區(qū)混凝土塑性的發(fā)展， 階段時(shí)中和軸的位置比 第階段初期略有上升。 受力特點(diǎn)： 混凝土沒(méi)有開(kāi)裂；受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖 形是直線，受拉區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形在第

5、階段前期是直 線，后期是曲線；彎矩與撓度基本上是直線關(guān)系。 作用：階段可作為受彎構(gòu)件抗裂度的計(jì)算依據(jù)。 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 混凝土應(yīng)力分布規(guī)律混凝土應(yīng)力分布規(guī)律第第階段階段 達(dá)到Mcr時(shí)，在純彎段抗拉能力最薄弱的某一截面處，將首先出 現(xiàn)第一條裂縫，即由第階段轉(zhuǎn)入為第階段工作。 裂縫出現(xiàn)時(shí)梁的撓度和截面曲率都突然增大，中和軸位置隨之上 移，受拉區(qū)的拉力主要由鋼筋承擔(dān)。之后主裂縫越來(lái)越寬，受壓 區(qū)應(yīng)力圖形呈曲線變化。當(dāng)彎矩繼續(xù)增大到受拉鋼筋應(yīng)力即將到 達(dá)屈服強(qiáng)度My時(shí)，即進(jìn)入第階段末。 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程 混凝土

6、應(yīng)力分布規(guī)律混凝土應(yīng)力分布規(guī)律第第階段階段 第階段是截面混凝土裂縫發(fā)生、開(kāi)展的階段，在此 階段中梁是帶裂縫工作的。 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：在裂縫截面處，受拉區(qū)大部分混凝土退 出工作，拉力主要由縱向受拉鋼筋承擔(dān)，但鋼筋沒(méi)有屈服 ；受壓區(qū)混凝土已有塑性變形，但不充分，壓應(yīng)力圖形 為只有上升段的曲線；彎矩與撓度是曲線關(guān)系，截面曲 率與撓度的增長(zhǎng)加快了。 作用：作用：階段相當(dāng)于梁使用時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，可作為使 用階段驗(yàn)算變形和裂縫開(kāi)展寬度的依據(jù)。 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 混凝土應(yīng)力分布規(guī)律混凝土應(yīng)力分布規(guī)律第第階段階段 縱向受拉鋼筋屈服后，正截面就進(jìn)入第階段工作。 鋼筋屈服，中和軸繼續(xù)上

7、移，受壓區(qū)高度進(jìn)一步減小，受壓 區(qū)壓應(yīng)力圖形更趨豐滿。彎矩再增大直至極限彎矩實(shí)驗(yàn)值Mu， 此時(shí)，邊緣纖維壓應(yīng)變到達(dá)（或接近）混凝土的極限壓應(yīng)變實(shí)驗(yàn) 值cu，標(biāo)志著截面已開(kāi)始破壞。 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程 混凝土應(yīng)力分布規(guī)律混凝土應(yīng)力分布規(guī)律第第階段階段 第階段是截面的破壞階段，始于縱向受拉鋼筋屈服 ，終于受壓區(qū)混凝土壓碎。 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：縱向受拉鋼筋屈服，拉力保持為常值； 裂縫處，受拉區(qū)大部分混凝土已退出工作，受壓區(qū)混凝土 壓應(yīng)力曲線圖形比較豐滿；由于受壓區(qū)混凝土合壓力作 用點(diǎn)上移使內(nèi)力臂增大，故彎矩略有增加；受壓區(qū)邊緣 壓應(yīng)變達(dá)

8、到其極限壓應(yīng)變實(shí)驗(yàn)值cu時(shí)，混凝土被壓碎，截 面破壞；彎矩-撓度關(guān)系為接近水平的曲線 作用：作用：第階段末(即a )可作為正截面受彎承載力計(jì) 算的依據(jù)。 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 通過(guò)一個(gè)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的試驗(yàn)，對(duì)其在荷載作用 下正截面受力和變形的變化規(guī)律進(jìn)行分析和研究。 重點(diǎn)： 3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程 3.2.2 受彎構(gòu)件破壞形態(tài) 3.2 受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程和破壞形態(tài) 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 3.2.2 受彎構(gòu)件正截面破壞狀態(tài) 兩種破壞性質(zhì)：兩種破壞性質(zhì)： 延性破壞和脆性破壞 對(duì)于配筋合適的RC梁，破 壞階段（III）承載力基本 保持

9、不變，變形可以持續(xù) 很長(zhǎng)，表明在完全破壞以 前具有很好的變形能力， 有明顯的預(yù)兆，這種破壞 稱(chēng)為“延性破壞” 無(wú)明顯變形或其它征兆的 稱(chēng)為“脆性破壞” 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 隨著鋼筋和混凝土的配比變化，將對(duì)其受力性能和破壞 形態(tài)有很大影響，依鋼筋混凝土梁受彎構(gòu)件的配筋情況及 破壞性分為： 1、適筋破壞 適筋梁 2、超筋破壞 超筋梁 3、少筋破壞 少筋梁 3.2.2 受彎構(gòu)件正截面破壞狀態(tài) 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 1） 適筋破壞形態(tài)（minmax） 3.2.2 受彎構(gòu)件正截面破壞狀態(tài) 受拉鋼筋先屈服，受壓區(qū)混凝土后壓壞，破壞前 有明顯預(yù)兆由于鋼筋要經(jīng)歷較

10、大的塑性變形， 隨之引起裂縫急劇開(kāi)展和梁撓度的激增，為“塑性 破壞”。 破壞前可吸收較大的應(yīng)變能。破壞始自受拉區(qū)鋼 筋的屈服，屬于延性破壞類(lèi)型。 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 2） 超筋破壞形態(tài)（max） 3.2.2 受彎構(gòu)件正截面破壞狀態(tài) 超筋梁破壞始自混凝土受壓區(qū)先壓碎，即縱向受 拉鋼筋沒(méi)有達(dá)到屈服，壓區(qū)混凝土就壓壞，表現(xiàn)為 沒(méi)有明顯預(yù)兆的受壓脆性破壞的特征。 超筋梁雖配置過(guò)多的受拉鋼筋，但梁破壞時(shí)其應(yīng) 力低于屈服強(qiáng)度，不能充分發(fā)揮作用，造成鋼材浪 費(fèi)。不僅不經(jīng)濟(jì)，且破壞前沒(méi)有預(yù)兆，故設(shè)計(jì)中不 允許采用超筋梁 青海大學(xué)青海大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 3） 少筋破壞形態(tài)（min） 3.2.2 受彎構(gòu)件正截面破壞狀態(tài) 少筋梁破壞是受拉區(qū)混凝土一裂就壞。破壞始自受拉區(qū)混 凝土拉裂，梁破壞時(shí)的極限彎矩Mu小于開(kāi)裂彎矩Mcr。 梁配筋率越小，Mu-Mcr的差值越大；越大（但仍在少筋 梁范圍內(nèi)），Mu-Mcr的差值越小。Mu-Mcr =0時(shí)，從原則上講， 它就是少筋梁與適筋梁的界限。這時(shí)的配筋率就是適筋破最 小配筋率min的理論值。在這種特定配筋情況下，梁一旦開(kāi)裂 鋼筋應(yīng)力立