混凝土結(jié)構(gòu)各種的破壞形態(tài)

混凝土結(jié)構(gòu)的各種破壞模式1.摘要：鋼筋混凝土因其承載力高而被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中。然而，在不同的承載體系中，混凝土構(gòu)件的破壞模式是不同的。在此基礎(chǔ)上，研究混凝土各種破壞模式的過程，有助于我們有效加固鋼筋，避免混凝土脆性破壞，防止工程事故的發(fā)生。2.關(guān)鍵詞：混凝土破壞模式裂縫3.簡介：鋼筋混凝土構(gòu)件根據(jù)不同的力學(xué)性能可分為以下幾種正截面破壞類型。斜截面破壞；扭轉(zhuǎn)損傷。鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞一般分為三個(gè)階段：裂縫的產(chǎn)生階段、裂縫的發(fā)展和擴(kuò)展階段、裂縫的不斷發(fā)展和混凝土的破碎。3.1鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞過程構(gòu)件的彎曲破壞過程分為三個(gè)階段：第一階段，由于加載開始時(shí)梁高測量的小彎矩和小纖維應(yīng)變，混凝土未開裂，鋼筋未受力。這一階段的特點(diǎn)是：1)混凝土沒有開裂；2)受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力模式為直線?；炷猎谑軌簠^(qū)的應(yīng)力模式在前期為直線，后期為曲線。3)彎矩和截面曲率基本上是線性的。該階段可用作計(jì)算構(gòu)件抗裂性的基礎(chǔ)。在第二階段，彎矩繼續(xù)增加，最下面的混凝土達(dá)到其拉伸極限值，混凝土開裂。此外，隨著彎矩的增加，裂縫迅速擴(kuò)展，下部受拉區(qū)的混凝土逐漸退出工作，鋼筋應(yīng)力逐漸增大，裂縫繼續(xù)擴(kuò)展。因此，當(dāng)裂縫出現(xiàn)時(shí)，梁的擾動(dòng)程度和截面曲率突然增大，裂縫截面的中性軸上移，受壓區(qū)混凝土的塑性變形特征越來越明顯?？傊诙A段是裂縫的出現(xiàn)。在發(fā)展階段，中梁有縫工作，其受力特點(diǎn)是：1)在裂縫段，受拉區(qū)的大部分混凝土退出工作，拉力主要由縱向受拉鋼筋承擔(dān)，但鋼筋不屈服；2)受壓區(qū)的混凝土發(fā)生了塑性變形，但這還不夠。壓力圖只有上升段的曲線；3)彎矩和截面曲率為曲線，截面曲率和擾動(dòng)的增長加快。該階段是在正常使用極限狀態(tài)階段檢查變形和裂紋擴(kuò)展寬度的基礎(chǔ)。在第三階段，由于彎矩的不斷增加，鋼筋會(huì)屈服，梁的截面曲率和干擾程度也會(huì)突然增加，裂縫寬度會(huì)沿梁高方向擴(kuò)大，中性軸會(huì)上移?；炷恋乃苄宰冃螘?huì)越來越明顯。當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗壓強(qiáng)度時(shí)，混凝土將被壓碎。同時(shí)，受拉鋼筋的拉應(yīng)力將剛好達(dá)到其抗拉強(qiáng)度極限，鋼筋將屈服。因此，這一階段的特點(diǎn)是：1)縱向受拉鋼筋屈服，屈服，拉力保持不變；2)由于混凝土向外移動(dòng)和受壓區(qū)的壓力作用點(diǎn)導(dǎo)致內(nèi)力臂增加，彎矩略有增加。3)當(dāng)壓縮區(qū)邊緣的混凝土達(dá)到其極限壓縮應(yīng)變時(shí)，混凝土將被壓碎，截面將被破壞。該階段將用作計(jì)算抗彎承載力的基礎(chǔ)。3.2鋼筋混凝土構(gòu)件的正截面破壞模式3.2.1減少鋼筋損傷由于布置在鋼筋混凝土構(gòu)件中的受拉鋼筋的面積小于最小配筋率，鋼筋的應(yīng)力在受拉區(qū)域中混凝土開裂的時(shí)刻達(dá)到其屈服強(qiáng)度和受拉屈服。因此，一旦出現(xiàn)裂縫，混凝土構(gòu)件將立即被破壞，而不會(huì)經(jīng)歷上述破壞過程和任何明顯的跡象。因此，屬于脆性破壞，在工程中應(yīng)避免。3.2.2損壞當(dāng)配筋率超過最大配筋率時(shí)，就會(huì)發(fā)生過度加固破壞。由于大量的鋼筋，鋼筋不能在應(yīng)力過程中始終屈服。相反，由于混凝土受壓區(qū)的高度不夠，當(dāng)荷載繼續(xù)增加時(shí)，混凝土受壓區(qū)的混凝土由于混凝土承載能力不足而首先被壓碎，導(dǎo)致構(gòu)件在沒有任何警告的情況下突然倒塌。這是一個(gè)過度強(qiáng)化的失敗。3.3混凝土構(gòu)件斜截面的破壞形式3.3.1傾斜壓力故障所謂斜壓破壞是指當(dāng)剪跨比較小時(shí)，由于混凝土抗剪承載力較弱，通常發(fā)生在腹板較薄或剪跨比較小時(shí)。此時(shí)，隨著荷載的增加，梁腹出現(xiàn)一系列平行的斜裂縫，從荷載點(diǎn)到支座的混凝土就像斜短柱的受壓破壞。在失效的情況下，鋼筋的應(yīng)力通常不能達(dá)到鋼筋的屈服強(qiáng)度。它的抗剪強(qiáng)度一般高于在剪切壓力下的破壞強(qiáng)度。3.3.2剪切和壓縮破壞剪壓破壞發(fā)生在以下過程中：首先，由于主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫；在斜裂縫的截面上，受拉區(qū)的混凝土退出工作，主拉應(yīng)力由與斜裂縫相交的腹板鋼筋承擔(dān)。當(dāng)出現(xiàn)臨界斜裂縫(即危險(xiǎn)截面)時(shí)，與臨界斜裂縫相交的鋼筋應(yīng)力達(dá)到鋼筋的屈服強(qiáng)度，在剪應(yīng)力和法向應(yīng)力的共同作用下，剪壓區(qū)的混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度并被破壞。剪壓破壞從斜裂縫的出現(xiàn)到斜截面的破壞有一個(gè)漫長的過程。這種破壞有明顯的預(yù)兆，鋼筋和混凝土都能充分發(fā)揮作用。3.3.3斜拉失效當(dāng)梁中沒有或只有很少的腹筋且剪跨比較大時(shí)，通常會(huì)發(fā)生斜拉索破壞。失效過程是，一旦出現(xiàn)傾斜裂縫，它們很快發(fā)展到壓縮區(qū)的邊緣，傾斜電纜被分成兩部分。斜拉破壞從出現(xiàn)斜裂縫到破壞的過程非常短暫，非常突然，沒有明顯的預(yù)警。它的抗剪強(qiáng)度一般小于在剪切壓力下受損時(shí)的抗剪強(qiáng)度。3.3.4討論與配筋正常截面破壞相比，上述三種破壞模式在斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉索破壞時(shí)梁的變形較小，具有脆性破壞，尤其是斜拉索破壞的特點(diǎn)。梁破壞前的變形很小，具有明顯的脆性。剪切-壓縮破壞是輕微的延性破壞，而斜向和斜向壓縮破壞是突然的脆性破壞。通過計(jì)算避免了剪切和壓縮破壞。通過限制橫截面尺寸來防止對(duì)傾斜壓力的損壞。斜拉破壞受最小配箍率控制。3.4受壓構(gòu)件的失效模式3.4.1小偏心受壓失效小偏心受壓構(gòu)件有兩種失效形式。在3.4.1.1，當(dāng)偏心距e0較大且縱向鋼筋的配筋率較高時(shí)，盡管某些截面也是受拉的，但在受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫后，受拉鋼筋的應(yīng)力增加緩慢(因?yàn)楹芨?。破壞是由于受壓區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度被壓碎。當(dāng)混凝土損壞時(shí)，受壓鋼筋(As)達(dá)到屈服，而受拉側(cè)鋼筋的應(yīng)力沒有達(dá)到其屈服強(qiáng)度。破壞模式與超級(jí)加固梁相似。3.4.1.2偏心距e0較小，加載后截面大部分受壓。中性軸靠近受拉鋼筋(As)。因此，受拉鋼筋的應(yīng)力很小，無論配筋率如何，破壞總是由于受壓鋼筋的屈服(As)，受壓區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度被壓碎。在破壞附近，受拉區(qū)的混凝土可能有輕微的橫向裂縫。3.4.1.3的偏心率很小(e00.15h0)，加載后整個(gè)截面被壓縮。失效是由于壓縮鋼筋在軸向力附近屈服上述三種情況的共同特征是構(gòu)件的破壞是由于受壓區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度。無論受拉還是受壓，遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)的鋼筋通常不會(huì)屈服。其承載力主要取自受壓區(qū)的混凝土和受壓鋼筋，故稱之為受壓破壞。這種損傷缺乏明顯的預(yù)兆，具有脆性損傷的性質(zhì)。這種破壞的條件是：偏心率小，或偏心率大但配筋率過高。在計(jì)算截面配筋時(shí)，一般應(yīng)避免大偏心率和高配筋率的情況。上述情況通常稱為小偏心受壓。3.4.2大偏心受壓當(dāng)軸力n的偏心率較大且縱向鋼筋的配筋率不高時(shí)，部分截面受壓，部分受力后受拉。橫向裂縫在混凝土拉伸區(qū)出現(xiàn)較早。由于配筋率較低，受拉鋼筋的應(yīng)力迅速增加，首先達(dá)到屈服。隨著裂縫的發(fā)展，受壓區(qū)的高度降低，最終受壓鋼筋屈服，受壓區(qū)的混凝土被壓碎。破壞模式與帶受壓鋼筋的梁相似。討論由于這種偏心受壓構(gòu)件的破壞是由于受拉鋼筋的