2019一级结构工程师《钢筋混凝土结构》讲义：第六章第三节

6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态

3.1 偏心受压短柱的破坏形态

钢筋混凝土偏心受压短柱的破坏形态有受拉破坏和受压破坏两种。

1.受拉破坏形态

受拉破坏又称大偏心受压破坏，它发生于轴向力 N 的相对偏心距e0/h较大，且受拉钢筋配置得不太多时。

(1) 受力分析

在靠近轴向力作用的一侧受压，另一侧受拉。首先在受拉区产生横向裂缝,随之不断地开展，在破坏前主裂缝逐渐明显，受拉钢筋的应力达到屈服强度，中和轴上升，使混凝土压区高度迅速减小，最后压区混凝土被压碎，构件破坏。见图6-12。

(2) 受拉破坏形态的特点

受拉钢筋先达到屈服强度，导致压区混凝土压碎，是与适筋梁破坏形态相似的延性破坏类型。

图 6-12 受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态

(a) 截面应力; (b) 受拉破坏形态

2. 受压破坏形态

(1) 受力分析

受压破坏形态又称小偏心受压破坏，截面破坏是从受压区开始的，发生于以下两种情况。

1) 当轴向力 N 的相对偏心距e0/h较小时，构件截面全部受压或大部分受压。破坏时，受压应力较大一侧的混凝土被压坏，同侧的受压钢筋的应力也达到抗压屈服强度。而离轴向力N较远一侧的钢筋(以下简称“远侧钢筋”)，可能受拉也可能受压，但都不屈服，分别见图 6-13(a)和(b)。

图 6-13 受压破坏时的截面应力和受压破坏形态

(a)、(b) 截面应力; (c) 受压破坏形态

(2) 当轴向力N的相对偏心距e0/h虽然较大，但却配置了特别多的受拉钢筋，致使受拉钢筋始终不屈服。破坏时，受压区混凝土被压坏，受压钢筋应力达到抗压屈服强度，而远侧钢筋受拉而不屈服，见图6-13 (a)所示。

(2) 受压破坏形态的特点

混凝土先被压碎，远侧钢筋可能受拉也可能受压，但都不屈服，属于脆性破坏类型。

综上可知，“受拉破坏形态”与“受压破坏形态”都属于材料破坏。它们不同之处在于截面破坏的起因，即截面受拉部分和受压部分谁先发生破坏。前者是受拉钢筋先屈服而后受压混凝土被压碎;后者是截面的受压部分先发生破坏。

3.界限破坏

在“受拉破坏形态”与“受压破坏形态”之间存在着一种界限破坏形态，称为“界限破坏”。它不仅有横向主裂缝，而且比较明显。其主要特征是：在受拉钢筋应力达到屈服强度的同时，受压区混凝土被压碎。界限破坏形态也属于受拉破坏形态。

6.3.2 长柱的正截面受压破坏

试验表明，钢筋混凝土柱在承受偏心受压荷载后，会产生纵向弯曲。但长细比小的柱，即所谓“短柱”，由于纵向弯曲小，在设计时一般可忽略不计。对于长细比较大的柱则不同，它会产生比较大的纵向弯曲，设计时必须予以考虑。见图6-15。

图6-15 长柱实测 N-f 曲线

1.长柱的破坏形式

偏心受压长柱在纵向弯曲影响下，可能发生两种形式的破坏：

(1) 失稳破坏

长细比很大时，构件的破坏不是由于材料引起的，而是由于构件纵向弯曲失去平衡引起的，称为“失稳破坏”。

(2) 材料破坏

当柱长细比在一定范围内时，在承受偏心受压荷载后，虽然偏心距由ei —→ ei +f，使柱的承载能力比同样截面的短柱减小，但就其破坏本质来讲，跟短柱破坏相同，属于“材料破坏”，即为截面材料强度耗尽的破坏。

2.不同长细比柱从加载到破坏的 N-M 关系

图6-16示出了截面尺寸、配筋和材料强度等完全相同，仅长细比不相同的3根柱，从加载到破坏的示意图。曲线ABCD表示某钢筋混凝土偏心受压构件截面材料破坏时的承载力M与N之间的关系。

图 6-16 不同长细比柱从加载到破坏的 N-M 关系

(1) 短柱从加载到破坏的N-M关系(直线OB)：其变化轨迹是直线，M/N为常数，表示偏心距自始至终是不变的。属“材料破坏”

(2) 长柱从加载到破坏的N-M关系(曲线OC)：其变化轨迹呈曲线形状，M/N是变数，表示偏心距是随着纵向力N的加大而不断非线性增加的。也属“材料破坏”。

(3) 长细比很大的长柱从加载到破坏的N-M关系(曲线OE)：柱的长细比很大时，则在没有达到M、N的材料破坏关系曲线ABCD前，由于轴向力的微小增量ΔN可引起不收敛的弯矩M的增加而破坏，即“失稳破坏”。此时钢筋和混凝土材料强度均未得到充分发挥。

在图6-16中还能看出，这三根柱的轴向力偏心距ei 值虽然相同，但其承受纵向力N值的能力是不同的，分别为 N0>N1>>N2 。这表明构件长细比的加大会降低构件的正截面受压承载力。产生这一现象的原因是：当长细比较大时，偏心受压构件的纵向弯曲引起了不可忽略的二阶弯矩。