第3节 受弯构件正截面的试验研究
3.3.1 钢筋混凝土梁正截面工作的三个阶段
试验采用逐级加荷的方式，每加一次，停一分钟，再加。试验所得到曲线共分为三个阶段，分别是弹性阶段，裂缝开展阶段和破坏阶段。
为了排除剪力的影响，采用图示的试验试件及试验装置。试件中部1/3区段为纯弯段，不设箍筋。两端1/3区段为剪弯段，设置箍筋。
试件两端和中央放置百分表测量支座的沉降和跨中的挠度。
1．工作阶段
第一阶段——构件未开裂，弹性工作阶段
◆ 从开始加荷到受拉区混凝土开裂，梁的整个截面均参加受力。虽然受拉区混凝土在开裂以前有一定的塑性变形，但整个截面的受力基本接近线弹性，荷载-挠度曲线或弯矩-曲率曲线基本接近直线。截面抗弯刚度较大，挠度和截面曲率很小，钢筋的应力也很小，且都与弯矩近似成正比。
第一阶段——Ⅰa状态：计算Mcr的依据
◆ 当受拉边缘的拉应变达到混凝土极限拉应变时
，为截面即将开裂的临界状态（Ⅰa状态），此时的弯矩值称为开裂弯矩，记为Mcr
。
第二阶段——带裂缝工作阶段，计算变形和裂缝宽度的依据。
◆ 在开裂瞬间，开裂截面受拉区混凝土退出工作，其开裂前承担的拉力将转移给钢筋承担，导致钢筋应力有一突然增加（应力重分布），这使中和轴比开裂前有一定的上移。
◆ 随着荷载增加，受拉区不断出现一些裂缝，拉区混凝土逐步退出工作，截面抗弯刚度降低，荷载-挠度曲线或弯矩-曲率曲线有明显的转折。
◆ 虽然受拉区有许多裂缝，但如果纵向应变的量测标距有足够的长度（跨过几条裂缝），则平均应变沿截面高度的分布近似直线。
第二阶段——带裂缝工作阶段，计算变形和裂缝宽度的依据
◆ 当钢筋应力达到屈服强度时，梁的受力性能将发生质的变化。此时受力状态记为Ⅱa状态，弯矩记为My，称为屈服弯矩。
◆ 此后，梁的受力将进入屈服阶段（Ⅲ阶段），挠度、截面曲率、钢筋应变及中和轴位置曲线均出现明显的转折。
第三阶段——钢筋塑流阶段
◆ 对于配筋合适的梁，钢筋应力达到屈服时，受压区混凝土一般尚未压坏。
◆ 在该阶段，钢筋应力保持为屈服强度fy不变，即钢筋的总拉力T保持定值，但钢筋应变
则急剧增大，裂缝显著开展。
◆ 中和轴迅速上移，受压区高度x0有较大减少。
◆ 由于受压区混凝土的总压力C与钢筋的总拉力T应保持平衡，即T=C，受压区高度x0的减少将使得混凝土压应力和压应变迅速增大，混凝土受压的塑性特征表现的更为充分。
第三阶段——钢筋塑流阶段
◆ 由于在该阶段钢筋的拉应变和受压区混凝土的压应变都发展很快，截面曲率
和梁的挠度变形 f 也迅速增大，曲率和梁的挠度变形
f 的曲线斜率变得非常平缓，这种现象可以称为“截面屈服”
◆ 同时，受压区高度x0的减少使得钢筋拉力
T 与混凝土压力C之间的力臂有所增大，截面弯矩也略有增加。
◆ 由于混凝土受压具有很长的下降段，因此梁的变形可持续较长，但有一个最大弯矩Mu。
第三阶段——钢筋塑流阶段，Ⅲa状态：计算Mu的依据
◆ 超过Mu后，承载力将有所降低，直至压区混凝土压酥。Mu称为极限弯矩，此时的受压边缘混凝土的压应变称为极限压应变
，对应截面受力状态为“Ⅲa状态”。
◆ 
，超过该值，压区混凝土开始压坏，梁达到极限承载力。因此该应变值为计算极限弯矩Mu的标志。
配筋合适的钢筋混凝土梁在屈服阶段这种承载力基本保持不变，变形可以持续很长的现象，表明在完全破坏以前具有很好的变形能力，有明显的预兆，这种破坏称为“延性破坏”
Ⅰa状态：计算Mcr的依据
Ⅱ阶段：计算裂缝、刚度的依据
Ⅱa状态：计算My的依据
Ⅲa状态：计算Mu的依据
2．弯矩与挠度、曲率、应变及受压区高度的关系
3. 配筋率的影响
钢筋混凝土构件是由钢筋和混凝土两种材料组成，随着它们的配比变化，将对其受力性能和破坏形态有很大影响。
如果
，则在钢筋没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏，表现为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。这种梁称为“超筋梁”。
超筋梁的承载力Mu取决于混凝土的压坏，与钢筋强度无关，比界限弯矩Mb仅有很少提高，且钢筋
受拉强度未得到充分发挥，破坏又没有明显的预兆。因此，在工程中应避免采用。
（2）最小配筋率
另一方面，由于梁在开裂时受拉区混凝土的拉力释放，使钢筋应力有一突然增量Dss。 与轴心受拉构件类似，
随配筋率的减小而增大。 当配筋率小于一定值时，钢筋就会在梁开裂瞬间达到屈服强度，
即“Ⅰa状态”与“Ⅱa状态”重合，无第Ⅱ阶段受力过程。 此时的配筋率称为最小配筋率
这种破坏取决于混凝土的抗拉强度，混凝土的受压强度未得到充分发挥，极限弯矩很小。
当
称为“少筋梁”钢筋有可能在梁一开裂时就进入强化，甚至拉断，
梁的破坏与素混凝土梁类似，属于受拉脆性破坏特征。
3.3.2 钢筋混凝土梁正截面的破坏形式
1．适筋梁
破坏特征：受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土压坏，中间有一个较长的破坏过程，有明显预兆，“塑性破坏”，破坏前可吸收较大的应变能。
2．超筋梁
破坏特征：在钢筋没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏， 表现为没有明显预兆的混凝土“受压脆性破坏”的特征。这种梁称为“超筋梁”。
超筋梁的承载力Mu取决于混凝土的压坏，与钢筋强度无关，比界限弯矩Mb仅有很少提高，且钢筋受拉强度未得到充分发挥，破坏又没有明显的预兆。因此，在工程中应避免采用。
3．少筋梁
破坏特征：钢筋有可能在梁一开裂时就进入强化，甚至拉断， 梁的破坏与素混凝土梁类似，属于受拉脆性破坏特征。
这种破坏取决于混凝土的抗拉强度，混凝土的受压强度未得到充分发挥，极限弯矩很小。
◆承载力和延性
钢筋混凝土构件的破坏类型有三种基本形式
★延性破坏：配筋合适的构件，具有一定的承载力，同时破坏时具有一定的延性，如适筋梁（适筋轴拉构件也属于这种破坏，只是钢筋混凝土轴拉构件在实际工程中很少应用）；（钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度都得到发挥）
★受拉脆性破坏：承载力很小，取决于混凝土的抗拉强度，破坏特征与素混凝土构件类似。虽然由于配筋使构件在破坏阶段表现出很长的破坏过程，但这种破坏是在混凝土一开裂就产生，没有预兆，也没有第二阶段；如少筋梁、少筋轴拉构件；（混凝土的抗压强度未得到发挥）
★受压脆性破坏：具有较大的承载力，取决于混凝土受压强度，延性能力同混凝土受压，较差。如超筋梁和轴压构件。（钢筋的受拉强度没有发挥）。
对于受压脆性破坏，如果采用箍筋约束混凝土来提高混凝土的受压延性，则同样可以得到延性较好的破坏形态。（箍筋的抗拉强度得到发挥）
在工程设计中既要考虑承载力，也要考虑破坏时的变形能力，两者具有同样的重要意义。
因为在同样承载力的情况下，延性大的结构在倒塌前，具有明显的预兆，在避免人员伤亡和财产损失方面有重要作用。 从结构吸收应变能的角度出发，延性大的结构，在最终倒塌前可以吸收更多的应变能。
3.3.3 截面应力分析
材料力学中线弹性梁截面应力分析的基本思路
钢筋混凝土截面受弯分析
3.3.4 极限弯矩Mu的计算
达到极限弯矩Mu时，受压区边缘达到混凝土的极限压应变
达到极限弯矩时，受拉区混凝土已开裂很大，且混凝土的抗拉强度很低，因此一般可忽略受拉区混凝土的拉力合力Tc。
