率比较适当的正截面称为适筋截面,具有适筋截面的梁叫适筋梁。影响钢筋混凝土正截面承载力的因素较多,如混凝土强度等级、截面尺寸及纵向钢筋配筋率等。
上图所示为一混凝土设计强度等级为C25的钢筋混凝土简支梁。为消除剪力对正截面受弯的影响,采用两点对称加载方式,使两个对称集中力之间的截面,在忽略自重的情况下,只受纯弯矩而无剪力,称为纯弯区段。在长度为L03的纯弯区段布置仪表,以观察加载后梁的受力全过程。荷载是逐级施加的,由零开始直至梁正截面受弯破坏。下面分析在加载过程中,钢筋混凝土受弯构件正截面受力的全过程。在纯弯段内,沿梁高两侧布置测点,用仪表量测梁的纵向变形。所测得的数值都表示在此标距范围内的平均应变值。另外,在跨中和支座处分别安装百(千)分表以量测跨中的挠度f(也有采用挠度计量测挠度的),有时还要安装倾角仪以量测梁的转角。右图为中国建筑科学研究院做钢筋混凝土试验梁的弯矩与截面曲率关系曲线实测结果。图中纵坐标为梁跨中截面的弯矩实验值M0横坐标为梁跨中截面曲率实验值φ0。
f实验表明,适筋梁正截面受弯的全过程可划分为三个阶段未裂阶段、裂缝阶段和破坏阶段。1第I阶段:混凝土开裂前的未裂阶段a当受拉边缘的拉应变达到混凝土极限拉应变时(),为截面即将
开裂的临界状态(Ⅰa状态),此时的弯矩值称为开裂弯矩Mcrb从开始加荷到受拉区混凝土开裂,梁的整个截面均参加受力。虽然受拉区混凝土在开裂以前有一定的塑性变形,但整个截面的受力基本接近线弹性,荷载挠度曲线或弯矩曲率曲线基本接近直线。截面抗弯刚度较大,挠度和截面曲率很小,钢筋的应力也很小,且都与弯矩近似成正比。2第Ⅱ阶段:混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段a在开裂瞬间,开裂截面受拉区混凝土退出工作,其开裂前承担的拉力将转移给钢筋承担,导致钢筋应力有一突然增加(应力重分布),这使中和轴比开裂前有较大上移。b随着荷载增加,受拉区不断出现一些裂缝,拉区混凝土逐步退出工作,截面抗弯刚度降低,荷载挠度曲线或弯矩曲率曲线有明显的转折。c虽然受拉区有许多裂缝,但如果纵向应变的量测标距有足够的长度(跨过几条裂缝),则平均应变沿截面高度的分布近似直线。(平截面假定)
fd荷载继续增加,钢筋拉应力、挠度变形不断增大,裂缝宽度也不断开展,但中和轴位置没有显著变化。e由于受压区混凝土压应力不断增大,其弹塑性特性表现得越来越显r