钢筋混凝土梁破坏形式及避免方法

摘 要:本文介绍了钢筋混凝土梁破坏形式,分析了造成破坏的原因,介绍了钢筋混凝土梁设计时应注意的问题、避免方法。

关键词:钢筋混凝土梁;破坏形式;避免方法

钢筋混凝土建筑中有很多梁式构件,梁式构件发挥着重要作用,是现代建筑结构中必不可少的部分。钢筋混凝土梁主要承受弯矩,是典型的受弯构件。如果设计不当会影响梁使用寿命,产生安全隐患,甚至造成人员和财产损失。在设计时了解钢筋混凝土梁的破坏形式及相应的避免方法,可以提高使用年限,减少损失。

1 钢筋混凝土梁破坏形式

梁在受载情况下可能发生两种破坏形式:正截面破坏和斜截面破坏。

1.1 钢筋混凝土梁正截面破坏特征及避免方法

不同的混凝土强度的等级、不同的梁的截面形式、不一的梁的配筋率等都会对梁破坏特征会产生影响,在众多因素中配筋率中对梁破坏特征影响最突出。以矩形截面简支梁为例,说明梁正截面破坏特征。

少筋破坏;梁的配筋率过于小时,即小于规范要求的梁的最低配筋率,当有裂纹出现时就会快速扩展,此时钢筋承受开裂区的全部拉力,所以钢筋会由于应力突然增大而屈服,梁短时间内就发生破坏,这种破坏特征与素混凝土梁破坏特征相似。

适筋破坏:梁的配筋率适中时,梁的破坏首先由于受拉区纵向受力钢筋发生屈服,进而随着荷载增加梁受压区的混凝土被压碎,这种情况下充分利用了钢筋强度和混凝土的强度,充分发挥了材料的力学性能。塑性变形和裂缝征兆在梁破坏前很明显,表现出塑性性质。

超筋破坏:梁的配筋率过大时,梁的破坏是受压区的混凝土被压碎而造成的,而此时受拉区的钢筋未发生屈服。超筋破坏在破坏前会不会出现明显的变形和征兆,破坏带有脆性性质。

受拉区混凝土和受拉钢筋相互抗衡的结果决定了梁的破坏形式。当配筋的受拉能力小于混凝土的抗压能力时,钢筋先屈服;相反当混凝土的抗压能力小于配筋的受拉能力时,混凝土先被压碎。

因此在梁的设计过程中只允许设计成适筋梁,可以避免无征兆突然发生破坏的少筋梁和超筋梁。同时要求梁的纵向受力钢筋的截面积满足:

Asρminbh

其中:ρmin最小配筋率,根据截面开裂弯矩与极限弯矩的条件去求。

b,h为界面的宽度和高度。

其次要求梁的相对受压高度小于其相对界限受压高度,相对界限受压高度需要根据截面平面变形假设。[1]

1.2 钢筋混凝土梁斜截面破坏特征及避免方法

不考虑自重的矩形截面简支梁,受到两个对称分布的集中力作用。在两集中力所夹的区间内仅有弯矩作用,称作纯弯曲段;在支座附近区段内有弯矩和剪力的共同作用,称为剪跨。在保障跨中正截面抗弯承载力满足要求的情况下,在剪跨区段可能发生沿斜截面破坏。

斜拉破坏:剪跨比较大的无腹筋梁或腹筋配置过少的有腹筋梁,加载到一定程度,就会出现斜裂纹,由于腹筋过少甚至没有,斜裂缝便很快变成临界斜裂缝,将梁沿斜截面劈裂成两部分而导致梁的破坏。梁在破坏前的变形很小,且常只会出现一条斜裂缝,破坏时表现出明显的脆性。

剪压破坏:剪跨比适中的无腹筋梁或腹筋配置适量的有腹筋梁,受载到一定阶段时,斜裂缝中的一条缓慢发展,剪压区高度渐渐减小,最后剪压区混凝土发生破坏,梁最终破坏。和正截面适筋梁发生破坏时相似,斜截面剪压破坏前也会出现预兆。

斜压破坏:剪跨比很小的钢筋混凝土梁,一定受载后出现腹剪型斜裂缝,随着荷载增加梁腹出现竖向裂纹,最后因竖向裂纹分割的混凝土被壓碎而破坏。破坏荷载很高,但变形很小,是脆性破坏。

所以在钢筋混凝土梁的设计时,应该避免发生斜压破坏、斜拉破坏和其他形式的破坏,尽力使斜截面呈剪压破坏。以剪压破坏受力特征为根据进行斜截面受剪承载力计算,保障截面尺寸,控制所加箍筋的最大间距、最小直径及配筋率,使其全部达到构造要求。在考虑计算要求的同时,还要采取必要的构造措施。同时合理布置弯起钢筋的开始弯起位置、合理选择纵筋的截断位置及注意相关纵筋的锚固要求、箍筋的构造要求等。[1

2 结语

钢筋混凝土梁在现代的建筑结构中正发挥着不可替代的作用,如今混凝土结构正朝着高性能、高功能、智能化发展,无论是超级跨海大桥、海底隧道,还是地下工程、高层建筑、超高层建筑中都大显身手,扩展了我们的生存空间,方便了我们的生活。随着时代发展对钢筋混凝土结构也提出了更高的要求,钢筋混凝土梁设计应满足技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求,紧随时代的步伐。

参考文献:

[1]沈蒲生.钢筋混凝土结构设计原理(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2012.2:60-100.

THE END
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1.第6章混凝土梁承载力计算原理适筋梁在正截面承载力极限状态,受拉钢筋己经达到屈服强度,压区混凝上达到受 压破坏极限。以单筋矩形截面为例,根据上述假设,截面受力状态如图6-5所示。 此时,压区边缘混凝土压应变达到极限压应变。对于特定的混凝土强度等级,0ε与cu ε均可取为定值;因此,根据截面假定与混凝土应力-应变关系,压区混凝土应力分布图形jvzquC41o0972mteu0tfv8iqe1ig5?f639>78oh3cf4ivvq
2.[课程思政优秀教学设计]“受弯构件正截面破坏的三种形态”掌握单筋矩形截面梁的三种破坏形态及破坏特征;掌握适筋梁正截面受弯计算公式及适用条件。 3.能力目标 培养学生进行受弯构件正截面设计的能力。 二、教学内容分析 1.学情分析 1)知识体系分析:学生刚开始接触结构设计类课程,前两年学习的基础知识,比如高等数学、理论力学、材料力学、结构力学等均为偏理论的课程,学生jvzquC41lyi/jkz0gf{/ew4kphu03;681;8757mvo
3.受弯构件裂缝挠度及承载能力测定的强度等级有关,对于常用的钢筋和混凝土等级来说,受弯构件的破坏形态取决于配筋率ρ主要有适筋梁破坏、超筋梁破坏和少筋梁破坏三种形态。 1.适筋梁破坏 纵向受拉钢筋配筋率适中(ρmin≤ρ≤ρb)的梁称为适筋梁。适筋梁发生正截面破坏时,其破坏特征是:破坏首先从受拉区开始,受拉钢筋先发生屈服,直到受压区边jvzquC41vo~/vlz0gf{/ew4kphu03;;:13:497mvo
4.钢筋混凝土结构基本原理3、答:由于受拉钢筋首先到达屈服,然后混凝土收压破坏的梁,称为适筋梁。这种梁的破坏特征是钢筋屈服处的临界裂缝显著开展,顶部压区混凝土产生很大局部变形,形成集中的塑性变形区域。在这个区域内截面转角急剧增大,预示着梁的破坏即将到来,其破坏形态具有”塑性破坏”的特征,即破坏前有明显的预兆---裂缝和变形的急剧jvzquC41o0972mteu0tfv8iqe1gd5?5;344ivvq
5.钢筋混凝土简支梁受弯/受剪破坏过程虚拟实验钢筋混凝土简支梁的受弯/受剪破坏过程是学生了解钢筋混凝土设计原理与理解钢筋混凝土结构破坏过程与破坏特性的重要实验内容。按照配筋率不同,钢筋混凝土梁可能出现少筋梁破坏、适筋梁破坏与超筋梁破坏等三种截然不同的破坏形式。本虚拟实验在适筋梁受弯/受剪破坏真实实验的基础上,利用可视化技术系统的介绍了钢筋混凝土简支梁受弯/受剪破坏实验原理、实验方法jvzquC41ek|jn7huw0kew7hp1ktgq8677;562?70jvs
6.土木建筑工程:钢筋混凝土组合结构试题及答案(强化练习)8、填空题 适筋的破坏始于(),它的破坏属于()。超筋梁的破坏始于(),它的破坏属于()。 点击查看答案 9、多项选择题 后锚固连接设计应考虑被连接结构的类型(结构构件与非结构构件)、锚栓受力状况()及其组合、荷载类型及锚固连接的安全等级(重要与一般)等因素的综合影响。 A.受拉 B.受压 C.受弯 D.受剪 点击查看答案 10jvzq<84yyy4:3n}co0usi8jzco59969243552;63574ivvq
7.钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算(2)(69页)2.了解受弯构件正截面工作的三个阶段和各阶段截面应变和应力的分布以及破坏特征。 3.理解正截面承载力计算的基本假定、等效矩形应力图形及适筋梁的界限条件。 4.熟练掌握矩形、T形截面的正截面承载力计算方法及计算公式的适用条件。 . 框架结构 桥梁 渡槽 受弯构件 结构中各种类型的梁和板。 截面主要承受弯矩M和jvzquC41oc~/dxtm33>/exr1jvsm1;5431693<4:26=18>5752643<80ujzn