3.受弯构件承载力计算.docVIP

1 、一般构造要求 受弯构件正截面承载力计算 ? ??1 、配筋率对构件破坏特征的影响及适筋受弯构件截面受力的几个阶段 受弯构件正截面破坏特征主要由纵向受拉钢筋的配筋率ρ大小确定。配筋率是指纵受受拉钢筋的截面面积与截面的有效面积之比。 （3－1） 式中 As——纵向受力钢筋的截面面积， ； b——截面的宽度，mm； ——截面的有效高度， ——受拉钢筋合力作用点到截面受拉边缘的距离。 根据梁纵向钢筋配筋率的不同，钢筋混凝土梁可分为适筋梁、超筋梁和少筋梁三种类型，不同类型梁的破坏特征不同。 (1)适筋梁 配置适量纵向受力钢筋的梁称为适筋梁。 适筋梁从开始加载到完全破坏，其应力变化经历了三个阶段，如图3.8。第I阶段（弹性工作阶段）：荷载很小时，混凝土的压应力及拉应力都很小，梁截面上各个纤维的应变也很小，其应力和应变几乎成直线关系，混凝土应力分布图形接近三角形，如图3.8（a）。当弯矩增大时，混凝土的拉应力、压应力和钢筋的拉应力也随之增大。由于混凝土抗拉强度较低，受拉区混凝土开始表现出明显的塑性性质，应变较应力增加快，故应力和应变不再是直线关系，应力分布呈曲线， 当弯距增加到开裂弯距 时，受拉边缘纤维的应变达到混凝土的极限拉应变 ，此时， 截面处于将裂未裂的极限状态，即第I阶段末，用Ia表示，如图3.13(b)所示。这时受压区塑性变形发展不明显，其应力图形仍接近三角形。Ia阶段的应力状态是抗裂验算的依据。 第阶段（带裂缝工作阶段）：当弯矩继续增加时，受拉区混凝土的拉应变超过其极其拉应变 ，受拉区 出现裂缝，截面即进入第阶段。裂缝出现后，在裂缝截面处，受拉区混凝土大部分退出工作，未开裂部分混凝土虽可继续承担部分拉力，但因靠近中和轴很近，故其作用甚小，拉力几乎全部由受拉钢筋承担，在裂缝出现的瞬间，钢筋应力突然增加很大。随着弯矩的不断增加，裂缝逐渐向上扩展，中和轴逐渐上移。由于受压区应变不断增大，受压区混凝土呈现出一定的塑性特征，应力图形呈曲线形，如图3.8?所示。第阶段的应力状态代表了受弯构件在使用时的应力状态，故本阶段的应力状态作为裂缝宽度和变形验算的依据。 当弯矩继续增加，钢筋应力不断增大，直至达到屈服强度 ，这时截面所能承担的弯矩称为屈服弯矩 。 它标志截面即将进入破坏阶段，即为第阶段极限状态，以a表示，如图3.8(d)所示。第阶段（破坏阶段）：弯矩继续增加，截面进入第阶段。这时受拉钢筋的应力保持屈服强度不变，钢筋的应变迅速增大，促使受拉区混凝土的裂缝迅速向上扩展，中和轴继续上移，受压区混凝土高度缩小，混凝土压应力迅速增大，受压区混凝土的塑性特征表现得更加充分，压应力呈显著曲线分布[图3.8(e)]。到本阶段末（即a阶段），受压边缘混凝土压应变达到极限应变，受压区混凝土产生近乎水平的裂缝，混凝土被压碎，甚至崩脱[图3.8(a)]，截面宣告破坏，此时截面所承担的弯矩即为破坏弯矩Mu，这时的应力状态作为构件承载力计算的依据[图3.8(f)]。 图 适筋梁工作的三个阶段 由上述可知，适筋梁的破坏始于受拉钢筋屈服，从受拉钢筋屈服到受压区混凝土被压碎 （即弯矩由 增大到 ），需要经历较长过程。 由于钢筋屈服后产生很大塑性变形，使裂缝急剧开展和挠度急剧增大，给人以明显的破坏预兆，这种破坏称为延性破坏。适筋梁的材料强度能得到充分发挥。见图3-9a (2)超筋梁 纵向受力钢筋配筋率大于最大配筋率的梁称为超筋梁。这种梁由于纵向钢筋配置过多，受压区混凝土在钢筋屈服前即达到极限压应变被压碎而破坏。破坏时钢筋的应力还未达到屈服强度，因而裂缝宽度均较小，且形不成一根开展宽度较大的主裂缝[图3.9(b)]，梁的挠度也较小。这种单纯因混凝土被压碎而引起的破坏，发生得非常突然，没有明显的预兆，属于脆性破坏。实际工程中不应采用超筋梁。 ? (3)少筋梁 配筋率小于最小配筋率的梁称为少筋梁。这种梁破坏时，裂缝往往集中出现一条，不但开展宽度大，而且沿梁高延伸较高。一旦出现裂缝，钢筋的应力就会迅速增大并超过屈服强度而进入强化阶段，甚至被拉断。在此过程中，裂缝迅速开展，构件严重向下挠曲，最后因裂缝过宽，变形过大而丧失承载力，甚至被折断[图3.9（c）]。这种破坏也是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏。实际工程中不应采用少筋梁。  ??2 、单筋矩形截面梁受弯构件正截面承载力计算 ????根据换算后的等效矩形应力图形，利用静力平衡条件，可得到单筋矩形构件正截面抗弯承载力的两个基本公式。 1. 两个基本公式 ?????? ? ???? 板的截面有效高度 。 ???? 图3-13 梁板有效高度的确定方法 2. 两个条件： ???? 1)为了避免出现少筋情况，必须控制截面配筋率，即最小配筋率 。