受力性能及破坏形态.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四部分,:,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,(Flexural Behavior of RC Beam),h,a,b,A,s,h,0,x,n,e,c,e,s,f,梁的受弯性能,(Flexural Behavior of RC Beam),h,a,b,A,s,h,0,x,n,e,c,e,s,f,对于配筋合适的,RC,梁，破坏阶段（,III,）,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，有明显的预兆，这种破坏称为“,延性破坏,”,a,状态：计算,M,cr,的依据,a,状态：计算,M,cr,的依据,阶段：计算裂缝、刚度的依据,a,状态：计算,M,cr,的依据（,gist,）,阶段：计算裂缝、刚度的依据,a,状态：计算,M,y,的依据,a,状态：计算,M,u,的依据,a,状态：计算,M,cr,的依据,阶段：计算裂缝、刚度的依据,a,状态：计算,M,y,的依据,e,cu,=0.003 0.005,，,超过该应变值，压区混凝土即开始压坏，梁达到极限承载力。,该应变值的计算极限弯矩,M,u,的标志。,受力特点：,（适筋梁）,破坏特征,：,Failure Mode,受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土压坏，中间有一个较长的破坏过程，有明显预兆，“,塑性破坏,Ductile Failure,”,，,破坏前可吸收较大的应变能。,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，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。,配筋率,h,0,h,a,A,s,b,配筋率,r,增大,屈服弯矩,M,y,增大,C,T,=,f,y,A,s,x,n,e,c,M,y,M,u,，,e,c,e,cu,的过程缩短,第,阶段的变形能力减小,当,r,=,r,b,时，,M,y,=,M,u,“,a,状态”与“,a,状态”重合,钢筋屈服与压区混凝土的压坏,同时达到,(,Balance,),，,无第,阶段,，梁在,M,y,后基本没有变形能力。,界限破坏,Balanced Failure,界限弯矩,M,b,Balanced moment,界限配筋率,r,b,Balanced Reinforcement Ratio,M,y,M,u,0,f,M,M,u,M,y,M,y,=,M,u,如果,r,r,b,，,则在钢筋没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏，表现为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。这种梁称为“,超筋梁,(,Over reinforced,),”,。,界限破坏,Balanced Failure,界限弯矩,M,b,Balanced moment,界限配筋率,r,b,Balanced Reinforcement Ratio,M,y,M,u,0,f,M,M,u,M,y,M,y,=,M,u,如果,r,r,b,，,则在钢筋没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏，表现为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。这种梁称为“,超筋梁,over reinforced”,。,超筋梁的承载力,M,u,取决于混凝土的压坏，与钢筋强度无关，比,界限弯矩,M,b,仅有很少提高，且钢筋受拉强度未得到充分发挥，破坏又没有明显的预兆。因此，在工程中应避免采用。,当配筋率小于一定值时，钢筋就会在梁开裂瞬间达到屈服强度，,即“,a,状态”与“,a,状态”重合，无第,阶段受力过程。,此时的配筋率称为,最小配筋率,r,min,这种破坏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,。,当,r,3,破坏特点,：首先在梁的底部出现垂直的弯曲裂缝；随即，其中一条弯曲裂缝很快地斜向伸展到梁顶的集中荷载作用点处，形成所谓的临界斜裂缝，将梁劈裂为两部分而破坏，同时，沿纵筋往往伴随产生水平撕裂裂缝。,抗剪承载力取决于混凝土,的抗拉强度,(2),剪压破坏,发生条件,：剪跨比适中,1a/h,0,3,破坏特点,：首先在剪跨区出现数条短的弯剪斜裂缝，其中一条延伸最长、开展较宽的裂缝成为临界斜裂缝；临界斜裂缝向荷载作用点延伸，使混凝土受压区高度不断减小，导致剪压区混凝土达到复合应力状态下的极限强度而破坏。,抗剪承载力主要取决于混凝土在复合应力下的抗压强度,（,3,）斜压破坏,发生条件,：剪跨比很小,a/h,0,x,b,时,第六章 受压构件,受,拉,破坏,(,大偏心受压,),受,压,破坏,(,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,由于施工误差、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，引入,附加偏心距,e,a,(Odditional,eccentricity),，,即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距,e,0,=,M,/,N,与附加偏心距,e,a,之和，称为,初始偏心距,e,i,(initial eccentricity),，,参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距,e,a,取,20mm,与,h,/30,两者中的较大值，此处,h,是指偏心方向的截面尺寸。,一、附加偏心距,二、偏心距增大系数,由于侧向挠曲变形，轴向力将产生,二阶效应,，引起附加弯矩,对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。,图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为,f,。,对跨中截面，轴力,N,的,偏心距为,e,i,+,f,，,即跨中截面的弯矩为,M,=,N,(,e,i,+,f,),。,在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的,长细比,l,0,/,h,不同，侧向挠度,f,的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破坏类型。,第六章 受压构件,对于,长细比,l,0,/,h,8,的,短柱,侧向挠度,f,与初始偏心距,e,i,相比很小,柱跨中弯矩,M,=,N,(,e,i,+,f,),随轴力,N,的增加基本呈线性增长，,直至达到截面承载力极限状态产生破坏。,对短柱可忽略挠度,f,影响。,第六章 受压构件,长细比,l,0,/,h,=830,的,中长柱,f,与,e,i,相比已不能忽略。,f,随轴力增大而增大，柱跨中弯矩,M,=,N,(,e,i,+,f,),的增长速度大于轴力,N,的增长速度，,即,M,随,N,的增加呈明显的非线性增长,虽然最终在,M,和,N,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。,因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度,f,对弯矩增大的影响。,第六章 受压构件,第六章 受压构件,长细比,l,0,/,h,30,的长柱,侧向挠度,f,的影响已很大,在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度,f,已呈,不稳定,发展,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,N,u,-,M,u,相关曲线相交之前,这种破坏为失稳破坏，应进行专门计算,偏心距增大系数,第六章 受压构件,l,0,四、,N,u,-,M,u,相关曲线,interaction relation of N and 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状态时，其,压力和弯矩是相互关联的,，可用一条,N,u,-,M,u,相关曲线表示。,第六章 受压构件,N,u,-,M,u,相关曲线反映了在压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：,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的一种内力组合。,如一组内力（,N,，,M,）,在曲线内侧说明截面未达到极限状态，是安全的；,如（,N,，,M,）,在曲线外侧，则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,N,0,（,A,点）；,当轴力为零时，为受纯弯承载力,M,0,（,C,点）；,截面受弯承载力,M,u,与作用的轴压力,N,大小有关；,当轴压力较小时，,M,u,随,N,的增加而增加（,CB,段）；,当轴压力较大时，,M,u,随,N,的增加而减小（,AB,段）；,第六章 受压构件,截面受弯承载力在,B,点达,(,N,b,，,M,b,),到最大，该点近似为界限破坏；,CB,段（,N,N,b,）,为受拉破坏，,AB,段（,N,N,b,）,为受压破坏；,对于对称配筋截面，达到界限破坏时的轴力,N,b,是一致的。,第六章 受压构件,如截面尺寸和材料强度保持不变，,N,u,-,M,u,相关曲线随配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,压力的存在,延缓了斜裂缝的出现和开展,斜裂缝角度减小,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,?,第六章 受压构件,要求掌握的内容,1,、受压构件的分类,2,、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,4,、的取值,5,、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、特征、性质、防止措施，判别。,7,、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,M-N,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。,受拉构件,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,轴心受拉构件,计算。,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，属于,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,偏心受拉构件,小偏心受拉破坏：,轴向拉力,N,在,A,s,与,A,s,之间，全截面均受拉应力，但,A,s,一侧拉应力较大，,A,s,一侧拉应力较小。,随着拉力增加，,A,s,一侧首先开裂，但裂缝很快贯通整个截面，,A,s,和,A,s,纵筋均受拉，最后,A,s,和,A,s,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：,轴向拉力,N,在,A,s,外侧，,A,s,一侧受拉，,A,s,一侧受压，混凝土开裂后不会形成贯通整个截面的裂缝。,最后，与大偏心受压情况类似，,A,s,达到受拉屈服，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,N,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,N,近乎成正比,。,要求掌握的内容,1,、受拉构件的分类。,2,、钢筋的受力情况,3,、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,两类受扭构件：,平衡扭转,约束扭转,纯扭构件的破坏形态,一、开裂前的应力状态,截面受扭弹性抵抗矩,破坏面呈一空间扭曲曲面,二、开裂情况、破坏面及受扭钢筋形式,受扭钢筋,纵向受扭钢筋,受扭箍筋,三、破坏形态,随着配置钢筋数量的不同，受扭构件的破坏形态也可分为：,适筋破坏,、,少筋破坏,和,超筋破坏、部分超筋,（,1,）适筋破坏,箍筋,和,纵筋,配置都合适,与临界（斜）裂缝相交的钢筋,然后混凝土压坏,与受弯适筋梁的破坏类似，具有一定的延性,都能先达到屈服，,（,2,）少筋破坏,当配筋数量过少时,一旦开裂，将导致扭转角迅速增大,，,构件随即破坏。,与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征,（,3,）超筋破坏,箍筋,和,纵筋,配置都过大,在钢筋屈服前混凝土就压坏，,为受压脆性破坏。,与受弯超筋梁类似,部分超筋破坏,箍筋和受扭纵筋两部分配置不协调,抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比,规范,建议取,0.6,z,1.7,，,将不会发生“部分超筋破坏”,设计中通常取,z,=1.2,受扭计算中对称布置在截面周边的全部抗扭纵筋的截面面积；,受扭纵筋的抗拉强度设计值；,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,