钢筋混凝土梁破坏形式及避免方法

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  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.
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