钢筋混凝土梁在弯矩和剪力作用下，可能出现什么裂缝

钢筋混凝土梁在弯矩和剪力作用下，可能出现垂直裂缝或斜裂缝。

混凝土裂缝的成因十分复杂，因素众多，归纳起来有荷载作用引起的裂缝或非荷载因素引起的裂缝。由荷载作用所引起的裂缝，主要是针对由弯矩、轴向拉力、偏心拉（压）力等引起的垂直裂缝，或称正截面裂缝。剪力或是扭矩引起的斜裂缝。

在混凝土结构中，除了荷载作用引起的裂缝外，还有许多非荷载因素如温度变化、混凝土收缩、基础不均匀沉降、混凝土塑性坍落等引起的裂缝。对此类裂缝应采取相应的构造措施，尽量减小或避免其产生和发展。

提高构件抗裂能力的方法

加大构件截面尺寸与提高混凝土的强度等级，或在混凝土中掺入钢纤维等来实现，但最根本的方法是采用预应力混凝土结构。

一般情况混凝土的极限拉伸值εtu=00001～000015，则混凝土即将开裂时，根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力σs≈(00001～000015)×20×105＝20～30N/mm2。可见此时钢筋的应力是很低的，即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言，钢筋所起的作用不大，所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂能力是极不经济的，也是不合理的。

第一阶段--弹性工作阶段--从加载开始到受拉区出现裂缝--构件抗裂度的计算依据。

第二阶段--带裂缝工作阶段--由于混凝土开裂，拉力开始主要由钢筋承受，弯矩继续增加时使得受拉钢筋达到屈服点--构件试用阶段的变形和裂缝开展计算的主要依据。

第三阶段--破坏阶段--钢筋达屈服后应力保持屈服点强度不变。随着弯矩的增大，混凝土裂缝迅速向上扩展，使得混凝土受压区高度减小，压应力增大。当弯矩达到极限弯矩时受压区混凝土产生近乎水平的裂缝，混凝土被压碎，梁破坏--构件承载力极限状态的计算依据。

少筋梁及少筋破坏： 当受弯构件的配筋过少（ρ＜ρ min ）时： ①裂缝就会急速开展到梁顶，构件迅速“一断 为二”，破坏过程非常急速，构件的承载能力 很低，破坏时只有一条主裂缝。 ②裂缝截面处的砼退出工作，原来由砼承担的拉 力全部转为钢筋承担，由于配筋很少，受拉钢筋 的应力会迅速增加到屈服强度甚至还可能被拉断。 受拉区砼 一旦开裂 这种破坏就称为少筋破坏，发生少筋破坏的梁就称为 少筋梁。 少筋破坏及少筋梁 破坏特征：“一裂即坏”，属于典型的“脆性破坏”。 显然，少筋梁的破坏是由于受拉区砼开裂引起的，因 此，少筋梁的承载力取决于砼的抗拉强度，砼的抗压强 度并没有得到充分利用。 从安全及经济的角度考虑，土木工程中绝不允许采用 少筋梁。

●适筋梁及适筋破坏： 当受弯构件的配筋适当（ ρ min ≤ρ≤ρ max ）时： 受拉区砼开裂后，原来由砼承担的拉力转给钢筋承担。 由于配筋不过少： ②由于配筋也不过多，构件破坏时，钢筋所能提供 的最大拉力≤受压区砼所能提供的最大压力。 因此，破坏时： 平均分配到 每根钢筋的 应力增量就 不会很大 ②裂缝发展较慢 ③同时，在加载过程中还 会陆续出现一些新的裂缝 不会 “一裂 即坏” ①开裂后钢筋不会马上屈服 这种破坏就称为适筋破坏，发生这种适筋破坏的梁就 称为适筋梁。 钢筋和混凝土 的强度都得到 充分利用。 然后，荷载稍增加，受压区混 凝土才被压碎 纵向受拉钢筋会首先屈服 破坏特征：破坏始自受拉钢筋的屈服，而后受压区混 凝土被压碎。属于延性破坏。 从安全及经济的角度考虑，土木工程中的受弯构件都 应设计为适筋受弯构件。 适筋破坏及适筋梁

●超筋梁及超筋破坏 当受弯构件的配筋过多（ ρ＞ρ max ）时： ②由于配筋过多，破坏时，钢筋所能提供的最大拉 力＞受压区砼所能提供的最大压力。这样，构件的破 坏： ①由于配筋过多，受拉区砼开裂后，原来由砼承担的 拉力转给钢筋承担，平均分配到每根钢筋的应力增量 很小，裂缝发展很慢，构件刚度几乎不降低，破坏时， 受拉区裂缝细而密，挠度很小，属于脆性破坏； 是由于受压区砼直接被压碎引 起的 钢筋的强度没有 得到充分利用 破坏时纵向受拉钢筋 没有屈服 超筋破坏及超筋梁 破坏特征：破坏始自受压区砼直接被压碎，纵向受拉 钢筋没有屈服，属于脆性破坏。 由于超筋梁的破坏具有脆性特征，钢材强度也没有充 分利用，因此，实际工程中也不允许采用。 三种梁破坏特征比较 少筋梁 适筋梁 超筋梁 在土木工程界有这样一种说法，“多用钢筋，少动脑 筋”。 这种说法正确吗？ 适筋梁正截面受弯性能实验 (Test Research Analysis ) 适筋梁正截面受弯的三个阶段 在试验过程中，荷载由零开始直到梁正截面破坏。整个 过程可以分为如下三个阶段： ●第一阶段（未裂阶段，或弹性阶段）:砼开裂前； ●第二阶段（带裂缝阶段）：砼开裂后到钢筋屈服前； ●第三阶段（破坏阶段）：钢筋开始屈服直到截面破坏 1、第I阶段－砼开裂前 II a 加载过程中弯矩－曲率关系 04 06 08 10 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 梁的荷载~曲率（挠度）曲线为直线。 荷载较小时， 梁截面内弯矩较小， 弹性梁相似： 钢筋砼梁的工作情况与匀质 第I阶段截面应力应变关系 其应变沿梁截面高度为直线变化， 应力与应变成正比，受拉区和受压区的应力分布图形均为三角形 随着荷载增大，梁截面的弯 矩和应变随之增大： ●而受压区应力图形 仍为直线。 ●受拉区砼首先表 现出塑性特征： 即受拉区应力图 形为曲线变化 由于砼 f t ＜f c 当荷载增大到受拉边缘砼 即将开裂时，为截面即将开 裂的临界状态（Ⅰ a ）。此时， 受压区应力仍直线分布。 Ⅰ a 可作为受弯构件抗 裂度计算依据。Ⅰ a 钢筋 的应力约为20~30N/mm 2 此时的弯矩值称为 开裂弯矩M cr ●在开裂瞬间，纯弯段内抗拉能力最薄弱的某一截面首 先出现第一道垂直裂缝。 2、带裂缝工作阶段（Ⅱ阶段） 裂缝一旦出现，裂缝截面处的砼退出工作，这使得： ●随着荷载的增加： 同时，裂缝宽度不断开展，裂缝的 高度不断向上延伸，这使得： 裂缝截面处的中和轴位置不断上移， 弯矩与截面曲率或挠度成曲线关系。 截面曲率或挠度的增长速度加快。 梁的刚度降低，变形加快，荷载挠度曲线出现第一个 转折点。 04 06 08 10 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 弯段内每隔一定距离还会出现一 系列新的裂缝。 ●在该阶段，随着荷载增加， 由于裂缝不断开展地向上延伸， 受压区砼的压应变不断增大， 其塑性性质越来越明显,在该阶段 受压区砼的应力分布图形为曲线分布 M σ s A s e s e y 第Ⅱ阶段截面应力应变分布 随着荷载继续增加，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。 04 06 08 10 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 加载过程中弯矩－曲率关系 II a I I a阶段截面应力应变关系 M σ s =f y e s e y 此时的受力状态记为 Ⅱa状态，弯矩称为屈 服弯矩，记为M y ，此 后： 梁的受力将进入破坏 阶段（Ⅲ阶段） 弯矩与挠度或截面曲率 曲线出现明显的转折点 3、破坏阶段（Ⅲ阶段） Ⅲ阶段截面应力和应变分布 M  e y f y ●钢筋屈服后，钢筋应力保 持为屈服强度不变，但钢筋 应变ε s 则急剧增大，裂缝显 著开展，中和轴迅速上移， 受压区高度x n 迅速减少。 04 06 08 10 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 加载过程中弯矩－曲率关系 II a ●由于受压区砼的总压力C与 钢筋的总拉力T应保持平衡， 即T=C，受压区高度x n 的减少 将使得砼的压应力就会迅速增 大，砼受压的塑性特征就更为 充分,表现为受压区砼的压应 力图形更加丰满。 ●在该阶段，钢筋的拉应变 和受压区砼的压应变都发展 很快，截面曲率φ和梁的挠 度f也迅速增大，弯矩与挠度 曲线变得非常平缓，这种现 象称为“截面屈服”。 Ⅲ阶段截面应力和应变分布 M  e y f y 04 06 08 10 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 加载过程中弯矩－曲率关系 II a ●同时，受压区高度x n 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，因此， 钢筋屈服后，截面弯矩还可略 有增加。 M u  e y Ⅲa 阶段截面应力和应变分布 f y e cu 04 06 08 10 M cr M u 0 f M/ M u f cr f y f u I a I II III a III M y 加载过程中弯矩－曲率关系 II a 随着荷载的继续增 加，当弯矩增大到 受压边缘砼的压应 变达到砼的极限压 应变时，砼被压碎， 梁宣告破坏。此时 的弯矩称为极限弯 矩M u ，对应受力 状态为“III a ”。