第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算_精品.doc

第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算 §3-1 概 述 受弯构件是指截面上通常有弯矩和剪力共同作用而轴力可以忽略不计的构件。工程中广泛应用的梁、板大都属于受弯构件受弯构件在荷载作用下，因此对受弯构件进行承载力极限状态计算时，对受弯构件进行正截面受弯承载力计算对受弯构件进行斜截面承载力计算。最常见的单筋矩形截面、双筋矩形截面和单筋T形截面同时介绍钢筋混凝土梁、板中与正截面承载力有关的部分构造要求。 图3-1 钢筋混凝土构件结构设计内容 图3-2 钢筋在梁、板中的结构形式 （a）钢筋骨架 （b）钢筋网片 § 受弯构件试验结果分析 在中已给出结构构件承载能力极限状态设计表达式，而一般工业与民用建筑（即安全等级为二级）的结构构件取结构重要性系数，这样对于钢筋混凝土受弯构件正截面受弯承载力计算，表达式就具体化为： 式中——由于外荷载在受弯构件正截面上产生的弯矩设计值（荷载效应）； 构件截面的破坏弯矩受承载力（抗力）。 如何确定正截面的受弯承载力，即破坏弯矩，是正截面承载力计算中所要讨论的关键问题。由于钢筋混凝土受弯构件的受力性能不同于质弹性体受弯构件。在这种情况下，为了确定的计算原则，就需要通过试验来掌握钢筋混凝土梁在荷载作用下的截面应力应变分规律和破坏特征。、钢筋级别、混凝土强度等级、截面几何特征等很多因素有关，其中以配筋率对构件破坏特征的影响最为明显。 配筋率是指受拉钢筋截面面积与梁截面有效面积之比（见图3-），即 （3-2） 式中——受拉钢筋截面面积；——梁截面宽度——梁截面高度；——梁截面有效高度，——纵向受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离，其中为混凝土保护层厚度，为纵向受拉钢筋直径；如布置双排钢筋，，其中为自受拉区边缘第一排纵向受拉钢筋的直径，为两排钢筋间净距。 试验表明，当梁的配筋率超过或低于正常配筋率范围时，梁正截面的受力性能和破坏特将发生显著变化。因此，随着配筋率的不同，钢筋混凝土梁可能出现下面三种不同的破坏形式： 少筋破坏 配筋率裂缝截面的钢筋拉应力突然剧增超过屈服强度进入强化阶段，此时钢筋塑性伸长已很大，裂缝开展过宽，梁将严重下垂，即使受压区混凝土暂未压碎，但过大的变形及裂缝已经不适于继续承载，从而标志着梁的破坏（图3-（））。破坏一般是在梁出现第一条裂缝后突然发生，所以属脆性破环。 适筋破坏 首先受拉钢筋屈服，维持应力不变而发生显著的塑性变形，直到受压区边缘的应变达到混凝土受弯的极限压应变，受压区混凝土被压碎，截面即告破坏，（图3-（））属延性破坏。 超筋破坏 试验表明，由于钢筋配置过多，抗拉能力过强，当荷载加到一定程度后，在钢筋的应力尚未达到屈服强度之前，受压区混凝土先被压碎，致使构件破坏（图3-（））。由于在破坏前钢筋尚未屈服而仍处于弹性工作阶段，其伸较小，因此梁缝较细，挠度较小，破坏突然，其破坏类型属脆性破坏。 由此可见，当截面配筋率变化到一定程度时，将引起破坏性质的改变力量均衡时，破坏始于受拉钢筋屈服，然后受压区混凝土被压坏，宣告构件破坏。少筋破坏和超筋破坏都具有脆性破坏性质，破坏前无明显征兆，破坏时将造成严重后果，材料的强度也未得到充分利用，因此应避免将受弯构件设计成少筋和超筋构件，只允许设计成适筋构件。在后面的内容中，1、试验布置 为了研究受弯构件正截面的受弯性能，常采用图3-所示的试验方案，即在一根支梁上对称施加两个集中荷载P。梁自重的，在两个集中荷载之间的CD区段内梁的剪力为零，弯矩为一常量，即我们称CD区段为纯弯段。采用这种荷载布置方案是为了在研究受弯性能时排除剪力的干扰。 在纯弯区段两侧布置测点，用应变仪量测沿截面高度混凝土各纤维层的平均应变，在梁中的钢筋表面用电阻应变片量测钢筋应变；同时，在梁底设测量梁的挠度。试验常采用分级加载，每级加载后观察梁的裂缝出现和发展情况，读测应变和挠度值，直到梁破坏为止。图3-5 梁的受弯试验示意图 2、受力过程 通过试验，我们可以观察梁整个受力过程变形发展情况，测定正截面的应变分布，并在此基础上分析确定截面的应力分布规律，用以作为建立计算公式的依据。 大量试验研究表明，当配筋量适当时，钢筋混凝土梁从开始加荷直至破坏，其正截面的受力过程可以分为如下三个阶段（参见图3-）图36 钢筋混凝土梁各受力阶段截面应力、应变分布 （a）应变分布 （b）应力分布第Ⅰ阶段当荷载很小梁内尚未出现裂缝时，正截面的受力过程处于第Ⅰ阶段。此时，截面受压区的压力由