鋼筋混凝土簡支短梁受剪性能試驗(yàn)研究

鋼筋混凝土簡支短梁受剪性能試驗(yàn)研究

我國現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（gbj10-89）（以下簡稱gbj10-89）明確規(guī)定，深梁是指跨r0和h.2（簡支深梁）或l0和h.2.5（連續(xù)深梁）的梁。一般來說，對于l0和h.5的梁，稱之為平面梁。對于l0和h.2（或2.5）之間的梁，表示為短梁。gbj10-89給出了深梁和平面梁的剪切分析公式，而不是短梁的計(jì)算公式。這就給了短梁的計(jì)算和準(zhǔn)備在國內(nèi)外差異很大的問題。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎性，國內(nèi)外抗彎公式復(fù)雜，影響因素多。在國內(nèi)外的設(shè)計(jì)規(guī)范中，抗彎公式在鐵路、公路、港口和水上市政設(shè)計(jì)中也很常見?，F(xiàn)在，在國家鐵路、公路、港口和市政電氣工程的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，這種差異也很嚴(yán)重?，F(xiàn)在，在修訂標(biāo)準(zhǔn)gbj10-89的規(guī)范時(shí)，我們可以處理好深梁、短梁和平面梁的剪切分析公式的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，不僅實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)不同行業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，而且實(shí)現(xiàn)了國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。因此，在這項(xiàng)工作中，我們進(jìn)行了一些短梁的試驗(yàn)，并對一些短梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究和分析，并提出了一套可用于深梁、短梁和平面梁的聯(lián)合剪切分析公式，為國家標(biāo)準(zhǔn)的審查提供了參考。1試驗(yàn)梁的布置試驗(yàn)梁共計(jì)11根,其中集中荷載梁6根,均布荷載梁5根.所有的試驗(yàn)梁中既配有水平腹筋又配有垂直腹筋,試驗(yàn)梁的有關(guān)參數(shù)分別見表1、表2.縱筋及腹筋均采用預(yù)埋電阻應(yīng)變片,縱筋電阻應(yīng)變片布置在跨中,梁兩側(cè)對稱貼片;腹筋電阻應(yīng)變片布置的位置均在支座及加荷點(diǎn)連線附近(估計(jì)將要出現(xiàn)臨界斜裂縫的位置),對于均布荷載的梁,應(yīng)變片的位置基本上布置在支座與1/4跨連線附近,也是梁兩側(cè)對稱貼片.試件的加荷采用液壓同步加載設(shè)備.集中荷載作用下的試驗(yàn)梁采用兩點(diǎn)對稱加載,均布荷載作用下的試驗(yàn)梁,當(dāng)l0/h≤4時(shí)采用4點(diǎn)加荷等代,l0/h>4時(shí)采用六點(diǎn)加荷等代.鋼筋的應(yīng)變通過7V13數(shù)據(jù)采集器自動記錄并打印出結(jié)果;用百分表量測跨中撓度;當(dāng)試驗(yàn)梁開裂后,量測各級荷載下的裂縫寬度.2試驗(yàn)分析2.1梁的破壞形態(tài)(1)試驗(yàn)梁從加荷至破壞,其工作狀態(tài)經(jīng)歷了3個(gè)階段:彈性工作階段、帶裂縫工作階段和破壞階段.在試驗(yàn)過程中,對于跨高比相同的試驗(yàn)梁,均布荷載梁破壞時(shí)的支座截面受剪承載力要大于集中荷載梁破壞時(shí)的支座截面受剪承載力,此外,還可觀察出試驗(yàn)梁隨著跨高比或剪跨比的增大,其相對剛度不斷降低.(2)試驗(yàn)結(jié)果表明,梁的破壞形態(tài)與剪跨比、跨高比有關(guān).斜壓破壞多發(fā)生于剪跨比λ≤1的集中荷載梁和跨高比l0/h≤4的均布荷載梁的情況;剪壓破壞一般在剪跨比1<λ<3的集中荷載梁和跨高比4<l0/h≤8的均布荷載梁中出現(xiàn);試驗(yàn)中有1根梁發(fā)生了斜拉破壞(Lc-6-3),剪跨比較大.2.2不同跨高比時(shí)點(diǎn)跨剪承載力混凝土項(xiàng)的受剪承載力與剪跨比、跨高比有關(guān).在集中荷載作用下,剪跨比是影響無腹筋梁受剪承載力的主要因素,隨著剪跨比的增大受剪承載力下降.圖1給出了收集到的169根鋼筋混凝土無腹筋梁受剪承載力隨剪跨比的變化情況.由圖1可看出,當(dāng)剪跨比λ≤0.25時(shí),隨著剪跨比的增大,受剪承載力下降不明顯;而當(dāng)剪跨比λ≥3即斜拉破壞范圍內(nèi),受剪承載力下降也不明顯;而當(dāng)0.25≤λ≤3時(shí),隨著剪跨比的增大,受剪承載力下降明顯.在均布荷載作用下,跨高比是影響梁受剪承載力的主要因素,隨著跨高比的增大,受剪承載力下降,圖2給出了收集到的70根鋼筋混凝土無腹筋梁受剪承載力隨跨高比l0/h的變化情況.由圖2可看出,當(dāng)l0/h≤2即在深梁范圍內(nèi),受剪承載力隨跨高比的變化不明顯;當(dāng)跨高比l0/h>8后,受剪承載力下降也不明顯;而當(dāng)l0/h=2～5,即在短梁范圍內(nèi)時(shí),受剪承載力的變化較明顯,隨著跨高比的增大,受剪承載力下降.2.3試驗(yàn)梁的垂直腹筋應(yīng)變圖3中分別給出了集中荷載作用下、均布荷載作用下梁的抗剪強(qiáng)度與腹筋應(yīng)變的關(guān)系.從圖3中可看出,當(dāng)斜裂縫出現(xiàn)以前,腹筋的拉應(yīng)變很小,有些甚至出現(xiàn)了壓應(yīng)變,這時(shí)梁內(nèi)的應(yīng)力主要由混凝土來承擔(dān).隨著荷載的增加,斜裂縫出現(xiàn)后,腹筋上的應(yīng)變片穿過斜裂縫時(shí),腹筋的應(yīng)變驟然增加,而且隨著荷載的增加,應(yīng)變呈線性增加,一直保持較大的數(shù)值.通過對圖3中梁的抗剪強(qiáng)度與腹筋應(yīng)變關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析,可得出如下結(jié)論:(1)當(dāng)剪跨比λ<1(集中荷載梁)或跨高比l0/h<4(均布荷載梁)時(shí),試驗(yàn)梁的垂直腹筋應(yīng)變小于0,處于受壓的工作狀態(tài);而水平腹筋的應(yīng)變均大于0,處于受拉的工作狀態(tài),且隨著荷載的增加,水平腹筋的應(yīng)變呈線性增加,梁破壞時(shí)水平腹筋的應(yīng)變可達(dá)到600～800με,但水平腹筋未達(dá)到其屈服強(qiáng)度.(2)當(dāng)剪跨比λ=1(集中荷載梁)或跨高比l0/h=4(均布荷載梁)時(shí),無論是水平腹筋還是垂直腹筋,均處于受拉的工作狀態(tài),且二者的作用也大致相同.此次試驗(yàn)中,集中荷載作用下的梁Lcs-4-1,梁破壞時(shí)它們的水平腹筋和垂直腹筋的應(yīng)力可達(dá)到360N/mm2.(3)當(dāng)剪跨比1<λ≤3(集中荷載梁)或跨高比l0/h>4(均布荷載梁)時(shí),垂直腹筋的應(yīng)變大于水平腹筋的應(yīng)變,除了靠近支座和加荷點(diǎn)附近的垂直腹筋之外,垂直鋼筋的應(yīng)變數(shù)值都很大,破壞時(shí)穿過斜裂縫的垂直腹筋應(yīng)力均可達(dá)到360N/mm2.由以上結(jié)論可知,當(dāng)λ<1或l0/h<4時(shí),水平腹筋的作用大于垂直腹筋的作用,但水平腹筋的抗剪作用不大;當(dāng)λ=1或l0/h=4時(shí),二者的作用大致相同;當(dāng)1<λ<3或l0/h>4時(shí),垂直腹筋的作用大于水平腹筋的作用,且穿過斜裂縫的垂直腹筋應(yīng)力均可達(dá)到360N/mm2,上述結(jié)果為GBJ10-89規(guī)范修訂采用Ⅲ級鋼作為箍筋提供了試驗(yàn)依據(jù).2.4試驗(yàn)結(jié)果和影響因素縱向鋼筋穿越斜裂縫有“銷栓”作用,能直接承受一部分剪力,并且它還約束斜裂縫的擴(kuò)展,使斜裂縫上端的剪壓區(qū)面積增大,因而縱向鋼筋的配筋量越大,梁的抗剪能力越強(qiáng).集中荷載作用下,當(dāng)其他條件相同時(shí),縱筋配筋率ρ與梁的抗剪能力大致成線性關(guān)系.隨著剪跨比λ的不同,ρ的影響程度也不同.λ較小時(shí),縱筋的銷栓作用明顯,ρ對抗剪能力的影響較大;而λ較大時(shí),縱筋的銷栓作用減弱,ρ對抗剪能力的影響較小.均布荷載作用下,當(dāng)其他條件相同時(shí),縱筋配筋率ρ與梁的抗剪力大致成線性關(guān)系.隨著跨高比l0/h的不同,ρ的影響程度也不同.l0/h較小時(shí),縱筋的銷栓作用明顯,ρ對抗剪能力的影響較大;而λ較大時(shí),縱筋的銷栓作用減弱,ρ對抗剪能力的影響較小.3受剪承載力的計(jì)算公式文獻(xiàn)中根據(jù)鋼筋混凝土梁受剪的桁架-拱受力模型,推導(dǎo)出適用于深梁、短梁和淺梁受剪承載力計(jì)算的統(tǒng)一公式.集中荷載作用下:Vu=3.30.8+1.7λftbh0+λ21.42+1.03λ?AsvfyvShh0+0.236.50λ?0.35?Ashfshsvh0；(1)Vu=3.30.8+1.7λftbh0+λ21.42+1.03λ?AsvfyvShh0+0.236.50λ-0.35?Ashfshsvh0；(1)均布荷載作用下:Vu=102.42+1.29l/hftbh0+(l/h)222.72+4.12l/h?Asvfyvshh0+0.946.64l/h?1.43?Ashfshsvh0.(2)Vu=102.42+1.29l/hftbh0+(l/h)222.72+4.12l/h?Asvfyvshh0+0.946.64l/h-1.43?Ashfshsvh0.(2)從式(1),式(2)中可以看出,隨著剪跨比或跨高比的增大,混凝土的作用減小,垂直腹筋的作用增大,水平腹筋的作用減少.這些特點(diǎn)與試驗(yàn)結(jié)果符合良好,如圖1、圖2所示.但公式(1),(2)仍比較復(fù)雜,不便于實(shí)際工程的應(yīng)用,依據(jù)試驗(yàn)分析,在保證安全度的前提下,簡化理論公式,得出相互銜接的深梁、短梁和淺梁受剪承載力的實(shí)用計(jì)算公式.在短梁的范圍內(nèi)既要考慮水平腹筋的作用,也要考慮垂直腹筋的作用,因而短梁的受剪承載力計(jì)算公式可由表示混凝土作用、水平腹筋和垂直腹筋作用的三項(xiàng)式表達(dá);在深梁的范圍內(nèi),可以忽略垂直腹筋的作用,僅考慮水平腹筋的抗剪作用,其受剪承載力計(jì)算公式可僅由表示混凝土作用、水平腹筋作用的二項(xiàng)式來表達(dá);在淺梁的范圍內(nèi),可以忽略水平腹筋的作用,僅考慮垂直腹筋的抗剪作用,其受剪承載力可僅由表示混凝土作用、垂直腹筋作用的二項(xiàng)式來表達(dá).建議公式如下:淺梁:在均布荷載作用下,V≤0.7βρftbh0+1.25Asvfyvshh0；(3)V≤0.7βρftbh0+1.25Asvfyvshh0；(3)集中荷載作用下,V≤1.75λ+1βρftbh0+1.0Asvfyvshh0(0.25≤λ≤3).(4)V≤1.75λ+1βρftbh0+1.0Asvfyvshh0(0.25≤λ≤3).(4)深梁:V≤1.4ftbh0+0.5Asvfyhsvh0.(5)V≤1.4ftbh0+0.5Asvfyhsvh0.(5)短梁:在均布荷載作用下,V≤0.7(8?l0/h)3βρftbh0+1.25(l03h?23)Asvfyvshh0+16(5?l0/h)Ashfyhsvh0；(6)V≤0.7(8-l0/h)3βρftbh0+1.25(l03h-23)Asvfyvshh0+16(5-l0/h)Ashfyhsvh0；(6)集中荷載作用下,V≤1.75λ+1βρftbh0+(l0/h?2)3Asvfyvsvh0+(5?l0/h)6Ashfyhsvh0.(7)V≤1.75λ+1βρftbh0+(l0/h-2)3Asvfyvsvh0+(5-l0/h)6Ashfyhsvh0.(7)式中:當(dāng)l0