梁受弯性能试验研究

第4章梁受弯性能的试验研究p适筋梁正截面工作的三个阶段p适筋梁的截面应力分布p正截面受弯的破坏形态p适筋梁的配筋率范围内容提要试验目的：建立正截面承载力计算公式试验方法及测试内容试验结果分析●截面应力变化过程:钢筋应力、应变；混凝土应力、应变；●弯矩-挠度曲线●梁三个受力阶段的受力性能4.1试验测试及结果n试验方案弯矩图剪力图PP百分表百分表位移计l/3l/3l/3bhh0应变测点纯弯段•钢筋、混凝土应变•跨中挠度•梁端转角4.1试验测试及结果n试件的主要变化参数:配筋率的定义bhh00shAb配筋率：受拉钢筋面积与截面有效面积之比。截面有效面积：截面有效高度：受拉钢筋合力点距截面受压边缘的距离。0h0bh4.1试验测试及结果n三种破坏形态p素混凝土梁p少筋梁p适筋梁p超筋梁n三种破坏形态的比较fＭ少筋梁适筋梁适筋梁超筋梁n适筋梁的配筋率范围p最大配筋率rmaxp最小配筋率rminp适筋梁的配筋率prmax≤r≤rmin4.1试验测试及结果n试验曲线钢筋屈服混凝土开裂Mu/MuMy/MuMcr/Mu0.20.40.60.81.0010203040506070f/mmM/Mu跨中挠度Mu/MuMy/MuMcr/Mu00.20.40.60.81.0100200300400500ss/Ｎ/mm2M/Mu纵筋应力0.20.40.60.81.000.10.20.30.40.50.60.7j=xc/h0M/MuMu/MuMy/MuMcr/Mu中和轴位置M/Mu0.110.220.540.951.00xch00123432187659e/×10-3纵向应变4.1试验测试及结果三阶段截面应力及应变分布eteyeyeyecueyM1h0ssAsMcrssAsM2ssAsMyfyAsMyfyAsMcufyAsIIaIIIIaIIIIIIa4.2适筋梁正截面工作的三个阶段第Ⅰ阶段—开始加载→受拉边缘混凝土达到极限拉应变受压区混凝土处于弹性工作阶段，应力为三角形分布；第Ⅰ阶段末称为梁的开裂极限状态，以Ⅰa表示，特点是混凝土应变达到极限拉应变，受拉区混凝土应力为曲线分布（塑性状态）。钢筋处于弹性状态。工程意义：抗裂验算的依据ssAsMcrssAsM1et4.2适筋梁正截面工作的三个阶段■第Ⅱ阶段—裂缝出现→受拉钢筋屈服受压区混凝土出现塑性，应力为曲线分布；受拉区混凝土退出工作（中和轴附近还有一小部分混凝土承受拉力），拉力由钢筋承受；第Ⅱ阶段末称为梁的屈服状态，以Ⅱa表示，特点是受拉钢筋应力达到屈服强度；工程意义：变形和裂缝宽度验算的依据M2ssAsMyfyAs4.2适筋梁正截面工作的三个阶段第Ⅲ阶段—受拉钢筋屈服→受压边缘混凝土达极限压应变受压区混凝土应力图形为较丰满的曲线；前期应力峰值在边缘，后期应力峰值内移；第Ⅲ阶段末称为梁的承载能力极限状态，以Ⅲa表示，特点是受压区边缘混凝土达到其极限压应变。工程意义：承载能力极限状态计算的依据MyfyAsMcufyAs4.2适筋梁正截面工作的三个阶段适筋梁的破坏特征、破坏性质受拉区纵筋应力首先达到屈服强度，然后受压区混凝土被压坏。塑性破坏：梁破坏前有明显的塑性变形和裂缝预兆。材料利用情况：两种材料都得到了充分利用4.3超筋梁和少筋梁的破坏特征超筋梁的受弯性能破坏过程：从加载到第Ⅱ阶段，应力、应变的变化与适筋梁相同。继续加载，由于受拉钢筋量过多，钢筋应力达不到屈服，裂缝开展与向上延伸不明显，而受压区混凝土应力继续增大，最后梁因受压区混凝土被压坏而破坏（受拉钢筋仍未屈服）。破坏特征受压区混凝土被压坏，受拉钢筋应力达不到屈服强度破坏性质脆性破坏，无明显预兆材料利用情况钢筋强度未充分利用4.3超筋梁和少筋梁的破坏特征少筋梁的受弯性能破坏过程：从加载到Ⅰa阶段，应力、应变的变化与适筋梁相同。当荷载稍微增加一点，由于受拉钢筋量过少，钢筋应力很快达到屈服强度，甚至达到强化阶段，梁由于过度变形而达到承载力极限状态。破坏特征：瞬拉破坏（混凝土拉裂，钢筋拉断）破坏性质：脆性破坏（一裂即坏）材料利用情况：混凝土强度未充分利用，钢筋作用不大钢筋混凝土结构的一个重要特点受力性能与两种材料的强度和数量配比有关。设计时，通过控制配筋率来控制构件的受力性能。0/sAbh0/sAbh4.3超筋梁和少筋梁的破坏特征梁的破坏形态●适筋梁：配筋率适当，受拉区裂缝发展充分。●超筋梁：配筋率过大，受拉区裂缝发展不充分。●少筋梁：配筋率过小，裂缝贯通，断裂破坏。fＭ少筋梁适筋梁适筋梁超筋梁4.4适筋梁的截面应力分布n混凝土与钢筋的应力-应变曲线42e0sceccmaxecucu混凝土的应力-应变曲线42eyssesyf钢筋的理想应力-应变曲线4.4适筋梁的截面应力分布n梁各阶段的截面应变及对应的应力分布eteyeyeyecueyM1bhh0ssAsMcrssAsM2ssAsMyfyAsMyfyAsMcufyAsIIaIIIIaIIIIIIa4.4试验测试及结果n试验曲线钢筋屈服混凝土开裂Mu/MuMy/MuMcr/Mu0.20.40.60.81.0010203040506070f/mmM/Mu跨中挠度Mu/MuMy/MuMcr/Mu00.20.40.60.81.0100200300400500ss/Ｎ/mm2M/Mu纵筋应力0.20.40.60.81.000.10.20.30.40.50.60.7j=xc/h0M/MuMu/MuMy/MuMcr/Mu中和轴位置M/Mu0.110.220.540.951.00xch00123432187659e/×10-3纵向应变4.5钢筋混凝土梁的受力特点适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点Ⅲa阶段用于正截面受弯承载力计算Ⅱ阶段用于裂缝宽度及变形验算Ⅰa阶段用于抗裂验算s=fy20～30N/mm2sfy≤20～30N/mm2绝大部分退出工作大部分退出工作前期为直线，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；后期为有上升段和下降段的曲线，应力峰值不在受压区边缘而在边缘的内侧受压区高度减小，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直线接近水平的曲线曲线大致成直线钢筋屈服，裂缝宽，挠度大有裂缝，挠度还不明显没有裂缝，挠度很小破坏阶段带裂缝工作阶段未开裂阶段第Ⅲ阶段第Ⅱ阶段第Ⅰ阶段在设计计算中的作用受拉钢筋应力受拉区受压区混凝土应力图形弯矩-挠度关系外观特征习称受力阶段主要特点