受弯构件正截面承载力的计算pdf.PDFVIP

第5章 受弯构件正截面承载力的计算 受弯构件通常指截面上仅有弯矩或弯矩和剪力共同作用为主、轴力可以忽略不计的构 件。梁和板是典型的受弯构件，它们是土木工程中使用数量最大、应用最广泛的一类构件。 土木工程结构中受弯构件常用的截面形式有矩形、T形、工字形、槽形和箱形等。构件受弯 后，在截面上形成受压区和受拉区。混凝土的抗拉强度低，处于受拉区的混凝土在弯矩不大 时就开裂。所以，需在梁截面的受拉区布置钢筋，称为纵向钢筋，用以承受由弯矩产生的拉 应力。实际工程中，钢筋混凝土受弯构件内除纵向钢筋外，一般还配置架立钢筋和箍筋等。 受弯构件在荷载等因素作用下，破坏可能发生在弯矩最大处，也可能发生在剪力最大或弯矩 和剪力都较大处。若破坏发生在弯矩最大处，其破坏面与构件轴线垂直，称为正截面破坏； 若破坏发生在剪力最大或弯矩和剪力都较大处，其破坏面与构件轴线斜交，称为斜截面破坏。 为保证安全，结构中的受弯构件，既不能发生正截面破坏，也不能发生斜截面破坏，因 此，在钢筋混凝土受弯构件的设计中，既要进行正截面承载能力，又要进行斜截面承载能力 的计算。本章只讨论钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力的计算和设计方法，斜截面承载能 力的计算和设计方法将在第6章介绍。 5.1 受弯构件正截面的受力特性 5.1.1 单筋矩形适筋梁正截面受弯的受力过程和破坏形态 矩形截面梁承受纯弯矩的作用（剪力V=0 ），只在受拉侧配置钢筋（称单筋）是最基本 的钢筋混凝土构件。这种构件的受力全过程和力学性能反应，已进行过大量试验研究。一般 在试件两端简支，跨中作用着两个对称的集中荷载，梁跨中的纯弯段为试验段，试验过程中 量测跨中的挠度、曲率、截面的（平均）应变分布、中和轴位置和钢筋的应变等主要力学性 能反应，如图5.1 。图中受压区钢筋为构造配筋。 A A A-A M V 图5.1 混凝土简支梁的配筋及内力 根据试验过程中对试验梁裂缝开展和变形情况的观察（图5.2 ）以及试验数据的分析， 钢筋混凝土单筋适筋梁从开始加载到正截面完全破坏的全过程可分为三个阶段： 1. 第Ⅰ阶段（受拉区混凝土开裂前） 当荷载很小时，截面上的内力很小，混凝土的应力与应变成正比，截面上的应力为线性 分布（图5.3b ）。此时，试件处于弹性阶段，钢筋和混凝土的应力、曲率均随弯矩成正比增 B B 混凝土开裂前（第Ⅰ阶段） B B 混凝土开裂后钢筋屈服前（第Ⅱ阶段） B B 钢筋屈服后混凝土压碎前（第Ⅲ阶段） 图5.2 钢筋混凝土试验梁的变形与裂缝开展 加。随着弯矩增加，截面上的应变不断增大，受拉区混凝土出现少量塑性变形，拉应力分布 渐成曲线。受压区混凝土的应力仍远小于其抗压强度，保持线性分布。当荷载增大到某一数 值，受拉区混凝土的应变达到开裂应变值时，试件将开裂，截面处在开裂临界状态 （图5.3c ）， 这种受力状态称为第Ⅰ阶段末（Ⅰa ）。此时的弯矩称为开裂弯矩（Mcr ），其值约为极限弯 矩（M ）的20%～30%，第Ⅰ阶段末是计算受弯构件抗裂度的依据。受弯构件处于Ⅰ 时， u