分析钢筋混凝土少筋梁受力过程

骆艳丽

摘 要：随着混凝土结构的广泛应用，工程中发生的问题和事故反映出混凝土结构的很多缺点和问题。为解决存在的问题，应从最基本的构件开始研究，研究混凝土结构的破坏特征，以此来分析并解决混凝土结构出现的问题。基于此，本文通过对混凝土受弯构件进行试验，对已有理论进行验证，详细考察试验全过程和试件破坏模式。

关键词：受弯构件；受弯破坏特征；基本性能

引言

在现在的生活中，不仅在房屋建筑工程中，混凝土结构被广泛应用，而且在桥梁工程、特种结构与高耸结构、水利及其他工程当中，混凝土结构也有大量的应用。但是，混凝土结构在实际应用当中也还存在很多尚未发现和已经发现的问题等待解决。因此，认识并理解混凝土基本构件的基本性能对于土木工程专业学生来说，是十分必要的，这样我们才能指出或认识到问题的根源并加以解决，推动混凝土结构的发展。

通过本次试验，研究并认识钢筋混凝土少筋梁的受力过程和破坏特征以及配筋率对破坏特征的影响；验证钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算理论和计算公式；理解并掌握少筋梁构件受弯基本性能的试验方法、应变、挠度、裂缝宽度等数据的测试技术和有关仪器的使用方法。此外，本次试验采用两点集中力加载，在跨中形成纯弯段，通过加荷架用千斤顶施加荷载，并用电阻应变仪量测钢筋和混凝土在各级荷载下的应变。

据理论研究，少筋梁的破坏属于脆性破坏，在构件破坏时混凝土的抗压强度未得到充分发挥，纵向受力钢筋在试件开裂后因为配筋率小，导致混凝土受拉开裂后其应力激增，迅速达到极限强度，基本没有经过强化阶段，最后受拉断裂，致使少筋梁破坏。

一、试件设计

1.1 试件材料

纵向受力钢筋：HRB400级钢筋，fy=360N/mm2，fyk=400N/mm2，2Φ6，As=57mm2，Es=2.00×105N/mm2

箍筋： HPB300级钢筋，fyv=270N/mm2，2Φ6@80，Asv=57mm2

混凝土：C30混凝土，轴心抗压强度设计值：fc=14.3N/mm2；轴心抗拉强度设计值：ft=1.43N/mm2

1.2 试件尺寸及参数

试件尺寸：b×h×l=150mm×300mm×2400mm；有效高度 h0=260mm；

配筋率 ρ=0.13%

二、试验装置

2.1 试验装置

试验梁放置于静力试验台座上，通过加荷架用千斤顶施加荷载。每根梁布置百分表5块，分别位于试件跨中、端部及加载点对应位置处，以测定跨中挠度。用电阻应变仪量测钢筋和混凝土在各级荷载作用下的应变

2.3 加载制度

（1）在加载到开裂试验荷载计算值的90%以前，每级荷载不宜大于开裂荷载计算值的20%；（2）达到开裂试验荷载计算值的90%以后，每级荷载值不宜大于其荷载值的5%；

（3）少筋梁的开裂荷载和破坏荷载接近，而且表现为脆性破坏，应在加载过程中注意安全防护。

三、试验现象分析

3.1 试验过程描述

（1）在未施加任何荷载时，试件没有产生任何裂缝。在刚开始加载时，由于施加的荷载较小，肉眼无法观察到试件产生的裂缝；

（2）当试件承受的荷载达到12kN时，试件开裂，在试件位置中部大约三分点位置出现第一条裂缝，此时裂缝宽度为0.05mm；

（3）当试件承受的荷载由12kN加载到13kN时，陆续出现几条裂缝，且试件正反面裂缝出现位置和顺序基本一致，此时最大裂缝宽度为0.3mm；

（4）当试件承受的荷载由13kN加载到15kN时，未出现新的裂缝，之前的裂缝继续向上发展，此时最大裂缝宽度为0.6mm；

（5）当试件承受的荷载由15kN加载到18kN时，试件中部出現裂缝，且之前裂缝继续向上发展，此时最大裂缝宽度为1.5mm；

（6）当对试件施加的荷载由15kN到22kN时，试件突然发生破坏，试件受拉区纵向受拉钢筋断裂，受压区混凝土有小部分脱落，试件从中部断开，裂开形成的两部分有通缝形成，试件破坏表现出脆性破坏特征。

3.2分析原因

（1）钢筋混凝土梁在两个对称的集中荷载P作用下，梁中部受弯，即两个集中荷载之间部分受弯，端部既承受剪力又承受弯矩。

（2）开裂前，构件各截面处于弹性状态，荷载随加载时间基本成线性变化，是由于少筋梁的开裂荷载很小，所以当荷载并不大时，梁的变形近似为弹性变形。

（3）在加载过程中，试件的挠度变化关于跨中基本对称。随着荷载增大，试件挠度增加的速率减小。在弯矩作用下，试件中部会产生垂直裂缝，理论上，在剪力和弯矩的共同作用下，试件会产生斜裂缝，但是由于少筋梁极限荷载较小，端部受剪区还未达到破坏条件构件即破坏。

（4）在加载过程中，因为少筋梁配筋率小，致使钢筋在试件开裂后无法抵抗混凝土开裂后所转移的荷载，达到钢筋屈服强度，越过屈服阶段和强化阶段，并在较短时间内迅速到达极限强度，构件破坏。

（5）少筋梁受拉区混凝土应变在开裂后迅速增加，受压区混凝土在梁开裂后增加缓慢。在梁开裂以前，试件符合平截面假定，即受弯构件正截面弯曲变形后，截面平均应变保持为平面，即截面上各点应变与该点到中和轴的距离成正比。试件侧面相对各处的应变基本一致。混凝土的极限应变值为εcu=32767（微应变）。

（6）经过试验得出的试件的极限荷载比其理论极限荷载小2.7%，误差较小。究其原因，有很多方面。 如果加载点的距离偏小，则构件在正截面承受的弯矩更大，则会降低其极限荷载。如果构件在制造过程中，由于混凝土未按施工配合比进行制作，或者混凝土的养护环境不是标准条件，或混凝土振捣不密实，都会造成混凝土构件的极限荷载减小。

四、结论

通过此次试验我们对钢筋混凝土梁进行了四点弯曲加载试验，通过试验过程和对试验数据的处理与分析，我们得到如下结论：

（1）少筋梁的破坏过程经历的时间很短，且发生破坏前没有明显征兆，属脆性破坏，极其危险，且少筋梁工截面尺寸过大，不经济，因而在实际程当中应避免采用少筋梁；

（2）少筋梁的脆性破坏是因为当荷载很小时，梁处于线弹性状态，开裂后，裂缝截面受拉区混凝土承受的拉力全部传给钢筋，然而由于配筋率很小，钢筋应力激增，无法承受混凝土传来的拉力，越过屈服阶段和强化阶段到达极限强度而拉断。少筋梁受弯破坏过程出现裂缝数量较少，且只有一条最终发展至梁顶。少筋梁由于脆性断裂而破坏，以致混凝土的抗压强度未得到充分发挥；

（3）钢筋混凝土构件最终的破坏形式与构件的配筋率有很大的关系。实际工程中应当采用适筋梁，而避免采用超筋梁和少筋梁；

（4）少筋梁的承载能力和变形能力均很差，为了避免构件发生少筋梁脆性破坏，可通过限制构件纵向受力钢筋的最小配筋率来防止发生此类破坏。

参考文献：

[1]中国百科网 http：//m.chinabaike.com

[2]中国人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]刘立新.叶燕华混凝土结构原理。武汉：武汉理工大学出版社，2012.