混凝土结构各种的破坏形态

混凝土结构各种的破坏形态1. 摘要：钢筋混凝土由于其很高的承载力而被广泛用于建筑物结构之中，然而在不同的承载体系之中，混凝土构件的破坏形态有所不同。基于此，研究混凝土各个破坏形态的过程能够有助于我们有效配筋，可以避免出现混凝土的脆性破坏，防止工程事故的发生。2. 关键词：混凝土 破坏形态 裂缝3.简述：钢筋混凝土构件根据受力性能的不同可以划分为以下几种正截面破坏；斜截面破坏；受扭破坏。钢筋混凝土构件的破坏一般分为三个阶段：裂缝的生成阶段，裂缝的发展扩大阶段，裂缝继续开展，混凝土压碎。3.1钢筋混凝土构件的破坏过程构件受弯的破坏过程总共分为三个阶段：第阶段，刚开始加载时由于弯矩很小，延梁高测量到的各个纤维应变也很小，所以混凝土未发生开裂，钢筋还未受力，此阶段的特点是1）混凝土没有开裂；2）受压区混凝土应力图形是直线，受压区混凝土的应力图形在第阶段前期是直线，后期是曲线；3）弯矩与截面曲率基本上是直线关系。此阶段可作为构件抗裂度的计算依据。第阶段，弯矩继续增大，最下部混凝土达到其抗拉极限值，混凝土开裂，并且，裂缝随着弯矩的增大快速延伸，下部受拉区混凝土逐渐退出工作，钢筋应力逐渐增大，裂缝不断扩增，故裂缝出现时梁的扰度和截面曲率都突然增大，裂缝截面处的中和轴上移，受压区的混凝土塑性变形特征越来越明显，总之，第阶段是裂缝发生，开展的阶段，在此阶段中梁是带缝工作的，其受力特点是：1）在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土退出工作，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有发生屈服；2）受压区混凝土已经发生塑性变形，但不充分，压力图形只有上升段的曲线；3）弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与扰度增长加快。此阶段是正常使用极限状态阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据。第阶段，由于弯矩的继续增大，钢筋发生屈服，截面曲率和梁的扰度也突然增大，裂缝宽度随之扩展并沿梁高向上扩展，中和轴上移，混凝土塑性变形越来越明显，当压应力达到混凝土抗压强度时，混凝土压碎，与此同时受拉钢筋的拉应力恰好达到其抗拉强度极限，钢筋屈服。故此阶段的特点是：1）纵向受拉钢筋屈服，屈服，拉力保持为常值；2）由于受压区混凝土和压力作用点外移使得内力臂增大，故弯矩还略有增加；3）受压区边缘混凝土达到其极限压应变，混凝土被压碎，截面破坏，此阶段作为受弯承载力计算的依据。3.2钢筋混凝土构件正截面破坏形态3.2.1少筋破坏由于钢筋混凝土构件中所配置的受拉钢筋的面积小于最小配筋率，所以在受拉区混凝土开裂瞬间，钢筋应力达到他的屈服强度，受拉屈服，所以一出现裂缝即刻发生混凝土构件的破坏，没有经历上述破坏过程，无任何明显征兆，所以属于脆性破坏，是工程中所要避免的。3.2.2适筋破坏适筋梁的破坏过程和上述混凝土构件破坏过程相似，其破坏特点是纵向受拉钢筋率先屈服，随后受压区混凝土压碎，整个过程中钢筋要经历较大的塑性变形，随之引起裂缝开展和梁的扰度激增，整个破坏过程给人以明显的征兆，属于延性破坏，是工程中所期待的破坏类型。3.2.3超筋破坏配筋率超过最大配筋率的时候发生超筋破坏，由于钢筋的量比较大，因此在受力过程中，钢筋始终不能屈服，相反，由于混凝土的受压区高度不足，当荷载持续增加的时候，混凝土受压区由于混凝土承载力不足而发生混凝土被率先压碎，导致构件突然垮掉，没有任何征兆的破坏过程，属于超筋破坏。3.3混凝土构件斜截面破坏形态3.3.1斜压破坏 所谓斜压破坏，指的是在剪跨比较小的情况下，由于混凝土的抗剪承载力较弱，一般在腹筋配得过多，腹板又较薄，或者剪跨比较小的情况下发生。这时随着荷载的增加，梁腹部出现一系列平行的斜裂缝，从荷载作用点到支座的混凝土像斜向短柱受压破坏那样。破坏时，钢筋应力一般达不到钢筋屈服强度。其抗剪能力一般高于剪压破坏时的抗剪能力。3.3.2剪压破坏剪压破坏，其破坏过程为：首先由于主拉应力达到混凝土抗拉强度而出现裂缝，在斜裂缝截面上，拉区混凝土退出工作，主拉应力由与斜裂缝相交的腹筋承担。当出现了临界斜裂缝(即危险截面)时，与临界斜裂缝相交的钢筋应力达到钢筋的屈服强度，剪压区混凝土在剪应力和正应力共同作用下达到极限强度而破坏。剪压破坏从斜裂缝出现到斜截面破坏有较长的过程，破坏具有明显的预兆，钢筋和混凝土均能充分发挥作用。3.3.3斜拉破坏斜拉破坏，通常在梁内未配置腹筋或者腹筋配得很少，剪跨比又较大的情况下发生。其破坏过程是斜裂缝一旦出现，迅速发展到受压区边缘，斜拉为两部分而破坏。斜拉破坏从斜裂缝出现到破坏，过程很短，很突然，无明显的预兆。其抗剪能力一般小于剪压破坏时的抗剪能力。3.3.4讨论以上三种破坏形态，与适筋正截面破坏相比，斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏时梁的变形较小，且具有脆性破坏的特征，尤其是斜拉破坏，破坏前梁的变形很小，有明显的脆性。剪压破坏属于稍有延性的破坏，斜拉和斜压破坏属于突然的脆性破坏。对剪压破坏通过计算加以避免。对斜压破坏通过限制截面尺寸的方法防止。对斜拉破坏则用最小配箍率来控制。3.4受压构件的破坏形态3.4.1小偏心受压破坏小偏心受压构件的破坏分两种情况3.4.1.1当偏心距e0 较大，纵筋的配筋率很高时，虽然同样是部分截面受拉，但拉区裂缝出现后，受拉钢筋应力增长缓慢（因为 很高）。破坏是由于受压区混凝土到达其抗压强度被压碎，破坏时受压钢筋(As) 到达屈服，而受拉一侧钢筋应力未达到其屈服强度，破坏形态与超筋梁相似。3.4.1.2偏心距e0 较小，受荷后截面大部分受压，中和轴靠近受拉钢筋(As) 。因此，受拉钢筋应力很小，无论配筋率的大小，破坏总是由于受压钢筋(As) 屈服，压区混凝土到达抗压强度被压碎。临近破坏时，受拉区混凝土可能出现细微的横向裂缝。3.4.1.3偏心距很小(e00.15h0) ，受荷后全截面受压。破坏是由于近轴力一侧的受压钢筋As 屈服，混凝土被压碎。距轴力较远一侧的受压钢筋As未达到屈服。当e0趋近于零时，可能 As 及As 均达到屈服，整个截面混凝土受压破坏，其破坏形态相当于轴心受压构件。讨论上述三种情形的共同特点是，构件的破坏是由于受压区混凝土到达其抗压强度，距轴力较远一侧的钢筋，无论受拉或受压，一般均未到达屈服，其承载力主要取于压区混凝土及受压钢筋，故称为受压破坏。这种破坏缺乏明显的预兆，具有脆性破坏的性质。形成这种破坏的条件是：偏心距小，或偏心距较大但配筋率过高。在截面配筋计算时，一般应避免出现偏心距大而配筋率高的情况。上述情况通称为小偏心受压情况。 3.4.2大偏心受压轴向力N的偏心距较大，且纵筋的配筋率不高时，受荷后部分截面受压，部分受拉。拉区混凝土较早地出现横向裂缝，由于配筋率不高，受拉钢筋（As）应力增长较快，首先到达屈服。随着裂缝的开展，受压区高度减小，最后受压钢筋 （As）屈服，压区混凝土压碎。其破坏形态与配有受压钢筋的适筋梁相似。讨论因为这种偏心受压构件的破坏是由于受拉钢筋首先到达屈服，而导致的压区混凝土压坏，其承载力主要取决于受拉钢筋，故称为受拉破坏。这种破坏有明显的预兆，横向裂缝显著开展，变形急剧增大，具有塑性破坏的性质。形成这种破坏的条件是：偏心距e0 较大，且纵筋配筋率不高，因此，称为大偏心受压情况。参考文献1同济大学.混凝土结构设计原理.中国建筑工业出版社