受弯构件正截面受力全过程和破坏形态

青海大学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)青海大学结构设计原理3受弯构件正截面承载力计算重点：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3.6T形截面受弯构件青海大学结构设计原理第2章习题课问题解答1、概念结构上的作用——施加在结构上的集中力或分布力（直接作用，也称为荷载）和引起结构外加变形或约束变形的原因（间接作用）。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结构设计原理试验概况：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结构设计原理荷载-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Ⅰ阶段：没有裂缝；第Ⅱ阶段：带裂缝工作；第Ⅲ阶段：裂缝急剧开展，纵向钢筋应力维持在屈服强度不变。青海大学结构设计原理混凝土应力分布规律——第Ⅰ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——第Ⅰ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Ⅰ阶段初期略有上升。受力特点：①混凝土没有开裂；②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Ⅰ阶段前期是直线，后期是曲线；③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。青海大学结构设计原理混凝土应力分布规律——第Ⅱ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Ⅰ阶段转入为第Ⅱ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Ⅱ阶段末。青海大学结构设计原理3.2.1受弯构件正截面受力全过程混凝土应力分布规律——第Ⅱ阶段第Ⅱ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：①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；②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；③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：阶段Ⅱ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。青海大学结构设计原理混凝土应力分布规律——第Ⅲ阶段纵向受拉钢筋屈服后，正截面就进入第Ⅲ阶段工作。钢筋屈服，中和轴继续上移，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εcu，标志着截面已开始破坏。青海大学结构设计原理3.2.1受弯构件正截面受力全过程混凝土应力分布规律——第Ⅲ阶段第Ⅲ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：①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；②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；③受压区边缘压应变达到其极限压应变实验值εcu时，混凝土被压碎，截面破坏；④弯矩-挠度关系为接近水平的曲线作用：第Ⅲ阶段末(即Ⅲa)可作为正截面受弯承载力计算的依据。青海大学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：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结构设计原理1）适筋破坏形态（ρmin≤ρ≤ρmax）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。青海大学结构设计原理2）超筋破坏形态（ρ＞ρmax）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结构设计原理3）少筋破坏形态（ρρmin）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ρ越小，Mu-Mcr的差值越大；ρ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ρmin的理论值。在这种特定配筋情况下，梁一旦开裂钢筋应力立即达到屈服强度。青海大学结构设计原理青海大学结构设计原理通过了解受弯构件正截面全过程和破坏形态，明确钢筋混凝土梁的受力和变形规律，为下个章节的承载力计算的基本原则做铺垫。掌握：破坏形态分类及其特点作业：3-2，3-3，3-63.2受弯构件正截面全过程和破坏形态