1、高等結構試驗 學院：土木工程學院 班級： 5班姓名：魏亞男 學號：1622071187受彎構件斜截面破壞的機理與研究 本科的時候由于學習過混凝土結構設計原理這門課程，所以對受彎構件的斜截面的承載力和受剪破壞形態有一定的了解。現在上了高等結構試驗這門課程，著重對試件的實驗過程進行分析和從根本上有更為深入的理解。今天去觀察了庭院內往屆師兄做過的試驗構件，也讓我對試驗的破壞形態有了更近一步的研究。如圖可以很直觀的觀察到梁的端部有一條斜裂縫的存在。由混凝土結構設計原理可知，鋼筋混凝土梁在剪力和彎矩共同作用的剪彎區段內，會產生斜裂縫。斜截面受剪破壞主要有三種形態，斜壓破壞，剪壓破壞和斜拉破壞，而這三種破

2、壞都是在無腹筋梁或者箍筋數量配置過少時產生的。 鋼筋混凝土受彎構件斜截面破壞理論分析 無腹筋梁斜裂縫受力情況與破壞形態 在鋼筋混凝土梁中，我們一般把箍筋和彎起（斜）鋼筋統稱為梁的腹筋。把配有縱向受力鋼筋和腹筋的梁稱為有腹梁筋，而把僅有縱向受力鋼筋而不設腹筋的梁稱為無腹筋梁，現先從相對較簡單的無腹筋梁入手分析。 斜裂縫出現前構件的受力狀態 下圖為一個只配設受拉主筋（無腹筋）的矩形截面簡支梁，現研究其在剪力和彎矩共同作用下的典型破壞過程。梁上作用有兩個對稱的集中荷載，荷載和支座之間的剪力 V 為一常數，彎矩為線性變化。圖中 AC 段和 DB 段稱為剪彎段，長度 a 為剪跨，與截面有效高度h0 之比

3、稱為剪跨比（=h0/ a ），CD 段稱為純彎段。當梁上荷載較小時，裂縫尚未出現，鋼筋和混凝土的應力-應變關系都處在彈性階段，所以，把梁近似看作勻質彈性體，可用材料力學方法來分析它的應力狀態。在剪彎區段截面上任一點都有剪應力和正應力存在，由單元體應力狀態通過 Mohr 應力圓計算，可以得到各點主應力的數值和方向，并繪制梁的主拉、主壓應力軌跡。 從主應力軌跡線可以看出，剪彎區段主拉應力方向是傾斜的，與梁軸線的交角約為45度，而在梁的下邊緣主拉應力方向接近于水平。在矩形截面梁中，主拉應力的數值是沿著某一條主拉應力軌跡線自上向下逐步增大的。混凝土的抗壓強度較高，但其抗拉強度較低。斜裂縫出現后的受力狀

4、態在梁的剪彎段中，當主拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，就會出現斜裂縫。梁的剪彎段出現斜裂縫后，截面的應力狀態發生了質變，或者說發生了應力重分布。這時，不能用材料力學公式來計算梁截面上的正應力和剪應力，因為這時梁已不再是完整的勻質彈性梁了。 圖 2.2 為斜裂縫出現前后-和-截面的應變分布圖。截面應變差異表明，斜裂縫出現后，將梁分成上、下兩個部分，梁內應力發生了重分布，其主要表現為斜裂縫起始端的縱筋拉應力突然增大，大部分荷載將由斜裂縫上方的混凝土傳遞，剪壓區混凝土所受的剪應力和壓應力亦顯著增加。8下圖為一根出現斜裂縫后的無腹筋梁，現沿斜裂縫將梁切開，取左邊隔離體AABCD進行受力分析。在隔離體

5、上，外荷載在斜截面AAB 上引起的彎矩為MA 、剪力為QA ，而斜截面上的抵抗力則有：斜截面上端混凝土剪壓面 AA上壓力Dc 和剪力Qc ；縱向鋼筋拉力Ts ；在梁的變形過程中，斜裂縫的兩邊將發生相對剪切位移，使斜裂縫面上產生摩擦力以及骨料凹凸不平相互間的骨料咬合力，它們的合力為Sa ；由于斜裂縫兩邊有相對的上下錯動，從而使縱向受拉鋼筋受剪，通常稱其為縱筋的銷栓力Qd 。幾種無腹筋梁斜截面破壞狀態1. 剪壓破壞狀態 中等剪跨比（ 1 3 ）的梁，在加載試驗過程中的受力變形、裂縫和破壞特點如圖，這種破壞是最常見的斜截面破壞形態。斜裂縫是從先出現的豎向裂縫斜向延伸出來的，并隨著荷載的增加向集中荷載

6、的作用點處沿伸，這種斜裂縫可能不止出現一條，但隨著荷載的增加，在眾多的斜裂縫中形成一條延伸較長、擴展較寬的主要斜裂縫。通常稱之為“臨界斜裂縫”。臨界斜裂縫出現后，梁還能繼續加載，這時，與斜裂縫相交的腹筋應力迅速增長而達到屈服強度，荷載主要由剪壓區的混凝土承受，斜裂縫繼續向上延伸，剪壓區面積減小，最后使混凝土在彎矩和剪力的作用下，亦即在壓應力和剪應力的復合作用下達到混凝土復合受力時的極限強度而破壞，這時剪壓區混凝土有一些水平裂縫和混凝土碎渣。所以，當剪壓破壞時所施加的荷載，明顯地大于斜裂縫出現時的荷載。 2. 斜壓破壞剪跨比<1時，荷載靠近支座，梁端豎直方向的正應力集中在荷載板和支座面之間

7、的斜向范圍內，其數值遠大于水平正應力和剪應力，主壓應力方向大致平行于荷載和支座反力的連線。當荷載逐漸增大，臨近試件破壞前，首先在梁腹中部出現斜向裂縫，平行于荷載反力連線。此后，裂縫沿同一方向同時往上和往下延伸，相鄰處出現多條平行的斜裂縫。最終，梁腹中部斜向受壓破壞，其受力模型和破壞特征與軸心壓力作用下的斜向短柱相同，如圖2.5。3. 斜拉破壞剪跨比較大時，荷載位置離支座已遠，豎直方向正應力對梁腹部的影響很小。試件加載后，首先跨中純彎段的下部出現受拉裂縫，垂直向上延伸。當梁端剪彎段的腹部中間形成 45°的腹剪斜裂縫后，很快地往兩個方向延伸：裂縫向上發展，傾斜角漸減，到達梁的底部將梁切斷

8、；裂縫向下發展，傾斜角漸增，到達受拉鋼筋的梁底處，裂縫已是豎直方向。斜裂縫的下部在荷載作用下往下移動，帶動受拉鋼筋，使梁的端部沿鋼筋上皮把混凝土保護層撕裂。造成最終破壞的斜裂縫是主拉應力控制的混凝土拉斷破壞，如圖2.6。 有腹筋簡支梁斜裂縫受力分析及彎剪承載力計算 配置箍筋的梁的受力分析 由上一節知識可知，無腹筋梁的彎剪承載力十分有限，若不足以抵抗荷載產生的剪力時，設置橫向箍筋是很有效的措施。同時，箍筋還起到固定構件縱筋位置、承受長期溫度應力、減小裂縫寬度等作用。配置箍筋的鋼筋混凝土梁，在臨近界限荷載時，梁端剪跨段內各箍筋的實測應力應變分布狀況如圖 2.7。當荷載P很小混凝土未開裂之前，箍筋中

9、的應力很小。在配有箍筋試驗梁的荷載試驗中，觀察到的箍筋實測應力很小圖 2.8:當荷載 F=24k N 時，箍筋實測應力僅 8MPa。因而，在斜裂縫出現前，箍筋的作用不大。增加梁上荷載，在較大彎矩區出現豎直方向的受拉裂縫。這種裂縫與箍筋平行，對箍筋的應力影響仍不太大。繼續增加荷載，受拉裂縫向上延伸，斜角減小，形成彎剪裂縫；靠近支座處則出現傾斜的腹剪裂縫，并往上、下兩邊延伸。當這些裂縫與箍筋相交后，箍筋的應力突然增大。隨著斜裂縫的加寬和延伸，箍筋的應力繼續增大，又有箍筋出現應力突增。致使各個箍筋應力值各不相同，即使同一箍筋的應力沿長度（截面高度）方向的分布也很不均勻，完全取決于斜裂縫的位置和開展程

10、度，在支座范圍及其附近的箍筋由于受到支座反力的作用，可能承受壓應力。 構件臨近破壞時，靠近腹剪裂縫最寬處的箍筋首先屈服，雖維持屈服應力，但已不能限制斜裂縫的發展。隨之，相鄰的箍筋相繼屈服，斜裂縫寬度沿全長增大，骨料咬合作用減弱。最終，斜裂縫上端的混凝土在正應力和剪應力的共同作用下破壞，同樣形成剪壓破壞形態。在破壞后的斜裂縫最寬處可以看到箍筋被拉斷，斷口有明顯的頸縮現象。2 .斜筋的作用起鋼筋進入截面上部，并穿過支座，可作為連續梁的抗彎矩主筋。彎起部分設在梁內的適當位置，斜裂縫與之相交后受到鋼筋的約束，裂縫的發展被減緩，增大了構件的彎剪承載力。 彎剪鋼筋的抗剪作用和箍筋相似：斜裂縫出現前影響很小

11、；斜裂縫延伸并穿越彎起鋼筋時，應力突增；沿彎起鋼筋的長度方向，應力隨裂縫的位置而變化；構件被破壞時，與斜裂縫相交的彎起鋼筋可能達到屈服，取決與裂縫的位置和寬度。 綜上可見，配置箍筋是提高梁抗剪承載力的有效措施。箍筋一般是沿梁剪跨布置的，在梁的剪跨范圍內只要出現斜裂縫，相應部位的箍筋就發揮作用。彎起鋼筋或斜筋只有與臨界斜裂縫相交后才能發揮作用，可以提高梁的抗剪承載力。試驗證明，梁的抗剪承載力隨彎筋面積的加大而提高，兩者呈線性關系。彎筋僅在穿越斜裂縫的部位才可能屈服。當彎筋恰好從斜裂縫頂端越過時，因接近受壓區，彎筋有可能達不到屈服強度，計算時要考慮這個因素。彎起鋼筋雖能提高梁的抗剪承載力，但數量少而面積集中，對限制大范圍內的斜裂縫寬度的作用不大，所以，彎筋不宜單獨使用，而總是與箍筋聯合使用。 設置