结构设计原理教学PPT受弯构件正截面受力全过程和破坏形态

1、青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 结构设计原理结构设计原理 张 萌 洁 青海大学 土木工程学院 教授班级：交通2011(1、2) 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 3 受弯构件正截面承载力计算 重点：重点： 3.1 受弯构件的截面形式与构造 3.2 受弯构件正截面受力全过程和破坏形态 3.3 受弯构件正截面承载力计算原则 3.4 单筋矩形截面受弯构件 3.5 双筋矩形截面受弯构件 3.6 t形截面受弯构件 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 第2章 习题课问题解答 1、概念、概念 结构上的作用结构上的作用施加在结构上的集中力或分布力（直接 作用，也称为荷载）和引起结

2、构外加变形或约束变形的原 因（间接作用）。 作用效应作用效应由于直接作用或间接作用作用于结构构件上 ，在结构内产生的内力和变形(如轴力、弯矩、剪力、扭矩 、挠度、转角和裂缝等)。 结构抗力结构抗力结构或结构构件承受内力和变形的能力(如构 件的承载能力、刚度等)。 2、弯矩和剪力的单位 3、作用效应系数确定 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 通过一个钢筋混凝土简支梁的试验，对其在荷载作用 下正截面受力和变形的变化规律进行分析和研究。 重点： 3.2.1 受弯构件正截面受力全过程 3.2.2 受弯构件破坏形态 3.2 受弯构件正截面受力全过程和破坏形态 青海大学青海大学 结构设计原理结构

3、设计原理 试验概况：试验概况：加荷方式为两点对称、逐级加荷。这样，在两 个对称集中荷载间的区段，如果忽略梁自重的影响，则该 段剪力为零，弯矩为常数，称为“纯弯段”。 试验简图 弯矩图 剪力图 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 荷载荷载-挠度曲线挠度曲线 由试验测得数据绘制荷载-挠度曲线，以弯矩为纵轴， 以跨中挠度为横轴。荷载-挠度曲线上有两个明显转折点， 以此将梁的受力和变形全过程分为三个阶段。 第阶段：没有裂缝； 第阶段：带裂缝工作； 第阶段：裂缝急剧开展， 纵向钢筋应力维持在屈服 强度不变。 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 混凝土应力分布规律混凝土应力分布规律第第阶段

4、阶段 刚开始加载，由于弯矩很小，混凝土基本处于弹性工作阶段，应 力与应变成正比，受压区和受拉区混凝土应力分布图形为三角形 在弯矩增加到mcr时，受压区基本上处于弹性工作阶段，受压区 应力图形接近三角形；而受拉区应力图形则呈曲线分布，受拉区 边缘应变值即将到达混凝土的极限拉应变值，截面遂处于即将开 裂状态。 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 3.2.1 受弯构件正截面受力全过程 混凝土应力分布规律混凝土应力分布规律第第阶段阶段 由于受拉区混凝土塑性的发展， 阶段时中和轴的位置比 第阶段初期略有上升。 受力特点： 混凝土没有开裂；受压区混凝土的应力图 形是直线，受拉区混凝土的应力图形在第

5、阶段前期是直 线，后期是曲线；弯矩与挠度基本上是直线关系。 作用：阶段可作为受弯构件抗裂度的计算依据。 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 混凝土应力分布规律混凝土应力分布规律第第阶段阶段 达到mcr时，在纯弯段抗拉能力最薄弱的某一截面处，将首先出 现第一条裂缝，即由第阶段转入为第阶段工作。 裂缝出现时梁的挠度和截面曲率都突然增大，中和轴位置随之上 移，受拉区的拉力主要由钢筋承担。之后主裂缝越来越宽，受压 区应力图形呈曲线变化。当弯矩继续增大到受拉钢筋应力即将到 达屈服强度my时，即进入第阶段末。 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 3.2.1 受弯构件正截面受力全过程 混凝土

6、应力分布规律混凝土应力分布规律第第阶段阶段 第阶段是截面混凝土裂缝发生、开展的阶段，在此 阶段中梁是带裂缝工作的。 受力特点：受力特点：在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土退 出工作，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服 ；受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形 为只有上升段的曲线；弯矩与挠度是曲线关系，截面曲 率与挠度的增长加快了。 作用：作用：阶段相当于梁使用时的应力状态，可作为使 用阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据。 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 混凝土应力分布规律混凝土应力分布规律第第阶段阶段 纵向受拉钢筋屈服后，正截面就进入第阶段工作。 钢筋屈服，中和轴继续上

7、移，受压区高度进一步减小，受压 区压应力图形更趋丰满。弯矩再增大直至极限弯矩实验值mu， 此时，边缘纤维压应变到达（或接近）混凝土的极限压应变实验 值cu，标志着截面已开始破坏。 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 3.2.1 受弯构件正截面受力全过程 混凝土应力分布规律混凝土应力分布规律第第阶段阶段 第阶段是截面的破坏阶段，始于纵向受拉钢筋屈服 ，终于受压区混凝土压碎。 受力特点：受力特点：纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值； 裂缝处，受拉区大部分混凝土已退出工作，受压区混凝土 压应力曲线图形比较丰满；由于受压区混凝土合压力作 用点上移使内力臂增大，故弯矩略有增加；受压区边缘 压应变达

8、到其极限压应变实验值cu时，混凝土被压碎，截 面破坏；弯矩-挠度关系为接近水平的曲线 作用：作用：第阶段末(即a )可作为正截面受弯承载力计 算的依据。 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 通过一个钢筋混凝土简支梁的试验，对其在荷载作用 下正截面受力和变形的变化规律进行分析和研究。 重点： 3.2.1 受弯构件正截面受力全过程 3.2.2 受弯构件破坏形态 3.2 受弯构件正截面受力全过程和破坏形态 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 3.2.2 受弯构件正截面破坏状态 两种破坏性质：两种破坏性质： 延性破坏和脆性破坏 对于配筋合适的rc梁，破 坏阶段（iii）承载力基本 保持

9、不变，变形可以持续 很长，表明在完全破坏以 前具有很好的变形能力， 有明显的预兆，这种破坏 称为“延性破坏” 无明显变形或其它征兆的 称为“脆性破坏” 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 随着钢筋和混凝土的配比变化，将对其受力性能和破坏 形态有很大影响，依钢筋混凝土梁受弯构件的配筋情况及 破坏性分为： 1、适筋破坏 适筋梁 2、超筋破坏 超筋梁 3、少筋破坏 少筋梁 3.2.2 受弯构件正截面破坏状态 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 1） 适筋破坏形态（minmax） 3.2.2 受弯构件正截面破坏状态 受拉钢筋先屈服，受压区混凝土后压坏，破坏前 有明显预兆由于钢筋要经历较

10、大的塑性变形， 随之引起裂缝急剧开展和梁挠度的激增，为“塑性 破坏”。 破坏前可吸收较大的应变能。破坏始自受拉区钢 筋的屈服，属于延性破坏类型。 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 2） 超筋破坏形态（max） 3.2.2 受弯构件正截面破坏状态 超筋梁破坏始自混凝土受压区先压碎，即纵向受 拉钢筋没有达到屈服，压区混凝土就压坏，表现为 没有明显预兆的受压脆性破坏的特征。 超筋梁虽配置过多的受拉钢筋，但梁破坏时其应 力低于屈服强度，不能充分发挥作用，造成钢材浪 费。不仅不经济，且破坏前没有预兆，故设计中不 允许采用超筋梁 青海大学青海大学 结构设计原理结构设计原理 3） 少筋破坏形态（min） 3.2.2 受弯构件正截面破坏状态 少筋梁破坏是受拉区混凝土一裂就坏。破坏始自受拉区混 凝土拉裂，梁破坏时的极限弯矩mu小于开裂弯矩mcr。 梁配筋率越小，mu-mcr的差值越大；越大（但仍在少筋 梁范围内），mu-mcr的差值越小。mu-mcr =0时，从原则上讲， 它就是少筋梁与适筋梁的界限。这时的配筋率就是适筋破最 小配筋率min的理论值。在这种特定配筋情况下，梁一旦开裂 钢筋应力