钢筋砼梁的弯曲研究.doc

长春工程学院 2003届毕业设计专业外文翻译：钢筋砼梁的弯曲研究引言极限强度设计是一种决定承受极限荷载和极限截面强度的部分尺寸，极限荷载用来增加工作荷载，固定荷载和假定活荷载，极限截面强度增大通过钢筋的弯曲，随着砼的破碎，极限荷载引起外部的极限破坏比如弯距、剪切刺入。构件截面的设计依据它的内部极限能量等于或大于外部作用在构件上的极限压力。为了平衡钢筋砼构件，需要研究三个主要部分。1.结构的安全。通过提供足够的内部极限强度来维持；2.工作荷载下构件的反映。这个的最大价值必须被局限通常定义为横跨的一个因素，来制约结构的表面。3.工作压力下裂缝的宽度。可见的裂缝破坏了结构的表面还使湿气进入砼，引起钢筋腐蚀，减弱钢筋砼的强度。1983ACI的准则，限制内部裂缝宽度为0.016英寸（约0.40毫米），外部裂缝为0.013英寸（约0.33毫米）。值得一提的是极限强度设计方法能允许使用在英国为1957年，美国在1956年，USSR是1935年。1983ACI准则则重视极限强度的设计。假定：钢筋砼截面是异质性的，因为它们由两种不同的材料制成，钢筋和砼，所以通过极限强度设计分配结构组成基于以下假定：1.在同一平面上，砼内部的拉力和加强筋的拉力，假如钢筋和砼的联结力足够；2.砼的内部拉力随着到中性轴距离的变化呈线性变化；3.所有规格的钢筋的弹性模量是Es取值2*105MPA,弹性范围内的应力等于压力乘以Es，在塑性范围内，钢筋应力Fy;4.水平截面在弯曲之后继续水平；5.砼的张拉强度忽略因为（1）砼的张拉强度大约为它的压缩强度的1/10（2）裂开的砼假设不起作用（3）在裂开之前，整个砼截面能有效支承部分力。6.弹性分析方法，假定在所有压力下的一种理想状态，是不实用的。在高压力作用下，非弹性状态被假定，这和钢筋砼的实际状态相同。7. ACI准则允许在极限强度理论：极端压缩介质最大应力假设等于0.003；8.在极限强度理论中，压缩砼压力分配形状可以假定为矩形、抛物线形、不规则四边形，在这种测试中，可以假设为矩形。简单的钢筋砼梁受荷载状态下的状态：砼受拉力强度变的很弱，砼梁在假定工作压力下肯定会在受拉区裂开，梁失效假如没有张拉加强，砼裂开发生在加荷阶段，当它的最大张拉力达到砼变形模量，所以钢筋被用来增加梁的活动范围。钢筋抵制拉力，砼抵制压力。为了研究增加荷载下的钢筋砼梁的受力状态，让我们来测验两个梁如何破坏，两个梁的截面均是长8英寸，宽4.5英寸，只在受拉区布置两根5号筋，他们用两种砼制成，梁1没有马镫，梁二每三英寸一个马镫，荷载系统和测试步骤相同，为了测定砼的受压强度和弹性模量，检测标准的砼立方体，比较在不同增加荷载下的应力，以下观察是不同荷载阶段下的记录：第一阶段：在零外荷载，每个梁除承受自重，还承受I形梁和一些板的荷载系统，梁1自重1200N，梁2为1205N，荷载系统为394N,每个梁在起始阶段的表现都相同。在任一截面，全部砼截面和除钢筋外承受弯距和剪力。最大压力发生在最大弯距处，即跨中央。底部的最大拉力小于砼的变形模量，顶部压力小于砼的极限压力Fc.在这一阶段无裂缝产生。第二阶段：当外荷载由0增加到P，达到第二阶段，在构件底部产生的拉力等于砼的变形模量，在这一阶段，全部砼的截面都有效，受拉区的钢筋所受拉力保持与周围砼相等，钢筋的拉力等于周围砼的拉力乘以一个系数n，这个系数即砼与钢筋拉伸模量的比值。顶部砼的压力同受压强度Fc相比依然很小，梁的变形在这一阶段是弹性的。在26.7KN的荷载作用下，可以看到在每个梁中都有垂直裂缝，梁1和梁2的应变分别为529*10-6和550*10-6，对应2500帕和2600帕的压力。梁2的钢筋应变为685*10-6，对应于钢筋压力20，000帕，当应力乘以钢筋的弹性模量。第三阶段：当荷载增加到超过P1(大于26.7 KN)，在弹性范围内砼的弹力增加直到大于变形模量Fr,出现裂缝。中性轴上移，裂缝延伸接近移动后的中性轴，弹性范围内的砼失去它的弹性强度，钢筋开始工作来承担全部拉力。在裂缝间，砼底部承受弹力，但是没有什么用途，可以假定在中性轴以下的砼不承受外荷载。一般来说，裂缝发展情况、间距及裂缝最大宽度取决于多种因素，比如钢筋中的水平力，钢筋在截面内的布置，砼保护层厚度所用钢筋等级。在这一阶段，梁的变形增加和裂缝区的惯性运动不如非裂区的惯性清晰，裂缝从梁的跨中央开始，其它部分未开裂，当荷载继续增加时，新的裂缝出现并向支点延伸，一两条中央裂缝最受荷载影响，他们的宽度增加明显而其它的裂缝宽度增加娇小，观察这些宽裂缝比大量的小裂缝更重要。如果在荷载范围内继续增加，可以看到留下一些量不是很大但永久性的裂缝。再次受荷载的裂缝会很快裂开，因为砼的弹性强度完全消失，所以开始了第二阶段。一旦经历这个阶段就不会再有这种现象发生。裂缝在工作荷载下延伸发展到全部砼截面的支撑力和总的内部运动不在有意义。在高压下砼的拉力增加很快，在同种的砼标准试块试验的应力应变曲线中可以估计砼在任何应力下的应变，对于钢筋而言，应力始终低于弯曲应力，任何应力都可以通过应变乘以钢筋的弹性模量Es得到。第四阶段：在42.75 KN的作用下梁1的支座剪力增加并且引起与垂直角大于450的对角线裂缝，这是由于弯距和剪力的共同作用产生的。对角线裂缝向下延伸到钢筋水平面然后垂直延伸到钢筋水平支座。当裂缝扩展到梁的底部砼块开始下落并突然失效，失效荷载为61.2 KN。跨中央截面的钢筋和砼的应力没有达到它的失效应力。在45.9 KN荷载作用下，梁2中的对角线及裂缝发生和梁1相似，然后其它平行的对角线出现，马镫开始发挥作用，裂缝不像梁1中一样沿垂直的主要钢筋延伸，随着荷载的增加，在59.6 KN荷载作用下梁的另一头的对角线裂缝发生，在这一阶段由于马镫作用失效不会发生。第五阶段：当梁I的荷载继续增加，应变明显增加直到梁的最大极限荷载Pu=72.9 KN.梁I中的被利用的加强筋的数量相对较少。当钢筋中的应变达到弯曲应变时可以认为弯曲应变等于弯曲应力除以钢筋的弹性模量即y=Fy/Es,砼的应变c小于在最大压应力Fc下的应变。钢筋屈服钢筋的应变增加到弯曲应变在荷载作用下未增加时的12倍，裂缝急剧增加梁的变形明显，砼的压力增加，在增加另外一个很小的荷载后钢筋的应变突然增大，砼达到最大应变c，并在荷载作用下开始破碎，接着梁失效。弯曲破坏的类型根据截面中的配筋率，可能有三种构件的弯曲。1.在砼达到它的最大强度之前钢筋到达它的弯曲强度。在这种情况下破坏由钢筋的屈服引起的。截面包含相对娇小数量的钢筋，并称为少筋部截面；2.钢筋到达弯曲强度与砼到达极限强度同时发生，截面称为适筋截面，钢筋和砼同时破坏；3.由于钢筋的配筋率过高，砼可能在钢筋弯曲之前破坏。在这种情况下，砼的强度Fc和最大应力c达到时钢筋压力小于弯曲强度：钢筋压力小于弯曲强度：FsFy,截面称为超筋截面；可以假设当砼应力达到0.003，砼受压力破坏，测试中可以获得0.025到0.004的范围，所以可以取值0.003。在少筋截面的构