鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面的破壞機理.doc

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面的破壞機理截面形式：梁、板常用矩形，T形，形，槽形等。下面以單筋矩形截面梁為例進行分析，其余截面形狀梁可參考單筋矩形截面梁。單筋截面梁又分為適筋梁，超筋梁，少筋梁。適筋梁正截面受彎承載力的實驗：一、實驗裝置二、實驗梁三、彎矩-曲率圖適筋梁正截面受彎的全過程劃分為三個階段未裂階段、裂縫階段、破壞階段。第一階段：從加載開始至混凝土開裂瞬間，也叫整體工作階段。 荷載很小時，彎矩很小，各纖維應變也小，混凝土基本處于彈性階段，截面變形符合平截面假設(shè)。（垂直于桿件軸線的各平截面（即桿的橫截面）在桿件受拉伸、壓縮或純彎曲而變形后仍然為平面，并且同變形后的桿件軸線垂直。根據(jù)這一假設(shè)，若桿件受拉伸或壓縮，則各橫截面只作平行移動，而且每個橫截面的移動可由一個移動量確定；若桿件受純彎曲,則各橫截面只作轉(zhuǎn)動,而且每個橫截面的轉(zhuǎn)動可由兩個轉(zhuǎn)角確定。利用桿件微段的平衡條件和應力-應變關(guān)系，即可求出上述移動量和轉(zhuǎn)角，進而可求出桿內(nèi)的應變和應力。如果桿上不僅有力矩，而且還有剪力，則橫截面在變形后不再為平面。但對于細長桿，剪力引起的變形遠小于彎曲變形，平截面假設(shè)近似可用。）荷載-撓度曲線（彎矩-曲率曲線）基本接近直線。拉力由鋼筋和混凝土共同承擔，變形相同，鋼筋應力很小。受拉受壓區(qū)混凝土均處于彈性工作階段，應力、應變分布均為三角形。 繼續(xù)加載，彎矩增大，應變也隨之增大?；炷潦芾吘壋霈F(xiàn)塑性變形，受拉應力圖呈曲線，中性軸上移。繼續(xù)加載，受拉區(qū)邊緣混凝土達到極限拉應變，即將開裂。第二階段：從混凝土開裂到受拉鋼筋應力達到屈服強度，又稱帶裂工作階段。 在彎矩作用下受拉區(qū)混凝土開裂，退出工作，開裂前混凝土承擔的拉力轉(zhuǎn)移到鋼筋上，鋼筋承擔的應力突增，中性軸大幅度上移。隨著荷載不斷增大，裂縫越來越到，混凝土逐步退出工作，截面抗彎剛度降低，彎矩-曲率曲線有明顯的轉(zhuǎn)折。 荷載繼續(xù)增加，鋼筋拉應力、撓度變形不斷增大，裂縫寬度也不斷開展，受壓區(qū)混凝土面積不斷減小，應力和應變不斷增加，受壓區(qū)混凝土彈塑性特性表現(xiàn)得越來越顯著，受壓區(qū)應力圖形逐漸呈曲線分布。當鋼筋應力達到屈服強度時，梁的受力性能將發(fā)生質(zhì)變。 正常工作的梁一般都處于第二階段，該階段的應力狀態(tài)為正常使用階段和裂縫寬度計算的依據(jù)。第三階段：從受拉筋屈服至受壓區(qū)混凝土被壓碎，又稱為破壞階段。 此時，撓度，截面曲率和鋼筋應變曲線均出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折。對于適筋梁，鋼筋應力達到屈服時，受壓區(qū)混凝土一般尚未壓壞。繼續(xù)加載，鋼筋繼續(xù)變形但是應力不變，只是應變急劇增加，裂縫顯著開展，中性軸上升，壓區(qū)面積減小，從而使壓區(qū)混凝土的應力應變迅速增大，混凝土受壓的塑性特征表現(xiàn)的更充分，截面彎矩略有增加。繼續(xù)加載，最終混凝土壓應變達到極限，超過極限應變值，混凝土開始壓壞，梁達到承載力極限。 第三階段荷載增加的少，但是鋼筋拉應變和受壓區(qū)混凝土壓應變都發(fā)展很快，截面曲率和梁的撓度變形也迅速增大。第三階段末為正截面承載能力極限狀態(tài)的計算依據(jù)。以上實驗為適筋破壞實驗，除了適筋梁，還有少筋梁和超筋梁破壞。少筋梁破壞： 受拉區(qū)配筋過少，當加載至開裂時，裂縫處截面拉力全部由鋼筋承擔，鋼筋應力劇增，因為鋼筋數(shù)量少，應力很快達到屈服，甚至迅速進入強化階段，往往只出現(xiàn)一條裂縫并迅速上升，撓度增長很快，構(gòu)件不再適用。 破壞特點：瞬時受拉破壞。破壞前無征兆，屬脆性破壞，破壞時壓區(qū)混凝土的抗壓強度未能充分利用。破壞強度接近于開裂荷載，承載力很低，其大小取決于混凝土的抗拉強度及截面大小。少筋梁既不經(jīng)濟也不安全，在工程中不允許使用。適筋梁破壞：受拉區(qū)配筋適中，當加載至開裂時，裂縫處截面鋼筋應力增加，繼續(xù)加載，裂縫撓度逐漸開展，鋼筋應力達到屈服，隨著鋼筋塑形變形的開展，裂縫向上延伸，撓度劇增，最后壓區(qū)混凝土邊緣壓應變達到受彎時的極限壓應變而被壓碎。 破壞特點：破壞前裂縫和撓度都急劇開展，有明顯的預兆，稱為延性破壞或者塑性破壞，壓壞時鋼筋和混凝土的強度都得到充分利用。超筋梁破壞： 受拉區(qū)配筋過多，破壞是由于壓區(qū)混凝土邊緣壓應變達到極限壓應變被壓碎而引起的。此時鋼筋應力還未達到屈服，裂縫和撓度沒有充分發(fā)展。 破壞特點：受壓破壞。破壞前裂縫較密但不開展，撓度很小，沒有明顯預兆，屬脆性破壞。破壞時鋼筋強度沒有充分利用。梁的承載力取決于混凝土的抗壓強度。超筋梁在工程中一般也不采用。影響鋼筋混凝土受彎構(gòu)件破壞的因素：正截面破壞形式與配筋率、混凝土強度等級、截面形式等有關(guān)，影響最大的是配筋率。鋼筋混凝土梁正截面可能出現(xiàn)適筋、超筋、少筋等三種不同性質(zhì)的破壞。適筋破壞為塑性破壞，適筋梁鋼筋和混凝土均能充分利用，既安全又經(jīng)濟，是受彎構(gòu)件正截面承載力極限狀態(tài)驗算的依據(jù)。超筋破壞和少筋破壞均為脆性破壞，既不安全又不經(jīng)濟。為避免工程中出現(xiàn)超筋梁或少筋梁，規(guī)范對梁的最大和最小配筋率均作出了明確的規(guī)定。適筋梁與超筋梁的界限經(jīng)推導得最大配筋率公式，具體推導過程見課本。又最大配筋率公式可知，適筋梁的最大配筋率與鋼筋級別，混凝土的強度等級有關(guān)。適筋梁與少筋梁的界限 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小于02和0.45ft/fy中的較大值。除了配筋率外，理論上可以通過改變混凝土強度等級和鋼筋等級來解決超筋和少筋問題，可以通過提高混凝土等級來解決一部分超筋問題，盡量不通過提高鋼筋等級來解決少筋問題，若低強度混凝土中選用高強度鋼筋，則鋼筋應力沒有達到屈服強度時，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力可能破壞，拉區(qū)產(chǎn)生很大裂縫。實驗與理論分析對比單筋矩形截面梁的實際受力情況是相當復雜的，理論分析中使用了五個基本假定，使鋼筋混凝土梁趨于理想化，簡化計算過程和方法?；炯俣?：平面假定。鋼筋混凝土構(gòu)件受力以后，截面各點的混凝土和鋼筋縱向應變沿截面高度方向呈直線變化?；炯俣?：忽略中和軸一下混凝土的抗拉作用?；炯俣?：采用拋物線上升段和水平段的混凝土受壓應力應變關(guān)系曲線，但曲線方程隨著混凝土強度等級的不同而有所變化，壓應力達到峰值時的應變和幾下壓應變的取值隨混凝土強度等級不同而不同。對于正截面處于非均勻受壓時的混凝土，極限壓應變的最大取值不超過0.0033.基本假定4：把縱向受拉鋼筋的極限拉應變規(guī)定為0.01。實際上是給出了正截面達到承載力極限狀態(tài)的另一個標志。這個規(guī)定，對有屈服點的鋼筋，它相當于鋼筋應變進入了屈服臺階因變形太大而不適用于繼續(xù)承載；對沒有屈服點的鋼筋，則是限制它的強化程度。另一方面，這個規(guī)定也要求縱向受拉