(1)第I阶段(裂缝出现以前的阶段)。在刚开始加载时,由于荷载(或者说截面上弯矩)很小,截面上混凝土和钢筋的应力也都很低,受拉区和受压区混凝土应力分布图形都是三角形,材料基本处在弹性状态。随着荷载的增加,受拉区混凝土表现出塑性性质,其拉应力逐渐呈曲线形分布,直到受拉边缘混凝土达到极限拉应变处于即将开裂的瞬间(第1阶段末尾Ia状态),几乎整个受拉区混凝土的应力都达到混凝土抗拉强度 。受压区混凝土还基本上处于弹性状态,压应力分布仍然接近三角形,混凝土的压应力也远小于它的抗压强度。此时受拉区混凝土还没有开裂,拉力由混凝土和钢筋共同承担,由于钢筋和它周围的混凝土的变形协调,所以钢筋的应力很低,一般只有20~30N/mm2,远小于它的屈服强度fy,这说明在受拉区混凝土出现裂缝之前,主要是由混凝土承担拉力,钢筋受力作用不大。第I阶段末尾Ia状态是计算受弯构件抗裂弯矩时所采用的应力阶段。
(2)第II阶段(裂缝出现以后的阶段)。当截面受力达到第I阶段末尾Ia状态后,在荷载稍有增加,混凝土拉应力超过其抗拉极限强度,构件开裂,受拉混凝土退出工作,拉力几乎全改由钢筋承担,因而钢筋拉应力突然增高(应力重分布),不过钢筋应力还小于屈服强度。受压区混凝土压应力的不断增大使受压区混凝土也已呈现一定的塑性特征,应力分布由三角形变为平缓的曲线形。随着荷载的增加,裂缝加宽加长,中和轴的位置也逐渐上移,钢筋应力不断增大,直到达到屈服强度fy(应变为εy=fy/Es)而进入第II阶段末尾IIa状态。
第II阶段是计算受弯构件正常使用阶段变形和裂缝宽度时所依据的应力阶段。
(3)第III阶段(破坏阶段)。当荷载再继续增加,钢筋应力达到屈服强度后,即可认为梁已开始进入“破坏阶段”。此时钢筋应力不增加(保持为fy),而应变迅速增加,混凝土裂缝很快向上开展,截面中和轴不断上升,受压区高度不断减小,混凝土压应力不断增大,受压区混凝土塑性表现得更为充分,压应力图形呈现显著的曲线形。当边缘混凝土的压应变达到极限压应变εcu时(第III阶段末尾IIIa状态),受压区出现一些纵向裂缝,最后受压区混凝土被压碎甚至崩落而导致构件完全破坏。
第III阶段IIIa状态下构件所能承受的破坏弯矩,是作为承载力极限状态计算受弯构件正截面承载力时所依据的应力阶段。
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梁内钢筋直径、根数、间距及布置有何构造规定?钢筋直径:为了保证钢筋骨架的刚度,梁内纵向受力钢筋的直径不能太细。同时为了防止混凝土裂缝过大和钢筋在混凝土中可能滑动,也不宜采用很粗的钢筋。梁内常用的纵向受力钢筋直径为10~28mm。 在同一根构件中,受力钢筋直径最好相同。为了选配钢筋方便和节约钢材起见,有时也可选用两种不同直径的钢筋,此时应使两种钢筋直径相差2mm以上,以便施工时容易识别,但也不宜超过4~6mm,以使截面受力均匀。 钢筋根数:梁中受力钢筋的根数太多时,会增加浇筑混凝土的难度,根数太少时又不足以选择弯起钢筋来满足斜截面抗剪要求。同时,如果钢筋根数少而直径粗,受力不均匀,加工也不方便。在梁中,钢筋根数至少为两根,以形成钢筋骨架的需要,钢筋总数根据承载力计算确定。
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