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《高等钢筋混凝土结构学》课程报告混凝土构件变形的综述摘要：混凝土作为土木工程结构中应用极为广泛的材料,其受力变形及破坏形态比较复杂，混凝土构件是建筑结构中受力的主要元件，了解其变形破坏形态有着极其重要的作用。混凝土构件，按照其简单受力形态，大致可以分为四种：受弯构件，受压构件，受拉构件，受扭构件。本文主要讲述混凝土构件在四种受力情况下变形及破坏的形态。一、混凝土受弯变形及破坏综述受弯构件，在混凝土构件以梁居多，其中受弯构件受力变形按受力形式又可以分为正截面受力和斜截面受力。1、混凝土正截面受力变形与纵向受拉配筋率有关，按照配筋不同可以分为三种变形破坏形态：适筋破坏，少筋破坏，超筋破坏。当混凝土受弯构件正截面配制纵向受拉钢筋能使其正截面受弯破坏形态属于延性变形破坏时，即为适筋变形破坏。其变形受力特点可以分为三个阶段：一、混凝土加载至产生裂缝阶段；二、混凝土开裂，受拉钢筋承担拉力，至混凝土受拉区钢筋屈服；三、钢筋开始屈服，受压区高度不断减小，直至受压区边缘混凝土被压碎破坏。当混凝土钢筋配制过少时，会发生少筋受力破坏，其受力特点时，受拉区混凝土一开裂混凝土就会破坏；当混凝土钢筋配制过多时，会发生超筋变形破坏，其变形特点时，混凝土受力后受压区边缘先压碎，纵向受拉钢筋不屈服。2、引起混凝土受弯构件斜截面变形破坏的主要是斜截面受剪承载力和受弯承载力，根据混凝土受弯斜截面变形破坏形态可将其分为三种变形破坏条件：一、斜压破坏；二、剪压破坏；三、斜拉破坏。当剪跨比小于1时，会发生斜压破坏，混凝土受力后，斜截面会呗腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱并破坏；当剪跨比位于1至3时，会发生剪压破坏，其受力特点是，受力后，先在剪弯区段的受拉区边缘出现一些垂直裂缝，然后斜向延伸形成一些斜裂缝，最后产生一条较宽的临界斜裂缝，使得斜截面剪压区高度缩小，剪压区混凝土破坏；当剪跨比大于3时，往往会发生斜拉破坏，其受力特点是垂直裂缝一产生，就迅速向受压区斜向伸展，使得斜截面迅速破坏。二、混凝土受压变形及破坏综述混凝土受压构件主要以柱为主，按照受力形态受压构件可以分为轴心受压构件，单向偏心受压构件和双向偏心受压构件。按照柱的长细比，可分为长柱和短柱1、短柱受力变形破坏形态配有纵筋和箍筋的短柱，在轴心荷载作用下，整个截面的应变基本上是均匀分布的。当荷载较小时，混凝土和钢筋都处于弹性阶段。当荷载较大时，由于混凝土塑性变形的发展，压缩变形增加的速度快于荷载增长速度。同时，在相同荷载增量下，钢筋的压应力比混凝土的压应力增加得快，见左图。随着荷载的继续增加，柱中开始出现微细裂缝，在临近破坏荷载时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压碎，柱子即告破坏。其中短柱破坏形态又可以分为受拉破坏和受压破坏受拉破坏又称大偏心受压破坏，它发生于轴向力N的相对偏心距较大，且受拉钢筋配置得不太多时。受拉破坏形态的特点是受拉钢筋先达到屈服强度，导致压区混凝土压碎，是与适筋梁破坏形态相似的延性破坏类型。受压破坏形态又称小偏心受压破坏，截面破坏是从受压区开始的，发生于以下两种情况。(1)当轴向力N的相对偏心距较小时，构件截面全部受压或大部分受压，一般情况下截面破坏是从靠近轴向力一侧受压区边缘处的压应变达到混凝土极限压应变值而开始的。破坏时，受压应力较大一侧的混凝土被压坏，同侧的受压钢筋的应力也达到抗压屈服强度。另外，当相对偏心距很小时，由于截面的实际形心和构件的几何中心不重合，当纵向受压钢筋比纵向受拉钢筋多很多时，也会发生离轴向力作用点较远一侧的混凝土先压坏的现象，这可称为“反向破坏”(2)当轴向力的相对偏心距虽然较大，但却配置了特别多的受拉钢筋，致使受拉钢筋始终不屈服。破坏时，受压区边缘混凝土达到极限压应变值，受压钢筋应力达到抗压屈服强度，而远侧钢筋受拉而不屈服。破坏无明显预兆，压碎区段较长，混凝土强度越高，破坏越带突然性2、长柱受力破坏形态对于长细比较大的柱子，试验表明，由各种偶然因素造成的初始偏心距的影响是不可忽略的。加载后，初始偏心距导致产生附加弯矩和相应的侧向挠度，而侧向挠度又增大了荷载的偏心距；随着荷载的增加，附加弯矩和侧向挠度将不断增大。这样相互影响的结果，使长柱在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏。破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。三、混凝土构件受拉变形破坏形态混凝土受拉构件受力变形特点可以分为三个阶段，一、受力后加载至混凝土受拉开裂前；二、混凝土开裂后钢筋达到屈服，三、混凝土受拉钢筋达到屈服至全部受拉钢筋达到屈服。四、混凝土构件受扭变形破坏形态工程结构中处于纯扭矩作用的情况很少，绝大多数都是处于弯矩、剪力、轴力、扭矩共同作用的复合受扭情况，根据其配筋及受力特点可分为几种受力形态1、当混凝土受扭构件配筋数量较少时(少筋构件)，结构在扭矩荷载作用下，混凝土开裂并退出工作，混凝土承担的拉力转移给钢筋，由于结构配置纵筋及箍筋数量很少，钢筋应力立即达到或超过屈服点，结构立即破坏。破坏过程急速而突然，破坏扭矩基本上等于抗裂扭矩。破坏类似于受弯构件的少筋梁，被称为“少筋破坏”。2、当混凝土受扭构件按正常数量配筋时(适筋构件)，结构在扭矩荷载作用下，混凝土开裂并退出工作，钢筋应力增加但没有达到屈服点。随着扭矩荷载不断增加，结构纵筋及箍筋相继达到屈服点，进而混凝土裂缝不断开展，最后由于受压区混凝土达到抗压强度而破坏。结构破坏时其变形及混凝土裂缝宽度均较大，破坏过程表现出一定的塑性特征。破坏类似于受弯构件的适筋梁，属于延性破坏即“适筋破坏”。3、当混凝土受扭构件配筋数量过大或混凝土强度等级过低时(超筋构件)，结构破坏时纵筋和箍筋均未达到屈服点，受压区混凝土首先达到抗压强度而破坏。结构破坏时其变形及混凝土裂缝宽度均较小，其破坏类似于受弯构件的超筋梁，属于无预兆的脆性破坏即“超筋破坏”。4、当混凝土受扭构件的纵筋与箍筋比率相差较大时(部分超筋构件)，即一种钢筋配置数量较多，另一种钢筋配置数量较少，随着扭矩荷载的不断增加，配置数量较少的钢筋达到屈服点，最后受压区混凝土达到抗压强度而破坏。结构破坏时配置数量较多的钢筋并没有达到屈服点，结构具有一定的延性性质。这种破坏的延性比完全超筋要大一些，但又小于适筋构件，这种破坏叫“部分超筋破坏”。