
在受弯构件中,一般由纵向钢筋、箍筋、弯起钢筋以及架立钢筋构成如图5-5所示的钢筋骨架。其中,箍筋和弯起钢筋统称为腹筋。实际工程中,梁一般均配置箍筋,有时根据需要配置弯起钢筋。为研究梁内混凝土部分斜截面的抗剪机理和影响因素,我们首先以无腹筋梁作为研究对象,然后在无腹筋梁的基础上,对有腹筋梁的受力及破坏进行分析研究。
5.2.1 斜截面开裂后梁中的应力状态
在剪力及弯矩作用下,无腹筋梁斜截面上的剪力由谁来承担?
(1)斜裂缝出现前,梁中剪力基本由全截面混凝土承担。
(2)斜裂缝形成后,荷载在斜截面上产生的剪力由三部分组成,分别是未开裂混凝土所承担的剪力、纵向钢筋的销栓力、斜裂缝两侧混凝土发生相对错动产生的骨料咬合力的竖向分力。力平衡表达式及受力分析图如下:
(5-1)
式中,——荷载在斜截面上产生的剪力;
——未开裂混凝土所承担的剪力;
——纵向钢筋的销栓力;
——斜裂缝两侧混凝土发生相对错动产生的骨料咬合力的竖向分力。
图5-6 斜裂缝形成后的受力状态
5.2.2 剪跨比及无腹筋梁斜截面受剪破坏形态
1、剪跨比
剪跨比是影响无腹筋梁斜截面承载能力的主要因素之一,用表示,当梁内主要为集中荷载作用时,其剪跨比可由下式表达:
式中:——集中荷载作用点至邻近支座的距离,称为剪跨。
——截面的有效高度。
此剪跨比仅为集中荷载作用下的情况,称为计算剪跨比。对于其他荷载形式作用时,用广义剪跨比的概念,即截面的弯矩值与截面的剪力值和有效高度乘积之比。
式中:,
——分别为计算截面的弯矩和剪力(计算截面取弯矩和剪力均较大处);
——截面的有效高度。
2、受剪破坏形态
受弯构件除正截面的三种破坏形态外,还可能发生纵筋锚固不足、支座处局部承压能力不足引起的破坏。而在竖向的剪力作用下,受弯构件还有可能发生斜截面的破坏。斜截面破坏形态主要有斜压、剪压及斜拉三种破坏形态。
(1)斜拉破坏
首先,请同学们观看无腹筋梁的斜拉破坏试验。
如图5-8a所示,当剪跨比或跨高比较大时>,破坏形态最初在弯剪段梁底部先出现垂直裂缝并迅速斜向延伸形成主裂缝,且很快伸展到梁顶,将梁劈成两部分而破坏,其实质是斜截面正拉应力占主导地位,使截面形成很大的主拉应力,因超过混凝土的抗拉强度而破坏。这种破坏与正截面少筋梁破坏类似,破坏荷载与开裂荷载很接近,破坏时变形不明显,呈现显著的脆性特征。
(2)剪压破坏
首先,请同学们观看无腹筋梁的剪压破坏试验。
当剪跨比或跨高比位于时,通常发生剪压破坏,如图5-8b所示,其破坏特征是:弯剪斜裂缝出现后,荷载仍可有较大增长。当荷载增大时,弯剪型斜裂缝中将出现一条长而宽的主要斜裂缝,称为临界斜裂缝。当荷载继续增大,临界斜裂缝上端剩余截面逐渐缩小,剪压区混凝土被压碎而破坏。这种破坏仍为脆性破坏。
(3)斜压破坏
首先,请同学们观看无腹筋梁的斜压破坏试验。
当剪跨比或跨高比较小时,通常发生斜压破坏。如图5-8c所示,首先在荷载作用点与支座间梁的腹部出现若干条平行的斜裂缝,即腹剪型斜裂缝,随着荷载的增加,梁腹被这些斜裂缝分割为若干斜向“短柱”,最后因为柱体混凝土被压碎而破坏。这种破坏也属于脆性破坏,但承载力较高。