第2章-梁的受弯性能的实验研究、分析

1、第第2 2章章 梁的受弯性能的实验研究、分析梁的受弯性能的实验研究、分析概述概述 受弯构件受弯构件承受承受M M、V V的构件。的构件。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、槽形如何设计受弯构件如何设计受弯构件（特点：即受特点：即受M M又受又受V V）v在在M M作用下，跨中截面正应力最大，发生正截面破作用下，跨中截面正应力最大，发生正截面破坏，应进行正截面承载力计算（坏，应进行正截面承载力计算（配纵筋配纵筋）。）。v在在V V作用下，斜截面首先开裂，发

2、生斜截面破坏，作用下，斜截面首先开裂，发生斜截面破坏，应进行斜截面承载力计算（应进行斜截面承载力计算（配箍筋或弯起钢筋配箍筋或弯起钢筋）。）。架立钢筋弯起钢筋纵向钢筋箍筋腰筋梁的钢筋构造梁的钢筋构造受弯构件正截面受弯性能的试验研究受弯构件正截面受弯性能的试验研究（承载力计算公式建立是依据试验破坏形态得到的，通过试（承载力计算公式建立是依据试验破坏形态得到的，通过试验，分析其受力性能，破坏特征等）验，分析其受力性能，破坏特征等）1 1受弯构件正截面工作的三个阶段受弯构件正截面工作的三个阶段 对承受对称集中荷载的简支梁作试验，加载从零开始直至对承受对称集中荷载的简支梁作试验，加载从零开始直至正截面

3、受弯破坏。只考虑纯弯段（排除剪力影响）。正截面受弯破坏。只考虑纯弯段（排除剪力影响）。 试验中，获取纯弯段试验中，获取纯弯段 关系曲线关系曲线 （贴应变片）（贴应变片） 获取纯弯段获取纯弯段 关系曲线关系曲线 （装百分表）（装百分表）M全过程分为三个阶段全过程分为三个阶段 1.弯矩弯矩曲率关系曲线曲率关系曲线 （两个转折点将曲线分为三段）（两个转折点将曲线分为三段）v第第I I阶段阶段弹性工作阶段（未裂阶段）弹性工作阶段（未裂阶段） 为一直线，尚未出现裂缝，变形很小，当为一直线，尚未出现裂缝，变形很小，当 时，时， 混凝土开裂混凝土开裂，C C点为第点为第I Ia a 阶段。（阶段。（第一转折

4、点第一转折点）v第第阶段阶段带裂缝工作阶段（弹塑性工作阶段）带裂缝工作阶段（弹塑性工作阶段） 为一曲线，偏向曲率为一曲线，偏向曲率 ，挠度增长大于弯矩增长，裂缝不，挠度增长大于弯矩增长，裂缝不断出现与开展，断出现与开展，y y点为点为a a 阶段阶段受拉钢筋屈服受拉钢筋屈服（第二转折点）第二转折点）v第第阶段阶段破坏阶段破坏阶段 曲线接近水平线，裂缝急剧开展，挠度急剧增大，直至破曲线接近水平线，裂缝急剧开展，挠度急剧增大，直至破坏（混凝土压碎），坏（混凝土压碎）， a a正截面破坏正截面破坏。00M00crMM02. 应力应变关系曲线应力应变关系曲线 第第I I阶段阶段弹性工作阶段弹性工作阶段

5、 应力、应变图均为直线应力、应变图均为直线说明混凝土处于弹性阶段，应力说明混凝土处于弹性阶段，应力与应变成正比。与应变成正比。 I Ia a拉区混凝土出现塑性特征拉区混凝土出现塑性特征 ，拉区应力图呈，拉区应力图呈曲线，曲线， 即将开裂状态。即将开裂状态。第第阶段阶段带裂缝工作阶段带裂缝工作阶段 裂缝处混凝土退出工作，受拉区拉力由钢筋承受，中和轴裂缝处混凝土退出工作，受拉区拉力由钢筋承受，中和轴不断上升，压区混凝土应力呈曲线，塑性应变增大。不断上升，压区混凝土应力呈曲线，塑性应变增大。 a a 受拉钢筋屈服受拉钢筋屈服第第阶段阶段破坏阶段破坏阶段 中和轴继续上升，受压区高度进一步减小，受压区混

6、凝土中和轴继续上升，受压区高度进一步减小，受压区混凝土应变增大迅速，塑性特征更充分，压应力图形更丰满。应变增大迅速，塑性特征更充分，压应力图形更丰满。 a a截面破坏。截面破坏。 0000cEtucrMM 00ysf三阶段三阶段应变特点应变特点： 随荷载增加，应变不断增加，随荷载增加，应变不断增加，但始终保持直线，符合平截面假定。但始终保持直线，符合平截面假定。3. 三阶段与设计计算的联系三阶段与设计计算的联系vI Ia a可以作为受弯构件抗裂度的计算依据。可以作为受弯构件抗裂度的计算依据。v可以作为使用阶段验算变形和裂缝开展可以作为使用阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据。宽度的依据。va a可

7、以作为正截面受弯承载力计算的依据。可以作为正截面受弯承载力计算的依据。小结：小结：对 、 关系图形作为一般了关系图形作为一般了解，通过它们知道梁三个工作阶段的特点，解，通过它们知道梁三个工作阶段的特点，以及各阶段应力应变关系作为不同的计算以及各阶段应力应变关系作为不同的计算（验算）用。（验算）用。M二二. . 受弯构件正截面的三种破坏形态受弯构件正截面的三种破坏形态1.1.配筋率配筋率 （反映梁的截面内所含钢筋的多少）反映梁的截面内所含钢筋的多少）式中：式中： 纵向钢筋总面积纵向钢筋总面积 截面宽度截面宽度 截面截面有效高度有效高度。 注意：注意：配筋率配筋率 反映了钢筋面积与混凝土有效面积的

8、比值，是一重要力学指标反映了钢筋面积与混凝土有效面积的比值，是一重要力学指标 0bhAssAb0hsahh0hasbAsh02. 2. 破坏形态破坏形态v根据配筋率的不同，梁正截面破坏有三种根据配筋率的不同，梁正截面破坏有三种形式：形式： 适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏（1）适筋梁破坏（配筋合适）适筋梁破坏（配筋合适 ） bmin现象现象：破坏始于受拉区钢筋屈服，终于受压区混破坏始于受拉区钢筋屈服，终于受压区混凝土被压碎凝土被压碎 （极限压应变）（极限压应变） 特点特点：塑性破坏，给人明显的预兆（延性），材：塑性破坏，给人明显的预兆（延性），材料充分利用。料充分利用。

9、 ccu（2 2）超筋梁破坏（配筋过多）超筋梁破坏（配筋过多 ）b现象现象：破坏始于受压区混凝土被压碎，受拉钢筋未屈破坏始于受压区混凝土被压碎，受拉钢筋未屈服。服。 特点特点：脆性破坏，无预兆：脆性破坏，无预兆，（裂缝不宽，挠度很小）（裂缝不宽，挠度很小）钢筋未钢筋未充分利用。充分利用。 注意：设计中不允许出现超筋梁。注意：设计中不允许出现超筋梁。 （3 3）少筋梁破坏（配筋过少）少筋梁破坏（配筋过少 ）min现象现象：一旦开裂，钢筋迅速达屈服强度，进入强化阶一旦开裂，钢筋迅速达屈服强度，进入强化阶段，受压区混凝土远未达到段，受压区混凝土远未达到 （类似于素混凝土梁，（类似于素混凝土梁，裂缝集

10、中一条，宽度大）裂缝集中一条，宽度大） 特点特点： 脆性破坏，无预兆，压区混凝土的强度未充分脆性破坏，无预兆，压区混凝土的强度未充分发挥，承载力太低发挥，承载力太低 。 注意：设计中不允许出现少筋梁。注意：设计中不允许出现少筋梁。 cucrMM小贴士：小贴士： 梁正截面工作的三个阶段，只有适筋梁才出现。梁正截面工作的三个阶段，只有适筋梁才出现。 正截面承载力计算公式是在适筋梁破坏条件下建正截面承载力计算公式是在适筋梁破坏条件下建立的，通过限制配筋率立的，通过限制配筋率 ，将其限，将其限制在适筋梁范围内。制在适筋梁范围内。bmin4.2.1 4.2.1 受弯构件正截面受弯的受力过程受弯构件正截面

11、受弯的受力过程habAsh0 xncsfhabAsh0 xncsfxncsfMAshabh0habAsh0 xncsfMcrMfta ahabAsh0 xncsfMyfybhaAsh0cxnsfMfyhabAsh0 xncsfMufa aa a受力阶段主要特点第阶段第阶段第阶段习 称 未裂阶段带裂缝工作阶段 破坏阶段外观特征没有裂缝，挠度很小有裂缝，挠度还不明显钢筋屈服，裂缝宽，挠度大弯矩截面曲率大致成直线 曲线接近水平的曲线 混凝土应力图形受压区直线受压区高度减小，混凝土压应力图形为上升段的曲线，应力峰值在受压区边缘受压区高度进一步减小，混凝土压应力图形为较丰满的曲线；后期为有上升段与下降段

12、的曲线，应力峰值不在受压区边缘而在边缘的内侧受拉区前期为直线，后期为有上升段的曲线，应力峰值不在受拉区边缘大部分退出工作绝大部分退出工作纵向受拉钢筋应力s2030kN/mm2 2030kN/mm2sfy0sfy0与设计计算的联系Ia阶段用于抗裂验算用于裂缝宽度及变形验算a阶段用于正截面受弯承载力计算适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点 正截面受弯承载力计算原理正截面受弯承载力计算原理一一. 基本假定（基本假定（四个四个）1. 截面应变保持平面（截面应变保持平面（平截面假定平截面假定）2. 不考虑混凝土的抗拉强度（不考虑混凝土的抗拉强度（全部拉力由钢全部拉力由钢 筋承受）筋承受）上升段：01 (1) ncccf0水平段：ccfu03. 3. 混凝土受压的应力混凝土受压的应力应变关系曲线为应变关系曲线为55010)50(0033.010)50(5.0002.0)50(6012cuucucufffn规范混凝土应力