结构设计原理教学PPT受弯构件正截面受力全过程和破坏形态(2).ppt

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1、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),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3.6 T形截面受弯构件,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

2、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,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,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,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

3、分为三个阶段。,第阶段:没有裂缝;第阶段:带裂缝工作;第阶段:裂缝急剧开展,纵向钢筋应力维持在屈服强度不变。,混凝土应力分布规律第阶段,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。,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阶段初期略有上升。受力特点:混凝土没有开裂;受压区混凝土的应

4、力图形是直线,受拉区混凝土的应力图形在第阶段前期是直线,后期是曲线;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。,混凝土应力分布规律第阶段,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,即由第阶段转入为第阶段工作。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,即进入第阶段末。,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阶段 第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

5、。受力特点: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;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;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。,混凝土应力分布规律第阶段,纵向受拉钢筋屈服后,正截面就进入第阶段工作。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cu,标志着截面已开始破坏。,3.2.1 受弯构件正截面受力全过程,

6、混凝土应力分布规律第阶段 第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: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;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;受压区边缘压应变达到其极限压应变实验值cu时,混凝土被压碎,截面破坏;弯矩-挠度关系为接近水平的曲线 作用:第阶段末(即a)可作为正截面受弯承载力计算的依据。,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.

7、2 受弯构件正截面受力全过程和破坏形态,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”,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,1)适筋破坏形态(minmax),3.2.2 受弯构件正截面破坏状态,受拉钢筋先屈服,受

8、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。,2)超筋破坏形态(max),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,3)少筋破坏形态(min),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。梁配筋率越小,Mu-Mcr的差值越大;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min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。,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:3-2,3-3,3-6,3.2 受弯构件正截面全过程和破坏形态,

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