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1、 1 第四章第四章 受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算 4.4.2 2 受弯梁的试验研究和受弯梁的试验研究和正截面受力性能正截面受力性能 4.4.2 2.1.1 适筋梁的试验研究适筋梁的试验研究 1 1.试件与试验装置试件与试验装置 图图 4.4.7 7 所示为一配筋适所示为一配筋适中中的钢筋混凝土矩形截面试验梁的钢筋混凝土矩形截面试验梁。(a)(b)sccL33LL3sAh0hsabVMFF位移计钢筋应变测点应变测点 图图 4.4.7 7 钢筋混凝土简支梁受弯试验钢筋混凝土简支梁受弯试验 （a a）试验装置及测点布置简图；）试验装置及测点布置简图；（b b）截面和应变分布）截面
2、和应变分布 2.2.试验曲线试验曲线 荷载采用逐级加载，从零开始，逐级增加到梁正截面受弯破坏。在每级荷载作用下，记录各应荷载采用逐级加载，从零开始，逐级增加到梁正截面受弯破坏。在每级荷载作用下，记录各应变测点的读数和位移计的读数，并将这些数据整理，绘制出试验梁的变测点的读数和位移计的读数，并将这些数据整理，绘制出试验梁的M-f（f为跨中挠度）、为跨中挠度）、M-（为截面曲率）、为截面曲率）、M-s（s为受拉钢筋应变）以及梁截面应变分布曲线，如图为受拉钢筋应变）以及梁截面应变分布曲线，如图 4.84.8 所示。所示。3(10)Mcr0.20.40.60.81.0yMMuuMMsy0cr0MMu1
3、.00.80.60.40.20.20.40.60.81.0uMM0aaauMcrMyMaaaffyyaaaMcrMyMucru-1-2-31245-30(a)(b)(d)(c)2 3(10)Mcr0.20.40.60.81.0yMMuuMMsy0cr0MMu1.00.80.60.40.20.20.40.60.81.0uMM0aaauMcrMyMaaaffyyaaaMcrMyMucru-1-2-31245-30(a)(b)(d)(c)图图 4.8 4.8 适筋梁受弯试验曲线适筋梁受弯试验曲线 （a a）fM 关系；关系；（b b）M关系；关系；（c c）sM关系；关系；（d d）截面应变分布截面
4、应变分布 3 3.适筋梁受力过程的三个阶段适筋梁受力过程的三个阶段 （1 1）第阶段第阶段（弹性工作阶段弹性工作阶段）。由于荷载很小，混凝土没有开裂，梁表现出弹性性质。因此可用换算截面的方法，按弹性材料由于荷载很小，混凝土没有开裂，梁表现出弹性性质。因此可用换算截面的方法，按弹性材料进行截面应力分析（参见进行截面应力分析（参见混凝土结构设计原理学习辅导）。混凝土结构设计原理学习辅导）。截面处于即将开裂的极限状态截面处于即将开裂的极限状态，也称为第阶段末，也称为第阶段末，用符号用符号a表示表示。此时梁截面承受的弯矩为此时梁截面承受的弯矩为开裂弯矩开裂弯矩，用，用crM表示表示，如图，如图 4.9
5、4.9（b b）所示。所示。对于不允许开裂的构件，以对于不允许开裂的构件，以a状态作为验算抗裂度的依据。状态作为验算抗裂度的依据。fc(f)(e)(d)(c)(b)(a)T=CZccycmaxMusAfycus3accccs3c3yf As3Mc3y=yc2ac1aMysAfyc2as2as2c22Ms2 Asc2ft=tsAs1Mcrtc1as1atu=1Ms1 Asttus1c1tc1tf 图图 4.4.9 9 矩形截面适筋梁矩形截面适筋梁受弯受弯 3 3 个阶段的个阶段的应力应力-应变分布应变分布 （a a）阶段；阶段；（b b）a阶段阶段；（c c）阶段；阶段；（d d）a阶段；阶段；
6、（e e）阶段阶段；（f f）a阶段阶段 （2 2）第阶段第阶段（带裂缝工作阶段带裂缝工作阶段）。随着荷载的增加，裂缝逐渐增长和加宽，中和轴不断上移，受压区高度不断减小，受压区混凝随着荷载的增加，裂缝逐渐增长和加宽，中和轴不断上移，受压区高度不断减小，受压区混凝土边缘纤维压应变随之增大。混凝土应力第阶段为三角形分布；第阶段为微曲的曲线状态；第土边缘纤维压应变随之增大。混凝土应力第阶段为三角形分布；第阶段为微曲的曲线状态；第阶段呈更加丰满的曲线分布。阶段呈更加丰满的曲线分布。正常使用情况下，以正常使用情况下，以a状态作为受弯构件裂缝宽度和挠度验算的依据。状态作为受弯构件裂缝宽度和挠度验算的依据。
7、（3 3）第阶段第阶段（破坏阶段破坏阶段）。由于受压混凝土表现出塑性特征，当受压区混凝土边缘纤维压应力由于受压混凝土表现出塑性特征，当受压区混凝土边缘纤维压应力c达到达到cf时，构件并没有时，构件并没有达到承载能力极限状态；而当受压区混凝土的压应变达到承载能力极限状态；而当受压区混凝土的压应变c达到极限压应变达到极限压应变cu时，受压区混凝土被压时，受压区混凝土被压碎，梁才达到受弯正截面破坏的极限状态。碎，梁才达到受弯正截面破坏的极限状态。3 a状态是适筋受弯构件正截面承载力计算的依据。状态是适筋受弯构件正截面承载力计算的依据。4 4.2 2.2 2 配筋率与受弯构件正截面配筋率与受弯构件正截
8、面的的破坏特征破坏特征 定义受拉钢筋定义受拉钢筋截面截面面积面积sA和构件截面上混凝土和构件截面上混凝土的的有效有效截面截面面积面积0bh的比值为纵向钢筋配筋率，的比值为纵向钢筋配筋率，即即:0bhAs （4 4-1 1）式中：式中：0h受弯构件截面抗弯的有效高度；受弯构件截面抗弯的有效高度；b截面宽度。截面宽度。1.1.适筋梁适筋梁 受拉钢筋配置适中的梁受拉钢筋配置适中的梁（即（即minmax），），称为适筋梁。称为适筋梁。适筋梁的破坏特征适筋梁的破坏特征：受拉钢筋首先受拉钢筋首先达到达到屈服屈服强度强度（syf），而后受压区混凝土的压应变，而后受压区混凝土的压应变c达达到到其其极限压应变极
9、限压应变cu，混凝土被压碎，混凝土被压碎破坏破坏；破坏前破坏前梁梁的的挠度明显增大，挠度明显增大，有明显预兆，有明显预兆，属于属于延性破坏延性破坏（见图见图 4.104.10（a a）。2.2.超筋梁超筋梁 梁配筋过多，梁配筋过多，配筋率超过配筋率超过最大配筋率最大配筋率（即即max），这种配筋梁这种配筋梁称为超筋梁。称为超筋梁。超筋梁的破坏特征超筋梁的破坏特征：受压混凝土先受压混凝土先被被压碎，压碎，破坏时纵向破坏时纵向受拉钢筋未屈服受拉钢筋未屈服，梁梁的挠度不大，裂缝的挠度不大，裂缝不宽且延伸不高，破坏不宽且延伸不高，破坏前前没有明显预兆，没有明显预兆，这种破坏这种破坏称为“脆性破坏”称为
10、“脆性破坏”（见图见图 4.104.10（b b）。3.3.少筋梁少筋梁 梁配筋过少，配筋率低于最小配筋率梁配筋过少，配筋率低于最小配筋率（即即min），称为少筋梁称为少筋梁。少筋梁少筋梁破坏特征：破坏特征：由于受拉钢筋由于受拉钢筋配置配置较少，其较少，其应力很快达到屈服应力很快达到屈服强度强度并进并进入入强化阶段，强化阶段，甚至甚至被被拉断拉断。其破坏与素混凝土梁其破坏与素混凝土梁的破坏的破坏类似，属于“脆性破坏”，这种配筋梁类似，属于“脆性破坏”，这种配筋梁称为少筋梁称为少筋梁（见图见图 4.104.10（c c）。图图 4.10 4.10 不同配筋率钢筋混凝土梁正截面不同配筋率钢筋混凝土梁正截面的的破坏形态破坏形态 （a a）适筋梁；）适筋梁；（b b）超筋梁；）超筋梁；（c c）少筋梁）少筋梁