4.3.1 适筋梁正截面受弯的三个阶段

1、适筋梁的试验

首先，请同学们看一下适筋梁受弯破坏的试验过程：

通过试验对比发现，当梁所配纵筋比较适当时，梁从受拉区混凝土开裂到纵筋屈服、受压区混凝土压碎，发展过程有阶段性，便于人们发现和控制，这种梁称为适筋梁。图4-5是一简支的矩形截面试验梁。在梁中距支座为距离a的两个对称处加载，荷载为P。在跨度的中部形成纯弯段，纯弯段内承受的弯矩M=Pa。

梁的跨中设置百分表量测挠度f，并在纯弯段的中心区段用应变仪量测梁侧表面一定长度纵向纤维的平均应变，并逐级加载由零荷载一直加到梁最终破坏。

2、适筋梁受力过程的三个阶段

图4-6是试验梁的弯矩—挠度（）试验曲线。梁在加载开始到破坏的全过程中，关系曲线并非一直保持线性，而是有明显的非线性变化，可将曲线中的两个明显的转折点作为界限点，并将适筋梁的受力过程分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个受力阶段。

（1）第Ⅰ阶段—混凝土开裂前的未裂阶段

当弯矩较小时，挠度和弯矩关系接近直线变化，此时梁尚未出现裂缝，称为第Ⅰ阶段。

（2）第Ⅱ阶段—带裂缝工作阶段

在点，受拉区混凝土开裂后，试验曲线出现明显的转点，此时进入第Ⅱ阶段，钢筋承担了未裂前受拉区的混凝土承担的拉力，因而开裂后钢筋应力出现突变并随荷载的增加而继续增加，当受拉钢筋应力达到屈服强度时（对应于这时梁所受的弯矩为），标志着第Ⅱ阶段的结束。

（3）第Ⅲ阶段—破坏阶段

当的瞬间，关系曲线上出现了第二个明显转折点，即进入第Ⅲ阶段，此时梁受拉区的裂缝急剧开展，梁跨中挠度急剧增加，钢筋应力大小保持基本不变而应变有较大增长。

适筋梁试验全过程的挠度和变形规律：

（1）挠度方面：在第Ⅰ阶段，梁的挠度增长速度较慢；第Ⅱ阶段由于梁带裂缝工作，挠度增长速度较第Ⅰ阶段快；第Ⅲ阶段由于钢筋屈服，挠度急剧增加。

（2）变形方面：随着弯矩的增加，中和轴不断上移，受压区高度逐渐缩小，混凝土边缘纤维压应变随之加大，受拉钢筋的拉应变也随着弯矩的增长而加大，但梁侧面的平均应变分布基本上仍符合平截面假定。受压区应力图形在第Ⅰ阶段为三角形分布；第Ⅱ阶段为微曲的曲线形状；第Ⅲ阶段呈更为丰满的曲线分布。

4.3.2 纵向受拉钢筋配筋率对正截面受弯破坏形态和受弯性能的影响

适筋梁正载面三个阶段的工作特点及其破坏特征，是由受拉区配置适当纵筋的梁试验得到。当梁受拉区纵筋配置发生变化，则其破坏形式将不会完全遵循适筋梁的三个受力状态。按照梁破坏形式及其特点的不同，可将其划分为以下三类：适筋梁、超筋梁和少筋梁。

1、适筋梁的破坏形式及其特点

破坏始自受拉区钢筋的屈服。在钢筋应力到达屈服强度时，受压区混凝土的边缘纤维应变尚小于混凝土受弯极限压应变。在梁完全破坏以前，由于钢筋要经历较大的塑性伸长，梁底裂缝充分开展和梁挠度的迅速增加，形成明显的破坏预兆。适筋梁的破坏习惯上称为“延性破坏”，即梁破坏前在承载力几乎维持不变的情况下具有较大变形能力。

2、超筋梁的破坏形式及其特点

若梁截面受拉区配置钢筋过多时，在受拉区钢筋未达到屈服之前，受压区混凝土就达到极限压应变，提前压碎而告破坏。超筋梁的试验表明，此时梁截面裂缝开展不宽，延伸不高，梁的挠度亦不大。梁的混凝土压坏缺乏明显的预兆，这种破坏常称之为“脆性破坏”。超筋梁由于配置过多的受拉钢筋，使其受弯作用时应力低于屈服强度，不能充分发挥作用，造成浪费，且破坏前无明显预兆，故设计中应避免采用这种梁。

首先，请同学们看一下超筋梁受弯试验的试验过程：

界限破坏与界限配筋率的概念：某一配筋量，其使得钢筋应力到达屈服强度的同时受压区边缘纤维应变也恰好到达混凝土受弯极限压应变值，此时形成的破坏称为“界限破坏”，即适筋梁与超筋梁的区分界限，相对应的配筋率称之为界限配筋率。当梁的实际配筋率时，破坏始于钢筋的屈服；时，破坏始于受压区混凝土的压碎；时，受拉钢筋应力到达屈服强度的同时受压区混凝土压碎而梁立即破坏。

3、少筋梁的破坏形式及其特点

梁的受拉区混凝土在较小弯矩下即开裂，之后原先由受拉区混凝土承受的拉力转而由钢筋承担，此时，如果配筋过少，钢筋的应力突然增大且马上导致钢筋屈服，然后，裂缝急剧开展，挠度增大，钢筋可能出现拉断，最后混凝土梁断裂破坏，这就是少筋梁的破坏特点，类似于素混凝土梁。

少筋梁破坏时，裂缝往往集中出现一条，不仅开展宽度很大，且沿梁高延伸较高。即使受压区混凝土暂未压碎，但因此时裂缝宽度过大，已标志着梁的“破坏”。

从单纯满足承载力需要出发，少筋梁的截面尺寸选用的过大，故不经济；同时，它的承载力取决于混凝土的抗拉强度，受拉区混凝土一裂即坏，无明显征兆，属于“脆性破坏”，故在土木工程结构中不允许采用。

首先，请同学们看一下超筋梁受弯试验的试验过程：

4、混凝土梁的受弯试验小结

请同学们观看如下视频，该视频对素混凝土梁、适筋梁、超筋梁和少筋梁的破坏形态和破坏特征进行了综合对比分析。