4.2 受彎構(gòu)件正截面受彎的受力全過程

　　4.2.1 適筋梁正截面受彎的三個(gè)受力階段

　　1. 適筋梁正截面受彎承載力的實(shí)驗(yàn)

　　(1) 試驗(yàn)梁

　　受彎構(gòu)件正截面受彎破壞形態(tài)與縱向受拉鋼筋配筋率有關(guān)。當(dāng)受彎構(gòu)件正截面內(nèi)配置的縱向受拉鋼筋能使其正截面受彎破壞形態(tài)屬于延性破壞類型時(shí)，稱為適筋梁。

　　圖4-4為一混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25的鋼筋混凝土簡支梁。為消除剪力對(duì)正截面受彎的影響，采用兩點(diǎn)對(duì)稱加載方式，使兩個(gè)對(duì)稱集中力之間的截面，在忽略自重的情況下，只受純彎矩而無剪力，稱為純彎區(qū)段。在長度為L0/3的純彎區(qū)段布置儀表，以觀察加載后梁的受力全過程。荷載是逐級(jí)施加的，由零開始直至梁正截面受彎破壞。

　　(2) 適筋梁正截面受彎的三個(gè)階段

　　圖4-5中縱坐標(biāo)為梁跨中截面的彎矩實(shí)驗(yàn)值M0 ,橫坐標(biāo)為梁跨中截面曲率實(shí)驗(yàn)值j0。可見，M0 — j0關(guān)系曲線上有兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)C和y，故適筋梁正截面受彎的全過程可劃分為三個(gè)階段 — 未裂階段、裂縫階段和破壞階段。

　　1)第Ⅰ階段：混凝土開裂前的未裂階段

　　剛開始加載時(shí)，由于彎矩很小，混凝土基本上處于彈性工作階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，受壓區(qū)和受拉區(qū)混凝土應(yīng)力分布圖形為三角形。見圖4-6 (a)。

　　在彎矩增加到M0cr 時(shí)，受壓區(qū)混凝土基本上處于彈性工作階段，受壓區(qū)應(yīng)力圖形接近三角形;而受拉區(qū)應(yīng)力圖形則呈曲線分布,受拉區(qū)邊緣纖維的應(yīng)變值即將到達(dá)混凝土的極限拉應(yīng)變值，截面遂處于即將開裂狀態(tài)，稱為第Ⅰ階段末，用Ⅰa表示。見圖4-6(b)。

　　由于受拉區(qū)混凝土塑性的發(fā)展，Ⅰa 階段時(shí)中和軸的位置比第Ⅰ階段初期略有上升。第Ⅰ階段的特點(diǎn)是: ①混凝土沒有開裂;②受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形是直線，受拉區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形在第Ⅰ階段前期是直線，后期是曲線;③彎矩與截面曲率基本上是直線關(guān)系。

　　Ⅰa 階段可作為受彎構(gòu)件抗裂度的計(jì)算依據(jù)。

　　2) 第Ⅱ階段：混凝土開裂后至鋼筋屈服前的裂縫階段

　　M0>M0cr,時(shí)，在純彎段抗拉能力最薄弱的某一截面處，將首先出現(xiàn)第一條裂縫、梁即由第Ⅰ階段轉(zhuǎn)入為第Ⅱ階段工作。

　　裂縫出現(xiàn)時(shí)梁的撓度和截面曲率都突然增大，裂縫截面處的中和軸位置也將隨之上移。在中和軸以下裂縫尚未延伸到的部位，混凝土雖然仍可承受一小部分拉力，但受拉區(qū)的拉力主要由鋼筋承擔(dān)。見圖4-6(c)。

　　彎矩再增大，主裂縫開展越來越寬，受壓區(qū)應(yīng)力圖形呈曲線變化。當(dāng)彎矩繼續(xù)增大到受拉鋼筋應(yīng)力即將到達(dá)屈服強(qiáng)度f0y時(shí)，稱為第Ⅱ階段末，用Ⅱa表示。見圖4-6(d)。

　　第Ⅱ階段是截面混凝土裂縫發(fā)生、開展的階段，在此階段中梁是帶裂縫工作的。其受力特點(diǎn)是：①在裂縫截面處，受拉區(qū)大部分混凝土退出工作，拉力主要由縱向受拉鋼筋承擔(dān)，但鋼筋沒有屈服;②受壓區(qū)混凝土已有塑性變形，但不充分，壓應(yīng)力圖形為只有上升段的曲線;③彎矩與截面曲率是曲線關(guān)系，截面曲率與撓度的增長加快了。

　　階段Ⅱ相當(dāng)于梁使用時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，可作為使用階段驗(yàn)算變形和裂縫開展寬度的依據(jù)。

　　3)第Ⅲ階段：鋼筋開始屈服至截面破壞的破壞階段

　　縱向受拉鋼筋屈服后，正截面就進(jìn)入第Ⅲ階段工作。

　　鋼筋屈服，中和軸繼續(xù)上移，受壓區(qū)高度進(jìn)一步減小，受壓區(qū)壓應(yīng)力圖形更趨豐滿。彎矩再增大直至極限彎矩實(shí)驗(yàn)值M0u時(shí)，稱為第Ⅲ階段末，用Ⅲa表示。此時(shí)，邊緣纖維壓應(yīng)變到達(dá)(或接近)混凝土的極限壓應(yīng)變實(shí)驗(yàn)值ε0cu，標(biāo)志著截面已開始破壞。見圖4-6(e)。

　　在第Ⅲ階段整個(gè)過程中，鋼筋所承受的總拉力大致保持不變，但由于中和軸逐步上移，內(nèi)力臂z略有增加，故截面極限彎矩M0u略大于屈服彎矩M0y�？梢姷冖箅A段是截面的破壞階段，破壞始于縱向受拉鋼筋屈服，終結(jié)于受壓區(qū)混凝土壓碎。其受力特點(diǎn)是：①縱向受拉鋼筋屈服，拉力保持為常值;裂縫截面處，受拉區(qū)大部分混凝土已退出工作，受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力曲線圖形比較豐滿，有上升段曲線，也有下降段曲線;②由于受壓區(qū)混凝土合壓力作用點(diǎn)外移使內(nèi)力臂增大，故彎矩還略有增加;③受壓區(qū)邊緣混凝土壓應(yīng)變達(dá)到其極限壓應(yīng)變實(shí)驗(yàn)值ε0cu時(shí)，混凝土被壓碎，截面破壞;④彎矩一曲率關(guān)系為接近水平的曲線。

　　第Ⅲ階段末(Ⅲa )可作為正截面受彎承載力計(jì)算的依據(jù)。

　　(3) 適筋梁正截面受彎的三個(gè)受力階段的主要特點(diǎn)