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1、第四部分第四部分: :构件的受力性能及破坏形态构件的受力性能及破坏形态1、受弯构件正截面的受力性能 及破坏形态2、受弯构件斜截面的破坏形态3、受压构件的破坏形态4、受拉构件的破坏形态5、受扭构件的破坏形态梁的受弯性能梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam)habAsh0xnecesf梁的受弯性能梁的受弯性能(Flexural Behavior of RC Beam)habAsh0xnecesf对于配筋合适的对于配筋合适的RC梁，破坏阶段（梁，破坏阶段（III）承载力基本保持不变，）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，变形可
2、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，这种破坏称为有明显的预兆，这种破坏称为“延性破坏延性破坏”a状态：计算状态：计算Mcr的依据的依据a状态：计算状态：计算Mcr的依据的依据阶段：计算裂缝、刚度的依据阶段：计算裂缝、刚度的依据a状态：计算状态：计算Mcr的依据（的依据（gist）阶段：计算裂缝、刚度的依据阶段：计算裂缝、刚度的依据a状态：计算状态：计算My的依据的依据a状态：计算状态：计算Mu的依据的依据a状态：计算状态：计算Mcr的依据的依据阶段：计算裂缝、刚度的依据阶段：计算裂缝、刚度的依据a状态：计算状态：计算My的依据的依据e ecu=0.003 0.005
3、，超过该，超过该应变值，压区混凝土即开应变值，压区混凝土即开始压坏，梁达到极限承载始压坏，梁达到极限承载力。力。该应变值的计算极限该应变值的计算极限弯矩弯矩Mu的标志。的标志。受力特点：（适筋梁）（适筋梁）破坏特征破坏特征：Failure Mode 受受拉拉钢钢筋筋先先屈屈服服，然然后后受受压压区区混混凝凝土土压压坏坏，中中间间有有一一个个较较长长的的破破坏坏过过程程，有有 明明 显显 预预 兆兆 ， “塑塑 性性 破破 坏坏 Ductile Failure”，破坏前可吸收较大的应变能。，破坏前可吸收较大的应变能。配筋率的影响配筋率的影响 钢筋混凝土构件是由钢筋和混凝土两种材料，钢筋混凝土构件
4、是由钢筋和混凝土两种材料，随着它们的配比变化，将对其受力性能和破坏形态随着它们的配比变化，将对其受力性能和破坏形态有很大影响。有很大影响。配筋率配筋率h0haAsb配筋率配筋率r r 增大增大屈服弯矩屈服弯矩My增大增大CT= fyAsxnecMyMu， e ece ecu的过程缩短的过程缩短第第阶段的变形能力减小阶段的变形能力减小当当r r = r rb时，时，My=Mu“a状态状态”与与“a状态状态”重合重合钢筋屈服与压区混凝土的压坏钢筋屈服与压区混凝土的压坏同同时达到时达到(Balance)，无第无第阶段阶段，梁在梁在My后基本没有变形能力。后基本没有变形能力。界限破坏界限破坏 Bala
5、nced Failure界限弯矩界限弯矩Mb Balanced moment界限配筋率界限配筋率r rb Balanced Reinforcement RatioMyMu0 fMMuMyMy= Mu如果如果r r r r b，则在钢筋，则在钢筋没有达到屈服前，压区没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏，表现混凝土就会压坏，表现为没有明显预兆的混凝为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。土受压脆性破坏的特征。这种梁称为这种梁称为“超筋梁超筋梁(Over reinforced) ”。界限破坏界限破坏 Balanced Failure界限弯矩界限弯矩Mb Balanced moment界限配筋率界限配
6、筋率r rb Balanced Reinforcement RatioMyMu0 fMMuMyMy= Mu如果如果r r r r b，则在钢筋，则在钢筋没有达到屈服前，压区没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏，表现混凝土就会压坏，表现为没有明显预兆的混凝为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。土受压脆性破坏的特征。这种梁称为这种梁称为“超筋梁超筋梁over reinforced ”。超筋梁的承载力超筋梁的承载力Mu取决取决于混凝土的压坏，与钢于混凝土的压坏，与钢筋强度无关，比筋强度无关，比界限弯界限弯矩矩Mb仅有很少提高，且仅有很少提高，且钢筋受拉强度未得到充钢筋受拉强度未得到充分发挥，破坏又
7、没有明分发挥，破坏又没有明显的预兆。因此，在工显的预兆。因此，在工程中应避免采用。程中应避免采用。 当配筋率小于一定值时，钢筋就会在梁开裂瞬当配筋率小于一定值时，钢筋就会在梁开裂瞬间达到屈服强度，间达到屈服强度， 即即“a状态状态”与与“a状态状态”重合，无第重合，无第阶段受力过程。阶段受力过程。 此时的配筋率称为此时的配筋率称为最小配筋率最小配筋率r rmin 这种破坏这种破坏取决于混凝土的抗拉强度，混凝土的受压强度取决于混凝土的抗拉强度，混凝土的受压强度未得到充分发挥，极限弯矩很小未得到充分发挥，极限弯矩很小。 当当r r 3 破坏特点破坏特点：首先在梁的底部出：首先在梁的底部出现垂直的弯
8、曲裂垂直的弯曲裂缝；随即，其中一条弯曲裂；随即，其中一条弯曲裂缝很快地斜向伸展很快地斜向伸展到梁到梁顶的集中荷的集中荷载作用点作用点处，形成所，形成所谓的的临界界斜裂斜裂缝，将梁劈裂，将梁劈裂为两部分而破坏，同两部分而破坏，同时，沿，沿纵筋往往伴随筋往往伴随产生水平撕裂裂生水平撕裂裂缝 。 抗剪承抗剪承载力取决于混凝土力取决于混凝土的抗拉的抗拉强度度(2)剪剪压破坏破坏 发生条件生条件：剪跨比适中：剪跨比适中1a/h03 破坏特点破坏特点：首先在剪跨区出：首先在剪跨区出现数条短的弯剪斜裂数条短的弯剪斜裂缝，其中一条延伸最，其中一条延伸最长、开展、开展较宽的裂的裂缝成成为临界斜裂界斜裂缝；临界斜
9、裂界斜裂缝向荷向荷载作用点延伸，使混作用点延伸，使混凝土受凝土受压区高度不断减小，区高度不断减小，导致剪致剪压区混凝土达区混凝土达到复合到复合应力状力状态下的极限下的极限强度而破坏度而破坏 。 抗剪承抗剪承载力主要取决于混凝土在复合力主要取决于混凝土在复合应力下的抗力下的抗压强度度 （3）斜）斜压破坏破坏 发生条件生条件：剪跨比很小：剪跨比很小 a/h0x xb时时第六章 受压构件受受拉拉破坏破坏(大偏心受压大偏心受压)受受压压破坏破坏(小偏心受压小偏心受压)第六章 受压构件附加偏心距和偏心距增大系数附加偏心距和偏心距增大系数 由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程由于施工误差、
10、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入引入附加偏心距附加偏心距ea(Odditional eccentricity)，即在正截面压弯即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距承载力计算中，偏心距取计算偏心距e0=M/N与附加偏心距与附加偏心距ea之之和，称为和，称为初始偏心距初始偏心距ei (initial eccentricity)，参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距ea取取20mm与与h/30 两者中的较大值，此处两者中的较大值，此处
11、h是指偏心方向的截面尺寸。是指偏心方向的截面尺寸。一、附加偏心距一、附加偏心距二、偏心距增大系数二、偏心距增大系数 由于侧向挠曲变形，轴向力将由于侧向挠曲变形，轴向力将产生产生二阶效应二阶效应，引起附加弯矩，引起附加弯矩 对于长细比较大的构件，二阶对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。效应引起附加弯矩不能忽略。 图示典型偏心受压柱，跨中侧图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为向挠度为 f 。 对跨中截面，轴力对跨中截面，轴力N的的偏心距偏心距为为ei + f ，即跨中截面的弯矩为，即跨中截面的弯矩为 M =N ( ei + f )。 在截面和初始偏心距相同的情在截面和初始偏心距相同的
12、情况下，柱的况下，柱的长细比长细比l0/h不同，侧不同，侧向挠度向挠度 f 的大小不同，影响程度的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破会有很大差别，将产生不同的破坏类型。坏类型。第六章 受压构件 对于对于长细比长细比l0/h8的的短柱短柱 侧向挠度侧向挠度 f 与初始偏心距与初始偏心距ei相比很小相比很小, 柱跨中弯矩柱跨中弯矩M=N(ei+f ) 随轴随轴力力N的增加基本呈线性增长，的增加基本呈线性增长， 直至达到截面承载力极限状直至达到截面承载力极限状态产生破坏。态产生破坏。 对短柱可忽略挠度对短柱可忽略挠度f影响。影响。第六章 受压构件 长细比长细比l0/h =830的的中长柱
13、中长柱 f 与与ei相比已不能忽略。相比已不能忽略。 f 随轴力增大而增大，柱跨中随轴力增大而增大，柱跨中弯矩弯矩M = N ( ei + f ) 的增长速的增长速度大于轴力度大于轴力N的增长速度，的增长速度， 即即M随随N 的增加呈明显的非的增加呈明显的非线性增长线性增长 虽然最终在虽然最终在M和和N的共同作用下达到截面承载力极限状态，的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。 因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度 f 对弯矩增大对弯矩增大的影响。
14、的影响。第六章 受压构件第六章 受压构件长细比长细比l0/h 30的长柱的长柱侧向挠度侧向挠度 f 的影响已很大的影响已很大在未达到截面承载力极限状在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度态之前，侧向挠度 f 已呈已呈不稳不稳定定发展发展即柱的轴向荷载最大值发生在即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力荷载增长曲线与截面承载力Nu- -Mu相关曲线相交之前相关曲线相交之前这种破坏为失稳破坏，应进这种破坏为失稳破坏，应进行专门计算行专门计算偏心距增大系数偏心距增大系数第六章 受压构件l0四、四、Nu- -Mu相关曲线相关曲线 interaction relation of N and
15、M 对于给定的截面、材料强度和配筋，达到正截面承载力极限对于给定的截面、材料强度和配筋，达到正截面承载力极限状态时，其状态时，其压力和弯矩是相互关联的压力和弯矩是相互关联的，可用一条，可用一条Nu- -Mu相关曲相关曲线表示。线表示。第六章 受压构件 Nu- -Mu相关曲线反映了在压力相关曲线反映了在压力和弯矩共同作用下正截面承载力和弯矩共同作用下正截面承载力的规律，具有以下一些特点：的规律，具有以下一些特点：相关曲线上的任一点代表截面相关曲线上的任一点代表截面处于正截面承载力极限状态时处于正截面承载力极限状态时的一种内力组合。的一种内力组合。 如一组内力（如一组内力（N，M）在曲线）在曲线内
16、侧说明截面未达到极限状态，内侧说明截面未达到极限状态，是安全的；是安全的； 如（如（N，M）在曲线外侧，则）在曲线外侧，则表明截面承载力不足；表明截面承载力不足；第六章 受压构件当弯矩为零时，轴向承载力达到最大，即为轴心受压承载力当弯矩为零时，轴向承载力达到最大，即为轴心受压承载力N0（A点）；点）； 当轴力为零时，为受纯弯承载力当轴力为零时，为受纯弯承载力M0（C点）；点）；截面受弯承载力截面受弯承载力Mu与作用的与作用的轴压力轴压力N大小有关；大小有关； 当轴压力较小时，当轴压力较小时，Mu随随N的的增加而增加（增加而增加（CB段）；段）； 当轴压力较大时，当轴压力较大时，Mu随随N的的增
17、加而减小（增加而减小（AB段）；段）；第六章 受压构件截面受弯承载力在截面受弯承载力在B点达点达(Nb，Mb)到最大，该点近似为到最大，该点近似为界限破坏；界限破坏； CB段（段（NNb）为受拉破坏，）为受拉破坏， AB段（段（N Nb）为受压破坏；）为受压破坏；对于对称配筋截面，达到界对于对称配筋截面，达到界限破坏时的轴力限破坏时的轴力Nb是一致的。是一致的。第六章 受压构件如截面尺寸和材料强度保持如截面尺寸和材料强度保持不变，不变，Nu- -Mu相关曲线随配相关曲线随配筋率的增加而向外侧增大；筋率的增加而向外侧增大；受压构件的斜截面受剪承载力一、单向受剪承载力一、单向受剪承载力压力的存在压
18、力的存在 延缓了斜裂缝的出现和开展延缓了斜裂缝的出现和开展 斜裂缝角度减小斜裂缝角度减小 混凝土剪压区高度增大混凝土剪压区高度增大第六章 受压构件但当压力超过一定数值但当压力超过一定数值?第六章 受压构件要求掌握的内容要求掌握的内容1、受压构件的分类、受压构件的分类2、箍筋和纵筋的作用、箍筋和纵筋的作用3、轴心受压构件按配箍方式的不同分类、轴心受压构件按配箍方式的不同分类4、 的取值的取值5、稳定系数的意义，影响因素。、稳定系数的意义，影响因素。6、偏心受压构件的破坏类型、发生的条件、特、偏心受压构件的破坏类型、发生的条件、特征、性质、防止措施，判别。征、性质、防止措施，判别。7、附加偏心距、
19、初始偏心距、偏心距增大系数。、附加偏心距、初始偏心距、偏心距增大系数。要求掌握的内容8、用、用M-N相关曲线选择最不利计算内力。相关曲线选择最不利计算内力。9、压力对斜截面受剪承载力的影响。、压力对斜截面受剪承载力的影响。受拉构件 钢筋混凝土桁架或拱拉杆、受内压力作用的环钢筋混凝土桁架或拱拉杆、受内压力作用的环形截面管壁及圆形贮液池的筒壁等，通常按形截面管壁及圆形贮液池的筒壁等，通常按轴心受轴心受拉构件拉构件计算。计算。 矩形水池的池壁、矩形剖面料仓或煤斗的壁板、矩形水池的池壁、矩形剖面料仓或煤斗的壁板、受地震作用的框架边柱，以及双肢柱的受拉肢，属受地震作用的框架边柱，以及双肢柱的受拉肢，属于
20、于偏心受拉构件偏心受拉构件。受拉构件除轴向拉力外，还同时受弯矩和剪力作用。受拉构件除轴向拉力外，还同时受弯矩和剪力作用。受拉构件偏心受拉构件小偏心受拉破坏：小偏心受拉破坏：轴向拉力轴向拉力N在在As与与As之间，全截之间，全截面均受拉应力，但面均受拉应力，但As一侧拉应力较大，一侧拉应力较大，As一侧一侧拉应力较小。拉应力较小。随着拉力增加，随着拉力增加，As一侧首先开裂，但裂缝很快一侧首先开裂，但裂缝很快贯通整个截面，贯通整个截面，As和和As纵筋均受拉，最后纵筋均受拉，最后As和和As均屈服而达到极限承载力均屈服而达到极限承载力。第九章 受拉构件偏心受拉构件大偏心受拉破坏：大偏心受拉破坏：
21、轴向拉力轴向拉力N在在As外侧，外侧，As一侧一侧受拉，受拉，As一侧受压，混凝土开裂后不会形成贯通一侧受压，混凝土开裂后不会形成贯通整个截面的裂缝。整个截面的裂缝。最后，与大偏心受压情况类似，最后，与大偏心受压情况类似，As达到受拉屈服，达到受拉屈服，受压侧混凝土受压破坏。受压侧混凝土受压破坏。偏心受拉构件斜截面受剪受拉构件 轴向拉力轴向拉力N的存在，斜裂缝将提前出的存在，斜裂缝将提前出现，在小偏心受拉情况下甚至形成贯通全现，在小偏心受拉情况下甚至形成贯通全截面的斜裂缝，使斜截面受剪承载力降低。截面的斜裂缝，使斜截面受剪承载力降低。受剪承载力的降低与轴向拉力受剪承载力的降低与轴向拉力N近乎成
22、正近乎成正比比。要求掌握的内容1、受拉构件的分类。、受拉构件的分类。2、钢筋的受力情况、钢筋的受力情况3、拉力的存在对受剪承载力的影响、拉力的存在对受剪承载力的影响受扭构件 受扭构件也是一种基本构件受扭构件也是一种基本构件 两两类受扭构件：受扭构件： 平衡扭平衡扭转 约束扭束扭转纯扭构件的破坏形态纯扭构件的破坏形态一、开裂前的应力状态一、开裂前的应力状态截面受扭弹性抵抗矩截面受扭弹性抵抗矩破坏面呈一空破坏面呈一空间扭曲曲面扭曲曲面二、开裂情况、破坏面及受扭二、开裂情况、破坏面及受扭钢筋形式筋形式受扭受扭钢筋筋纵向受扭向受扭钢筋筋受扭箍筋受扭箍筋三、破坏形三、破坏形态随着配置随着配置钢筋数量的不
23、同，受扭构件的破坏形筋数量的不同，受扭构件的破坏形态也可分也可分为：适筋破坏适筋破坏、少筋破坏少筋破坏和和超筋破坏、部分超筋超筋破坏、部分超筋（1）适筋破坏）适筋破坏箍筋箍筋和和纵筋筋配置都合适配置都合适与与临界（斜）裂界（斜）裂缝相交的相交的钢筋筋然后混凝土然后混凝土压坏坏与受弯适筋梁的破坏与受弯适筋梁的破坏类似，具有一定的延性似，具有一定的延性都能先达到屈服，都能先达到屈服，（2）少筋破坏）少筋破坏当配筋数量当配筋数量过少少时一旦开裂，将一旦开裂，将导致扭致扭转角迅速增大角迅速增大，构件随即破坏。构件随即破坏。与受弯少筋梁与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征似，呈受拉脆性破坏特征（3）超筋
24、破坏）超筋破坏箍筋箍筋和和纵筋筋配置都配置都过大大在在钢筋屈服前混凝土就筋屈服前混凝土就压坏，坏，为受受压脆性破坏。脆性破坏。与受弯超筋梁与受弯超筋梁类似似部分超筋破坏部分超筋破坏箍筋和受扭箍筋和受扭纵筋两部分配置不筋两部分配置不协调抗扭抗扭纵筋与箍筋的配筋筋与箍筋的配筋强度比度比规范建范建议取取0.6z z 1.7，将不会，将不会发生生“部分超筋破坏部分超筋破坏” 设计中通常取中通常取z z =1.2受扭受扭计计算中算中对对称布置在截面周称布置在截面周边边的全部抗扭的全部抗扭纵纵筋的截面面筋的截面面积积； 受扭受扭纵纵筋的抗拉筋的抗拉强强度度设计值设计值； 截面核芯部分的周截面核芯部分的周长， 要求掌握的内容1、破坏类型2、 的意义和取值范围
