第2章-梁的受彎性能的實驗研究、分析

1、第第2 2章章 梁的受彎性能的實驗研究、分析梁的受彎性能的實驗研究、分析概述概述 受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件承受承受M M、V V的構(gòu)件。的構(gòu)件。例梁、板例梁、板梁、板的截面形式梁、板的截面形式: : 梁：矩形、梁：矩形、T T形、倒形、倒L L形、十字形、工字形形、十字形、工字形 板：矩形、空心板、槽形板：矩形、空心板、槽形如何設(shè)計受彎構(gòu)件如何設(shè)計受彎構(gòu)件（特點：即受特點：即受M M又受又受V V）v在在M M作用下，跨中截面正應(yīng)力最大，發(fā)生正截面破作用下，跨中截面正應(yīng)力最大，發(fā)生正截面破壞，應(yīng)進行正截面承載力計算（壞，應(yīng)進行正截面承載力計算（配縱筋配縱筋）。）。v在在V V作用下，斜截面首先開裂，發(fā)

2、生斜截面破壞，作用下，斜截面首先開裂，發(fā)生斜截面破壞，應(yīng)進行斜截面承載力計算（應(yīng)進行斜截面承載力計算（配箍筋或彎起鋼筋配箍筋或彎起鋼筋）。）。架立鋼筋彎起鋼筋縱向鋼筋箍筋腰筋梁的鋼筋構(gòu)造梁的鋼筋構(gòu)造受彎構(gòu)件正截面受彎性能的試驗研究受彎構(gòu)件正截面受彎性能的試驗研究（承載力計算公式建立是依據(jù)試驗破壞形態(tài)得到的，通過試（承載力計算公式建立是依據(jù)試驗破壞形態(tài)得到的，通過試驗，分析其受力性能，破壞特征等）驗，分析其受力性能，破壞特征等）1 1受彎構(gòu)件正截面工作的三個階段受彎構(gòu)件正截面工作的三個階段 對承受對稱集中荷載的簡支梁作試驗，加載從零開始直至對承受對稱集中荷載的簡支梁作試驗，加載從零開始直至正截面

3、受彎破壞。只考慮純彎段（排除剪力影響）。正截面受彎破壞。只考慮純彎段（排除剪力影響）。 試驗中，獲取純彎段試驗中，獲取純彎段 關(guān)系曲線關(guān)系曲線 （貼應(yīng)變片）（貼應(yīng)變片） 獲取純彎段獲取純彎段 關(guān)系曲線關(guān)系曲線 （裝百分表）（裝百分表）M全過程分為三個階段全過程分為三個階段 1.彎矩彎矩曲率關(guān)系曲線曲率關(guān)系曲線 （兩個轉(zhuǎn)折點將曲線分為三段）（兩個轉(zhuǎn)折點將曲線分為三段）v第第I I階段階段彈性工作階段（未裂階段）彈性工作階段（未裂階段） 為一直線，尚未出現(xiàn)裂縫，變形很小，當(dāng)為一直線，尚未出現(xiàn)裂縫，變形很小，當(dāng) 時，時， 混凝土開裂混凝土開裂，C C點為第點為第I Ia a 階段。（階段。（第一轉(zhuǎn)折

4、點第一轉(zhuǎn)折點）v第第階段階段帶裂縫工作階段（彈塑性工作階段）帶裂縫工作階段（彈塑性工作階段） 為一曲線，偏向曲率為一曲線，偏向曲率 ，撓度增長大于彎矩增長，裂縫不，撓度增長大于彎矩增長，裂縫不斷出現(xiàn)與開展，斷出現(xiàn)與開展，y y點為點為a a 階段階段受拉鋼筋屈服受拉鋼筋屈服（第二轉(zhuǎn)折點）第二轉(zhuǎn)折點）v第第階段階段破壞階段破壞階段 曲線接近水平線，裂縫急劇開展，撓度急劇增大，直至破曲線接近水平線，裂縫急劇開展，撓度急劇增大，直至破壞（混凝土壓碎），壞（混凝土壓碎）， a a正截面破壞正截面破壞。00M00crMM02. 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線 第第I I階段階段彈性工作階段彈性工作階段

5、 應(yīng)力、應(yīng)變圖均為直線應(yīng)力、應(yīng)變圖均為直線說明混凝土處于彈性階段，應(yīng)力說明混凝土處于彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。與應(yīng)變成正比。 I Ia a拉區(qū)混凝土出現(xiàn)塑性特征拉區(qū)混凝土出現(xiàn)塑性特征 ，拉區(qū)應(yīng)力圖呈，拉區(qū)應(yīng)力圖呈曲線，曲線， 即將開裂狀態(tài)。即將開裂狀態(tài)。第第階段階段帶裂縫工作階段帶裂縫工作階段 裂縫處混凝土退出工作，受拉區(qū)拉力由鋼筋承受，中和軸裂縫處混凝土退出工作，受拉區(qū)拉力由鋼筋承受，中和軸不斷上升，壓區(qū)混凝土應(yīng)力呈曲線，塑性應(yīng)變增大。不斷上升，壓區(qū)混凝土應(yīng)力呈曲線，塑性應(yīng)變增大。 a a 受拉鋼筋屈服受拉鋼筋屈服第第階段階段破壞階段破壞階段 中和軸繼續(xù)上升，受壓區(qū)高度進一步減小，受壓區(qū)混

6、凝土中和軸繼續(xù)上升，受壓區(qū)高度進一步減小，受壓區(qū)混凝土應(yīng)變增大迅速，塑性特征更充分，壓應(yīng)力圖形更豐滿。應(yīng)變增大迅速，塑性特征更充分，壓應(yīng)力圖形更豐滿。 a a截面破壞。截面破壞。 0000cEtucrMM 00ysf三階段三階段應(yīng)變特點應(yīng)變特點： 隨荷載增加，應(yīng)變不斷增加，隨荷載增加，應(yīng)變不斷增加，但始終保持直線，符合平截面假定。但始終保持直線，符合平截面假定。3. 三階段與設(shè)計計算的聯(lián)系三階段與設(shè)計計算的聯(lián)系vI Ia a可以作為受彎構(gòu)件抗裂度的計算依據(jù)。可以作為受彎構(gòu)件抗裂度的計算依據(jù)。v可以作為使用階段驗算變形和裂縫開展可以作為使用階段驗算變形和裂縫開展寬度的依據(jù)。寬度的依據(jù)。va a可

7、以作為正截面受彎承載力計算的依據(jù)。可以作為正截面受彎承載力計算的依據(jù)。小結(jié)：小結(jié)：對 、 關(guān)系圖形作為一般了關(guān)系圖形作為一般了解，通過它們知道梁三個工作階段的特點，解，通過它們知道梁三個工作階段的特點，以及各階段應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系作為不同的計算以及各階段應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系作為不同的計算（驗算）用。（驗算）用。M二二. . 受彎構(gòu)件正截面的三種破壞形態(tài)受彎構(gòu)件正截面的三種破壞形態(tài)1.1.配筋率配筋率 （反映梁的截面內(nèi)所含鋼筋的多少）反映梁的截面內(nèi)所含鋼筋的多少）式中：式中： 縱向鋼筋總面積縱向鋼筋總面積 截面寬度截面寬度 截面截面有效高度有效高度。 注意：注意：配筋率配筋率 反映了鋼筋面積與混凝土有效面積的

8、比值，是一重要力學(xué)指標(biāo)反映了鋼筋面積與混凝土有效面積的比值，是一重要力學(xué)指標(biāo) 0bhAssAb0hsahh0hasbAsh02. 2. 破壞形態(tài)破壞形態(tài)v根據(jù)配筋率的不同，梁正截面破壞有三種根據(jù)配筋率的不同，梁正截面破壞有三種形式：形式： 適筋破壞、超筋破壞、少筋破壞適筋破壞、超筋破壞、少筋破壞（1）適筋梁破壞（配筋合適）適筋梁破壞（配筋合適 ） bmin現(xiàn)象現(xiàn)象：破壞始于受拉區(qū)鋼筋屈服，終于受壓區(qū)混破壞始于受拉區(qū)鋼筋屈服，終于受壓區(qū)混凝土被壓碎凝土被壓碎 （極限壓應(yīng)變）（極限壓應(yīng)變） 特點特點：塑性破壞，給人明顯的預(yù)兆（延性），材：塑性破壞，給人明顯的預(yù)兆（延性），材料充分利用。料充分利用。

9、 ccu（2 2）超筋梁破壞（配筋過多）超筋梁破壞（配筋過多 ）b現(xiàn)象現(xiàn)象：破壞始于受壓區(qū)混凝土被壓碎，受拉鋼筋未屈破壞始于受壓區(qū)混凝土被壓碎，受拉鋼筋未屈服。服。 特點特點：脆性破壞，無預(yù)兆：脆性破壞，無預(yù)兆，（裂縫不寬，撓度很?。芽p不寬，撓度很?。╀摻钗翠摻钗闯浞掷?。充分利用。 注意：設(shè)計中不允許出現(xiàn)超筋梁。注意：設(shè)計中不允許出現(xiàn)超筋梁。 （3 3）少筋梁破壞（配筋過少）少筋梁破壞（配筋過少 ）min現(xiàn)象現(xiàn)象：一旦開裂，鋼筋迅速達屈服強度，進入強化階一旦開裂，鋼筋迅速達屈服強度，進入強化階段，受壓區(qū)混凝土遠(yuǎn)未達到段，受壓區(qū)混凝土遠(yuǎn)未達到 （類似于素混凝土梁，（類似于素混凝土梁，裂縫集

10、中一條，寬度大）裂縫集中一條，寬度大） 特點特點： 脆性破壞，無預(yù)兆，壓區(qū)混凝土的強度未充分脆性破壞，無預(yù)兆，壓區(qū)混凝土的強度未充分發(fā)揮，承載力太低發(fā)揮，承載力太低 。 注意：設(shè)計中不允許出現(xiàn)少筋梁。注意：設(shè)計中不允許出現(xiàn)少筋梁。 cucrMM小貼士：小貼士： 梁正截面工作的三個階段，只有適筋梁才出現(xiàn)。梁正截面工作的三個階段，只有適筋梁才出現(xiàn)。 正截面承載力計算公式是在適筋梁破壞條件下建正截面承載力計算公式是在適筋梁破壞條件下建立的，通過限制配筋率立的，通過限制配筋率 ，將其限，將其限制在適筋梁范圍內(nèi)。制在適筋梁范圍內(nèi)。bmin4.2.1 4.2.1 受彎構(gòu)件正截面受彎的受力過程受彎構(gòu)件正截面

11、受彎的受力過程habAsh0 xncsfhabAsh0 xncsfxncsfMAshabh0habAsh0 xncsfMcrMfta ahabAsh0 xncsfMyfybhaAsh0cxnsfMfyhabAsh0 xncsfMufa aa a受力階段主要特點第階段第階段第階段習(xí) 稱 未裂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

12、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s2030kN/mm2 2030kN/mm2sfy0sfy0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a階段用于正截面受彎承載力計算適筋梁正截面受彎三個受力階段的主要特點 正截面受彎承載力計算原理正截面受彎承載力計算原理一一. 基本假定（基本假定（四個四個）1. 截面應(yīng)變保持平面（截面應(yīng)變保持平面（平截面假定平截面假定）2. 不考慮混凝土的抗拉強度（不考慮混凝土的抗拉強度（全部拉力由鋼全部拉力由鋼 筋承受）筋承受）上升段：01 (1) ncccf0水平段：ccfu03. 3. 混凝土受壓的應(yīng)力混凝土受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線為應(yīng)變關(guān)系曲線為55010)50(0033.010)50(5.0002.0)50(6012cuucucufffn規(guī)范混凝土應(yīng)力