受彎構(gòu)件正截面受力全過程和破壞形態(tài)

1、青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理張 萌 潔青海大學土木工程學院教授班級：交通2011(1、2)青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理3 受彎構(gòu)件正截面承載力計算重點：重點： 3.1 受彎構(gòu)件的截面形式與構(gòu)造3.2 受彎構(gòu)件正截面受力全過程和破壞形態(tài)3.3 受彎構(gòu)件正截面承載力計算原則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)件青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2章 習題課問題解答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，也稱為荷載）和引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因（間接作用）。

2、作用效應作用效應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、作用效應系數(shù)確定青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理通過一個鋼筋混凝土簡支梁的試驗，對其在荷載作用下正截面受力和變形的變化規(guī)律進行分析和研究。重點：3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過程3.2.2 受彎構(gòu)件破壞形態(tài)3.2 受彎構(gòu)件正截面受力全過程和破壞形態(tài)青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理試驗概況：試驗概況：加荷方式為兩點對稱、逐級加荷。這樣，在兩個對稱

3、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)，稱為“純彎段”。試驗簡圖彎矩圖剪力圖青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理荷載荷載-撓度曲線撓度曲線由試驗測得數(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-撓度曲線上有兩個明顯轉(zhuǎn)折點，以此將梁的受力和變形全過程分為三個階段。第階段：沒有裂縫；第階段：帶裂縫工作；第階段：裂縫急劇開展，縱向鋼筋應力維持在屈服強度不變。青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理混凝土應力分布規(guī)律混凝土應力分布規(guī)律第第階段階段剛開始加載，由于彎矩很小，混凝土基本處于彈性工作階段，應力與應變成正比，受壓區(qū)和受拉區(qū)混凝土應力分布圖形為三角

4、形在彎矩增加到Mcr時，受壓區(qū)基本上處于彈性工作階段，受壓區(qū)應力圖形接近三角形；而受拉區(qū)應力圖形則呈曲線分布，受拉區(qū)邊緣應變值即將到達混凝土的極限拉應變值，截面遂處于即將開裂狀態(tài)。青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過程混凝土應力分布規(guī)律混凝土應力分布規(guī)律第第階段階段由于受拉區(qū)混凝土塑性的發(fā)展， 階段時中和軸的位置比第階段初期略有上升。受力特點： 混凝土沒有開裂；受壓區(qū)混凝土的應力圖形是直線，受拉區(qū)混凝土的應力圖形在第階段前期是直線，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)件抗裂度的計算依據(jù)。青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理混凝

5、土應力分布規(guī)律混凝土應力分布規(guī)律第第階段階段達到Mcr時，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。之后主裂縫越來越寬，受壓區(qū)應力圖形呈曲線變化。當彎矩繼續(xù)增大到受拉鋼筋應力即將到達屈服強度My時，即進入第階段末。青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過程混凝土應力分布規(guī)律混凝土應力分布規(guī)律第第階段階段 第階段是截面混凝土裂縫發(fā)生、開展的階段，在此階段中梁是帶裂縫工作的。 受力特點：受力特點：在裂縫截面處，受拉區(qū)大部分混凝土退出工

6、作，拉力主要由縱向受拉鋼筋承擔，但鋼筋沒有屈服；受壓區(qū)混凝土已有塑性變形，但不充分，壓應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加快了。 作用：作用：階段相當于梁使用時的應力狀態(tài)，可作為使用階段驗算變形和裂縫開展寬度的依據(jù)。青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理混凝土應力分布規(guī)律混凝土應力分布規(guī)律第第階段階段縱向受拉鋼筋屈服后，正截面就進入第階段工作。 鋼筋屈服，中和軸繼續(xù)上移，受壓區(qū)高度進一步減小，受壓區(qū)壓應力圖形更趨豐滿。彎矩再增大直至極限彎矩實驗值Mu，此時，邊緣纖維壓應變到達（或接近）混凝土的極限壓應變實驗值cu，標志著截面已開始破壞。青海大學青海大學結(jié)構(gòu)

7、設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過程混凝土應力分布規(guī)律混凝土應力分布規(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：受力特點：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)混凝土壓應力曲線圖形比較豐滿；由于受壓區(qū)混凝土合壓力作用點上移使內(nèi)力臂增大，故彎矩略有增加；受壓區(qū)邊緣壓應變達到其極限壓應變實驗值cu時，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算的依據(jù)。 青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理通過一個鋼筋混凝土簡支梁的

8、試驗，對其在荷載作用下正截面受力和變形的變化規(guī)律進行分析和研究。重點：3.2.1 受彎構(gòu)件正截面受力全過程3.2.2 受彎構(gòu)件破壞形態(tài)3.2 受彎構(gòu)件正截面受力全過程和破壞形態(tài)青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理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于配筋合適的RC梁，破壞階段（III）承載力基本保持不變，變形可以持續(xù)很長，表明在完全破壞以前具有很好的變形能力，有明顯的預兆，這種破壞稱為“延性破壞”無明顯變形或其它征兆的稱為“脆性破壞”青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理隨著鋼筋和混凝土的配比變化，將對其受力性能和破壞形態(tài)有很大影響，依鋼筋混

9、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)青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理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，破壞前有明顯預兆由于鋼筋要經(jīng)歷較大的塑性變形，隨之引起裂縫急劇開展和梁撓度的激增，為“塑性破壞”。破壞前可吸收較大的應變能。破壞始自受拉區(qū)鋼筋的屈服，屬于延性破壞類型。青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理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，即縱向受拉鋼筋沒有達

10、到屈服，壓區(qū)混凝土就壓壞，表現(xiàn)為沒有明顯預兆的受壓脆性破壞的特征。超筋梁雖配置過多的受拉鋼筋，但梁破壞時其應力低于屈服強度，不能充分發(fā)揮作用，造成鋼材浪費。不僅不經(jīng)濟，且破壞前沒有預兆，故設(shè)計中不允許采用超筋梁青海大學青海大學結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理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，梁破壞時的極限彎矩Mu小于開裂彎矩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，從原則上講，它就是少筋梁與適筋梁的界限。這時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，梁一旦開裂鋼筋