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少筋梁及少筋破坏: 当受弯构件的配筋过少(ρ<ρ min )时: ①裂缝就会急速开展到梁顶,构件迅速“一断 为二”,破坏过程非常急速,构件的承载能力 很低,破坏时只有一条主裂缝。 ②裂缝截面处的砼退出工作,原来由砼承担的拉 力全部转为钢筋承担,由于配筋很少,受拉钢筋 的应力会迅速增加到屈服强度甚至还可能被拉断。 受拉区砼 一旦开裂 这种破坏就称为少筋破坏,发生少筋破坏的梁就称为 少筋梁。 少筋破坏及少筋梁 破坏特征:“一裂即坏”,属于典型的“脆性破坏”。 显然,少筋梁的破坏是由于受拉区砼开裂引起的,因 此,少筋梁的承载力取决于砼的抗拉强度,砼的抗压强 度并没有得到充分利用。 从安全及经济的角度考虑,土木工程中绝不允许采用 少筋梁。
●适筋梁及适筋破坏: 当受弯构件的配筋适当( ρ min ≤ρ≤ρ max )时: 受拉区砼开裂后,原来由砼承担的拉力转给钢筋承担。 由于配筋不过少: ②由于配筋也不过多,构件破坏时,钢筋所能提供 的最大拉力≤受压区砼所能提供的最大压力。 因此,破坏时: 平均分配到 每根钢筋的 应力增量就 不会很大 ②裂缝发展较慢 ③同时,在加载过程中还 会陆续出现一些新的裂缝 不会 “一裂 即坏” ①开裂后钢筋不会马上屈服 这种破坏就称为适筋破坏,发生这种适筋破坏的梁就 称为适筋梁。 钢筋和混凝土 的强度都得到 充分利用。 然后,荷载稍增加,受压区混 凝土才被压碎 纵向受拉钢筋会首先屈服 破坏特征:破坏始自受拉钢筋的屈服,而后受压区混 凝土被压碎。属于延性破坏。 从安全及经济的角度考虑,土木工程中的受弯构件都 应设计为适筋受弯构件。 适筋破坏及适筋梁
●超筋梁及超筋破坏 当受弯构件的配筋过多( ρ>ρ max )时: ②由于配筋过多,破坏时,钢筋所能提供的最大拉 力>受压区砼所能提供的最大压力。这样,构件的破 坏: ①由于配筋过多,受拉区砼开裂后,原来由砼承担的 拉力转给钢筋承担,平均分配到每根钢筋的应力增量 很小,裂缝发展很慢,构件刚度几乎不降低,破坏时, 受拉区裂缝细而密,挠度很小,属于脆性破坏; 是由于受压区砼直接被压碎引 起的 钢筋的强度没有 得到充分利用 破坏时纵向受拉钢筋 没有屈服 超筋破坏及超筋梁 破坏特征:破坏始自受压区砼直接被压碎,纵向受拉 钢筋没有屈服,属于脆性破坏。 由于超筋梁的破坏具有脆性特征,钢材强度也没有充 分利用,因此,实际工程中也不允许采用。 三种梁破坏特征比较 少筋梁 适筋梁 超筋梁 在土木工程界有这样一种说法,“多用钢筋,少动脑 筋”。 这种说法正确吗? 适筋梁正截面受弯性能实验 (Test Research Analysis ) 适筋梁正截面受弯的三个阶段 在试验过程中,荷载由零开始直到梁正截面破坏。整个 过程可以分为如下三个阶段: ●第一阶段(未裂阶段,或弹性阶段):砼开裂前; ●第二阶段(带裂缝阶段):砼开裂后到钢筋屈服前; ●第三阶段(破坏阶段):钢筋开始屈服直到截面破坏 1、第I阶段-砼开裂前 II a 加载过程中弯矩-曲率关系 0.4 0.6 0.8 1.0 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 梁的荷载~曲率(挠度)曲线为直线。 荷载较小时, 梁截面内弯矩较小, 弹性梁相似: 钢筋砼梁的工作情况与匀质 第I阶段截面应力应变关系 其应变沿梁截面高度为直线变化, 应力与应变成正比,受拉区和受压区的应力分布图形均为三角形 随着荷载增大,梁截面的弯 矩和应变随之增大: ●而受压区应力图形 仍为直线。 ●受拉区砼首先表 现出塑性特征: 即受拉区应力图 形为曲线变化 由于砼 f t <f c 当荷载增大到受拉边缘砼 即将开裂时,为截面即将开 裂的临界状态(Ⅰ a )。此时, 受压区应力仍直线分布。 Ⅰ a 可作为受弯构件抗 裂度计算依据。Ⅰ a 钢筋 的应力约为20~30N/mm 2 此时的弯矩值称为 开裂弯矩M cr ●在开裂瞬间,纯弯段内抗拉能力最薄弱的某一截面首 先出现第一道垂直裂缝。 2、带裂缝工作阶段(Ⅱ阶段) 裂缝一旦出现,裂缝截面处的砼退出工作,这使得: ●随着荷载的增加: 同时,裂缝宽度不断开展,裂缝的 高度不断向上延伸,这使得: 裂缝截面处的中和轴位置不断上移, 弯矩与截面曲率或挠度成曲线关系。 截面曲率或挠度的增长速度加快。 梁的刚度降低,变形加快,荷载挠度曲线出现第一个 转折点。 0.4 0.6 0.8 1.0 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 弯段内每隔一定距离还会出现一 系列新的裂缝。 ●在该阶段,随着荷载增加, 由于裂缝不断开展地向上延伸, 受压区砼的压应变不断增大, 其塑性性质越来越明显,在该阶段 受压区砼的应力分布图形为曲线分布 M σ s A s e s e y 第Ⅱ阶段截面应力应变分布 随着荷载继续增加,当 钢筋应力达到屈服强度 时,梁的受力性能将发 生质的变化。 0.4 0.6 0.8 1.0 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 加载过程中弯矩-曲率关系 II a I I a阶段截面应力应变关系 M σ s =f y e s e y 此时的受力状态记为 Ⅱa状态,弯矩称为屈 服弯矩,记为M y ,此 后: 梁的受力将进入破坏 阶段(Ⅲ阶段) 弯矩与挠度或截面曲率 曲线出现明显的转折点 3、破坏阶段(Ⅲ阶段) Ⅲ阶段截面应力和应变分布 M e y f y ●钢筋屈服后,钢筋应力保 持为屈服强度不变,但钢筋 应变ε s 则急剧增大,裂缝显 著开展,中和轴迅速上移, 受压区高度x n 迅速减少。 0.4 0.6 0.8 1.0 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 加载过程中弯矩-曲率关系 II a ●由于受压区砼的总压力C与 钢筋的总拉力T应保持平衡, 即T=C,受压区高度x n 的减少 将使得砼的压应力就会迅速增 大,砼受压的塑性特征就更为 充分,表现为受压区砼的压应 力图形更加丰满。 ●在该阶段,钢筋的拉应变 和受压区砼的压应变都发展 很快,截面曲率φ和梁的挠 度f也迅速增大,弯矩与挠度 曲线变得非常平缓,这种现 象称为“截面屈服”。 Ⅲ阶段截面应力和应变分布 M e y f y 0.4 0.6 0.8 1.0 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 加载过程中弯矩-曲率关系 II a ●同时,受压区高度x n 的减少 使得钢筋拉力T与混凝土压力C 之间的力臂有所增大,因此, 钢筋屈服后,截面弯矩还可略 有增加。 M u e y Ⅲa 阶段截面应力和应变分布 f y e cu 0.4 0.6 0.8 1.0 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 加载过程中弯矩-曲率关系 II a 随着荷载的继续增 加,当弯矩增大到 受压边缘砼的压应 变达到砼的极限压 应变时,砼被压碎, 梁宣告破坏。此时 的弯矩称为极限弯 矩M u ,对应受力 状态为“III a ”。
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