钢筋混凝土受弯构件正截面的破坏机理

...wd......wd......wd...钢筋混凝土受弯构件正截面的破坏机理截面形式：梁、板常用矩形，T形，Ⅰ形，槽形等。下面以单筋矩形截面梁为例进展分析，其余截面形状梁可参考单筋矩形截面梁。单筋截面梁又分为适筋梁，超筋梁，少筋梁。适筋梁正截面受弯承载力的实验：一、实验装置二、实验梁三、弯矩-曲率图适筋梁正截面受弯的全过程划分为三个阶段——未裂阶段、裂缝阶段、破坏阶段。第一阶段：从加载开场至混凝土开裂瞬间，也叫整体工作阶段。荷载很小时，弯矩很小，各纤维应变也小，混凝土基本处于弹性阶段，截面变形符合平截面假设。〔垂直于杆件轴线的各平截面〔即杆的横截面〕在杆件受拉伸、压缩或纯弯曲而变形后仍然为平面，并且同变形后的杆件轴线垂直。根据这一假设，假设杆件受拉伸或压缩，则各横截面只作平行移动，而且每个横截面的移动可由一个移动量确定；假设杆件受纯弯曲,则各横截面只作转动,而且每个横截面的转动可由两个转角确定。利用杆件微段的平衡条件和应力-应变关系，即可求出上述移动量和转角，进而可求出杆内的应变和应力。如果杆上不仅有力矩，而且还有剪力，则横截面在变形后不再为平面。但对于细长杆，剪力引起的变形远小于弯曲变形，平截面假设近似可用。〕荷载-挠度曲线〔弯矩-曲率曲线〕基本接近直线。拉力由钢筋和混凝土共同承担，变形一样，钢筋应力很小。受拉受压区混凝土均处于弹性工作阶段，应力、应变分布均为三角形。继续加载，弯矩增大，应变也随之增大。混凝土受拉边缘出现塑性变形，受拉应力图呈曲线，中性轴上移。继续加载，受拉区边缘混凝土到达极限拉应变，即将开裂。第二阶段：从混凝土开裂到受拉钢筋应力到达屈服强度，又称带裂工作阶段。在弯矩作用下受拉区混凝土开裂，退出工作，开裂前混凝土承担的拉力转移到钢筋上，钢筋承担的应力突增，中性轴大幅度上移。随着荷载不断增大，裂缝越来越到，混凝土逐步退出工作，截面抗弯刚度降低，弯矩-曲率曲线有明显的转折。荷载继续增加，钢筋拉应力、挠度变形不断增大，裂缝宽度也不断开展，受压区混凝土面积不断减小，应力和应变不断增加，受压区混凝土弹塑性特性表现得越来越显著，受压区应力图形逐渐呈曲线分布。当钢筋应力到达屈服强度时，梁的受力性能将发生质变。正常工作的梁一般都处于第二阶段，该阶段的应力状态为正常使用阶段和裂缝宽度计算的依据。第三阶段：从受拉筋屈服至受压区混凝土被压碎，又称为破坏阶段。此时，挠度，截面曲率和钢筋应变曲线均出现明显的转折。对于适筋梁，钢筋应力到达屈服时，受压区混凝土一般尚未压坏。继续加载，钢筋继续变形但是应力不变，只是应变急剧增加，裂缝显著开展，中性轴上升，压区面积减小，从而使压区混凝土的应力应变迅速增大，混凝土受压的塑性特征表现的更充分，截面弯矩略有增加。继续加载，最终混凝土压应变到达极限，超过极限应变值，混凝土开场压坏，梁到达承载力极限。第三阶段荷载增加的少，但是钢筋拉应变和受压区混凝土压应变都开展很快，截面曲率和梁的挠度变形也迅速增大。第三阶段末为正截面承载能力极限状态的计算依据。以上实验为适筋破坏实验，除了适筋梁，还有少筋梁和超筋梁破坏。少筋梁破坏：受拉区配筋过少，当加载至开裂时，裂缝处截面拉力全部由钢筋承担，钢筋应力剧增，因为钢筋数量少，应力很快到达屈服，甚至迅速进入强化阶段，往往只出现一条裂缝并迅速上升，挠度增长很快，构件不再适用。破坏特点：瞬时受拉破坏。破坏前无征兆，属脆性破坏，破坏时压区混凝土的抗压强度未能充分利用。破坏强度接近于开裂荷载，承载力很低，其大小取决于混凝土的抗拉强度及截面大小。少筋梁既不经济也不安全，在工程中不允许使用。适筋梁破坏：受拉区配筋适中，当加载至开裂时，裂缝处截面钢筋应力增加，继续加载，裂缝挠度逐渐开展，钢筋应力到达屈服，随着钢筋塑形变形的开展，裂缝向上延伸，挠度剧增，最后压区混凝土边缘压应变到达受弯时的极限压应变而被压碎。破坏特点：破坏前裂缝和挠度都急剧开展，有明显的预兆，称为延性破坏或者塑性破坏，压坏时钢筋和混凝土的强度都得到充分利用。超筋梁破坏：受拉区配筋过多，破坏是由于压区混凝土边缘压应变到达极限压应变被压碎而引起的。此时钢筋应力还未到达屈服，裂缝和挠度没有充分开展。破坏特点：受压破坏。破坏前裂缝较密但不开展，挠度很小，没有明显预兆，属脆性破坏。破坏时钢筋强度没有充分利用。梁的承载力取决于混凝土的抗压强度。超筋梁在工程中一般也不采用。影响钢筋混凝土受弯构件破坏的因素：正截面破坏形式与配筋率、混凝土强度等级、截面形式等有关，影响最大的是配筋率。钢筋混凝土梁正截面可能出现适筋、超筋、少筋等三种不同性质的破坏。适筋破坏为塑性破坏，适筋梁钢筋和混凝土均能充分利用，既安全又经济，是受弯构件正截面承载力极限状态验算的依据。超筋破坏和少筋破坏均为脆性破坏，既不安全又不经济。为防止工程中出现超筋梁或少筋梁，标准对梁的最大和最小配筋率均作出了明确的规定。适筋梁与超筋梁的界限经推导得最大配筋率公式，具体推导过程见课本。又最大配筋率公式可知，适筋梁的最大配筋率与钢筋级别，混凝土的强度等级有关。适筋梁与少筋梁的界限受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件，其一侧纵向受拉钢筋的配筋率不应小于0．2％和0.45ft/fy中的较大值。除了配筋率外，理论上可以通过改变混凝土强度等级和钢筋等级来解决超筋和少筋问题，可以通过提高混凝土等级来解决一局部超筋问题，尽量不通过提高钢筋等级来解决少筋问题，假设低强度混凝土中选用高强度钢筋，则钢筋应力没有到达屈服强度时，钢筋与混凝土间的粘结力可能破坏，拉区产生很大裂缝。实验与理论分析比照单筋矩形截面梁的实际受力情况是相当复杂的，理论分析中使用了五个基本假定，使钢筋混凝土梁趋于理想化，简化计算过程和方法。基本假定1：平面假定。钢筋混凝土构件受力以后，截面各点的混凝土和钢筋纵向应变沿截面高度方向呈直线变化。基本假定2：忽略中和轴一下混凝土的抗拉作用。基本假定3：采用抛物线上升段和水平段的混凝土受压应力—应变关系曲线，但曲线方程随着混凝土强度等级的不同而有所变化，压应力到达峰值时的应变和几下压应变的取值随混凝土强度等级不同而不同。对于正截面处于非均匀受压时的混凝土，极限压应变的最大取值不超过0.0033.基本假定4：把纵向受拉钢筋的极限拉应变规定为0.01。实际上是给出了正截面到达承载力极限状态的另一个标志。这个规定，对有屈服点的钢筋，它相当于钢筋应变进入了屈服台阶因变形太大而不适用于继续承载；对没有