正截面受彎的三種破壞形態(tài)

1、正截面受彎的三種破壞形態(tài) （4）試驗過程分析 A.三階段的劃分原則： 第階段：彎矩從零到受拉區(qū)邊緣即將開裂，結(jié)束時稱為a點，其標(biāo)志為受拉區(qū)邊緣混凝土達(dá)到其抗拉強(qiáng)度 ft （或其極限拉伸應(yīng)變tu ）； 第階段：彎矩從開裂彎矩到受拉鋼筋即將屈服，結(jié)束時稱為a點，其標(biāo)志為縱向受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)到 fy ； 第階段：彎矩從屈服彎矩到受壓區(qū)邊緣混凝土即將壓碎，結(jié)束時稱為a點，其標(biāo)志為受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到其非均勻受壓時的極限壓應(yīng)變 cu 。 B.各階段受力分析：見圖3-10。 C.三階段劃分的理論意義：是今后推導(dǎo)相關(guān)計算公式的理論基礎(chǔ)，例如： a ：抗裂驗算的依據(jù)； 第階段 ：裂縫寬度及變形驗算的依據(jù)； a

2、：正截面受彎承載力計算的依據(jù) 。 第一階段 截面開裂前階段 第二階段 從截面開裂到縱向受拉鋼筋屈服前的裂 縫階段 第三階段 鋼筋屈服到破壞階段 鋼筋混凝土梁正截面受力過程三個階段的應(yīng)力狀態(tài)與設(shè)計有何關(guān)系 加荷初期，梁截面承擔(dān)的彎矩較小，材料近似處于彈性階段，在第一階段末即a階段，由于受拉邊緣應(yīng)變已經(jīng)達(dá)到了混凝土的極限拉應(yīng)變，構(gòu)件截面處于將要開裂而還沒有開裂的極限狀態(tài)。此時的截面應(yīng)力分布圖形是計算開裂彎矩的依據(jù)。第階段是構(gòu)件帶裂縫工作階段，在這個階段由于裂縫不斷出現(xiàn)和開展，相應(yīng)截面的混凝土不斷退出工作，引起截面剛度明顯降低。其應(yīng)力分布圖形是受彎構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算的依據(jù)。當(dāng)彎矩增大到一定程度

3、時，裂縫截面中的鋼筋將首先達(dá)到屈服強(qiáng)度，其后應(yīng)變在彎矩基本不增大的情況下持續(xù)增長，帶動裂縫急劇開展，受壓混凝土高度不斷減小，當(dāng)受壓區(qū)邊緣混凝土纖維達(dá) 到極限壓應(yīng)變時，被壓碎而失去承載能力。所以第三階段末截面應(yīng)力分布圖形則是受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計算的依據(jù)。 隨著配筋率不同，鋼筋混凝土梁可能出現(xiàn)下面三種不同的破壞形態(tài)： （1）適筋破壞形態(tài) 當(dāng)配筋適中時- 適筋梁的破壞 發(fā)生條件：min.h/h0b 適筋梁從開始加荷直至破壞，截面的受力過程經(jīng)歷了三個階段。這種適筋梁的破壞特點是：受拉鋼筋首先達(dá)到屈服強(qiáng)度，維持應(yīng)力不變而發(fā)生顯著的塑性變形，直到受壓區(qū)邊緣纖維的應(yīng)變達(dá)到混凝土彎曲受壓的極限壓應(yīng)變時，

4、受壓區(qū)混凝土被壓碎，截面即告破壞，其破壞類型屬延性破壞。試驗表明，適筋梁在從受拉鋼筋開始屈服到截面完全破壞的這個過程中，雖然截面所能承擔(dān)的彎矩增加甚微，但承受變形的能力卻較強(qiáng)，截面的塑性轉(zhuǎn)動較大，即具有較好的延性，使梁在破壞時裂縫開展較寬，撓度較大，而具有明顯的破壞預(yù)兆（圖4-2a）。 除此之外，鋼筋和混凝土這兩種材料的強(qiáng)度都能得到充分利用，符合安全、經(jīng)濟(jì)的要求，故在實際工程中，受彎構(gòu)件都應(yīng)設(shè)計成適筋梁。適筋梁從加載到破壞“應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)A段”總結(jié)表隨荷載增加：階段截面應(yīng)力分布圖形階段劃分混凝土應(yīng)力分布縱向鋼筋應(yīng)力中和軸計算依據(jù)第I階段（未裂階段）拉區(qū)混凝土未裂I時，應(yīng)力很小，直線分布。Ia時，

5、拉區(qū)有塑性發(fā)展，出現(xiàn)曲線分布，直到拉區(qū)應(yīng)力比較均勻。壓區(qū)強(qiáng)度較高，相應(yīng)應(yīng)力較低。應(yīng)力很小。(2030MPa)略有上移Ia抗裂驗算依據(jù)拉區(qū)混凝土開裂拉區(qū)混凝土邊緣到達(dá)極限拉應(yīng)變，相應(yīng)應(yīng)力到達(dá)拉區(qū)混凝土脫離工作。應(yīng)力有個突增。上移第階段（裂縫階段）未屈服拉區(qū)混凝土開始脫離工作，裂縫逐漸發(fā)展。壓區(qū)應(yīng)力增長，漸呈塑性分布。拉區(qū)應(yīng)力只由鋼筋承擔(dān)，隨荷載增大而加大逐漸上升裂寬撓度驗算依據(jù)屈服屈服，應(yīng)力不增，應(yīng)變迅速增大上移第階段（破壞階段）壓區(qū)混凝土應(yīng)力上升壓碎梁破壞隨裂縫發(fā)展，壓區(qū)面積不斷減小，應(yīng)力不斷上升，應(yīng)力分布成豐滿曲線，最大值不在壓區(qū)邊緣。最后壓區(qū)混凝土被壓碎，即到達(dá)極限壓應(yīng)變維持不變。迅速上升

6、a承載力計算依據(jù) （2）超筋破壞形態(tài) 配筋率過大的梁稱為“超筋梁”。試驗表明，由于超筋梁內(nèi)鋼筋配置過多，抗拉能力過強(qiáng)，當(dāng)荷載加到一定程度后，在鋼筋的拉應(yīng)力尚未達(dá)到屈服強(qiáng)度之前，受 壓區(qū)混凝土已先被壓碎，致使構(gòu)件破壞（圖5-2b）。由于超筋梁在破壞前鋼筋尚未屈服而仍處于彈性工作階段，裂縫開展不寬，延伸不高，梁的撓度較小。由于它在沒有明顯預(yù)兆的情況下突然破壞，故其破壞類型屬脆性破壞。超筋梁雖然配置有很多受拉鋼筋，但其強(qiáng)度不能充分利用，這是不經(jīng)濟(jì)的，同時破壞前又無明顯預(yù)兆，所以在實際工程中應(yīng)避免設(shè)計成超筋梁。 （3）少筋破壞形態(tài) 圖5-3 示意圖配筋率過低的梁稱為“少筋梁”。這種梁在開裂以前受拉區(qū)的

7、拉力主要由混凝土承擔(dān)，鋼筋承擔(dān)的拉力占很少一部分。到了第階段末，受拉區(qū)一旦開裂，拉力就幾乎全部轉(zhuǎn)由鋼筋承擔(dān)。由于鋼筋數(shù)量太少，使裂縫截面的鋼筋拉應(yīng)力急劇增至超過屈服強(qiáng)度而進(jìn)入強(qiáng)化階段，此時鋼筋塑性伸長已很大， 裂縫開展過寬，梁將嚴(yán)重下垂，即使受壓區(qū)混凝土?xí)何磯核椋^大的變形及裂縫已經(jīng)不適于繼續(xù)承載，從而標(biāo)志著梁的破壞（圖5-2c），在個別情況下，鋼筋甚至可能被拉斷。上述破壞過程一般是在梁出現(xiàn)第一條裂縫后突然發(fā)生，所以也屬脆性破壞。因此，少筋梁也是不安全的。少筋梁雖然配了鋼筋，但不能起到提高純混凝土梁承載能力的作用，同時，混凝土的抗壓強(qiáng)度也不能充分利用，在實際工程設(shè)計中也應(yīng)避免。不同配筋量梁的的關(guān)系如圖5-3所示圖5-3 示意圖圖5-3 示意圖B.建立的界限相對受壓區(qū)