受弯构件斜截面破坏的机理与研究.docx

高等结构试验

学院：土木工程学院
班级：5班
姓名：魏亚男
学号：1622071187
受弯构件斜截面破坏的机理与研究
本科的时候由于学习过混凝土结构设计原理这门课程，所以对受弯构件的斜截面的承载力和受剪破坏形态有一定的了解。现在上了高等结构试验这门课程，着重对试件的实验过程进行分析和从根本上有更为深入的理解。今天去观察了庭院内往届师兄做过的试验构件，也让我对试验的破坏形态有了更近一步的研究。
如图可以很直观的观察到梁的端部有一条斜裂缝的存在。由《混凝土结构设计原理》可知，钢筋混凝土梁在剪力和弯矩共同作用的剪弯区段内，会产生斜裂缝。
斜截面受剪破坏主要有三种形态，斜压破坏，剪压破坏和斜拉破坏，而这三种破坏都是在无腹筋梁或者箍筋数量配置过少时产生的。
钢筋混凝土受弯构件斜截面破坏理论分析
无腹筋梁斜裂缝受力情况与破坏形态
在钢筋混凝土梁中，我们一般把箍筋和弯起（斜）钢筋统称为梁的腹筋。把配有纵向受力钢筋和腹筋的梁称为有腹梁筋，而把仅有纵向受力钢筋而不设腹筋的梁称为无腹筋梁，现先从相对较简单的无腹筋梁入手分析。
斜裂缝出现前构件的受力状态
下图为一个只配设受拉主筋（无腹筋）的矩形截面简支梁，现研究其在剪力和弯矩共同作用下的典型破坏过程。梁上作用有两个对称的集中荷载，荷载和支座之间的剪力V为一常数，弯矩为线性变化。图中AC段和DB段称为剪弯段，长度a为剪跨，与截面有效高度h0之比称为剪跨比（λ=h0/a），CD段称为纯弯段。
当梁上荷载较小时，裂缝尚未出现，钢筋和混凝土的应力-应变关系都处在弹性阶段，所以，把梁近似看作匀质弹性体，可用材料力学方法来分析它的应力状态。在剪弯区段截面上任一点都有剪应力和正应力存在，由单元体应力状态通过Mohr应力圆计算，可以得到各点主应力的数值和方向，并绘制梁的主拉、主压应力轨迹。

从主应力轨迹线可以看出，剪弯区段主拉应力方向是倾斜的，与梁轴线的交角约为45度，而在梁的下边缘主拉应力方向接近于水平。在矩形截面梁中，主拉应力的数值是沿着某一条主拉应力轨迹线自上向下逐步增大的。混凝土的抗压强度较高，但其抗拉强度较低。
斜裂缝出现后的受力状态
在梁的剪弯段中，当主拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会出现斜裂缝。梁的剪弯段出现斜裂缝后，截面的应力状态发生了质变，或者说发生了应力重分布。这时，不能用材料力学公式来计算梁截面上的正应力和剪应力，因为这时梁已不再是完整的匀质弹性梁了。
图2.2为斜裂缝出现前后Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面的应变分布图。截面应变差异表明，斜裂缝出现后，将梁分成上、下两个部分，梁内应力发生了重分布，其主要表现为斜裂缝起始端的纵筋拉应力突然增大，大部分荷载将由斜裂缝上方的混凝土传递，剪压区混凝土所受的剪应力和压应力亦显著增加。

下图为一根出现斜裂缝后的无腹筋梁，现沿斜裂缝将梁切开，取左边隔离体AA′BCD进行受力分析。在隔离体上，外荷载在斜截面AA′B上引起的弯矩为MA、剪力为QA，而斜截面上的抵抗力则有：①斜截面上端混凝土剪压面AA′上压力Dc和剪力Qc；②纵向钢筋拉力Ts；③在梁的变形过程中，斜裂缝的两边将发生相对剪切位移，使斜裂缝面上产生摩擦力以及骨料凹凸不平相互间的骨料咬合力，它们的合力为Sa；④由于斜裂缝两边有相对的上下错动，从而使纵向受拉钢筋受剪，通常称其为纵筋的销栓力Qd。

几种无腹筋梁斜截面破坏状态

剪压破坏状态
中等剪跨比（1≤λ≤3）的梁，在加载试验过程中的受力变形、裂缝和破坏特点如图，这种破坏是最常见的斜截面破坏形态。斜裂缝是从先出现的竖向裂缝斜向延伸出来的，并随着荷载的增加向集中荷载的作用点处沿伸，这种斜裂缝可能不止出现一条，但随着荷载的增加，在众多的斜裂缝中形成一条延伸较长、扩展较宽的主要斜裂缝。通常称之为“临界斜裂缝”。临界斜裂缝出现后，梁还能继续加载，这时，与斜裂缝相交的腹筋应力迅速增长而达到屈服强度，荷载主要由剪压区的混凝土承受，斜裂缝继续向上延伸，剪压区面积减小，最后使混凝土在弯矩和剪力的作用下，亦即在压应力和剪应力的复合作用下达到混凝土复合受力时的极限强度而破坏，这时剪压区混凝土有一些水平裂缝和混凝土碎渣。所以，当剪压破坏时所施加的荷载，明显地大于斜裂缝出现时的荷载。

斜压破坏
剪跨比<1时，荷载靠近支座，梁端竖直方向的正应力集中在荷载板和支座面之间的斜向范围内，其数值远大于水平正应力和剪应力，主压应力方向大致平行于荷载和支座反力的连线。当荷载逐渐增大，临近试件破坏前，首先在梁腹中部出现斜向裂缝，平行于荷载—反力连线。此后，裂缝沿同一方向同时往上和往下延伸，相邻处出现多条平行的斜裂缝。最终，梁腹中部斜向受压破坏，其受力模型和破坏特征与轴心压力作用下的斜向短柱相同，如图2.5。
斜拉破坏
剪跨比较大时，荷载