【文章內(nèi)容簡介】 上述桁架模型假設上弦混凝土只受壓力，不受剪力；下弦縱筋只受拉力，不受橫向銷栓力；也不考慮沿斜裂縫的混凝土骨料咬合作用等，是其不足。 13． 4 多種受力狀態(tài)和構(gòu)造的構(gòu)件 實際結(jié)構(gòu)工程中，不都是簡單的矩形等截面構(gòu)件 ，也不全是簡支梁，只承受剪力和彎矩的作用。 上述鋼筋混凝土梁的彎剪試驗研究結(jié)論和計算方法，對于很多變化的情況不能適用。 例如荷載施加位置有變化，截面上另有軸力，彎剪段內(nèi)有變號彎矩，或者構(gòu)件為非矩形截面和變截面，等等。因為混凝土構(gòu)件彎剪應力狀態(tài)的復雜性，至今沒有普遍適用的統(tǒng)一理論，各種特殊問題需要有專門的試驗研究， 分別給予處理。 梁腹加載的構(gòu)件 結(jié)構(gòu)體系中的許多鋼筋混凝土梁，由于結(jié)構(gòu)方案或構(gòu)造的原因，所承受的荷載施加在梁的腹部或下部 (圖 1317)，而不像前述試驗梁一樣施加在構(gòu)件頂面。例如預制板及其上的荷載通過預制梁腹部的凸緣傳遞；現(xiàn)澆肋形樓蓋中，次梁及其上的荷載，主要通過連接面上未開裂部分 (即次梁支座截面的壓區(qū) )傳遞至主梁；剪力墻所承受的水平方向地震或風荷載，主要由連接樓層的水平剪力傳遞，此剪力荷載沿剪力墻截面高度連續(xù)分布等。 連接面上未開裂部分傳遞至主梁 梁腹部的凸緣傳遞 連接樓層的水平剪力傳遞 荷載施加在梁的腹部或下部，使得荷載位置以上部分的梁段內(nèi)存在受拉的豎向正應力 (σ y0)，恰好與梁頂施加荷載產(chǎn)生豎向壓應人 (σ y0)的情況相反。雖然其它比力 (σ x和 τ )的變化不大， 豎向正應力的變號足以對構(gòu)件的破壞形態(tài)和極限彎剪承載力發(fā)生很不利的影響。 剪壓 斜拉 無腹筋梁的彎剪試驗證實， 剪跨比 λ ≤3 的梁腹加載試件， 因為剪彎段主拉應力的方向和數(shù)值發(fā)生變化，當形成腹剪斜裂縫后，很快向斜上方延伸，穿過荷載作用截面直通梁頂，將梁剪斷， 是典型的斜拉破壞形態(tài)。其極限承載力很接近于開裂荷載，遠小于剪跨比相等、但在梁頂加載的剪壓破壞試件的承載力。 試驗也證實， 剪跨比 λ 3的兩類加載方式的試件都是斜拉破壞形態(tài)，彎剪承載力接近。 當有腹筋梁上的荷載作用在梁腹或底部時 ，彎剪段內(nèi)的箍筋都受拉。破壞前斜裂縫密布，各箍筋的最大拉應力(變 )值接近，且應力沿箍筋長度方向分布較為均勻 (對比圖 1310)。這種梁的 彎剪承載力也低于梁頂加載試件 ，設計時應將箍筋沿全剪彎段均勻布置 。 T形截面梁 工程中常用的 T形截面梁，冀緣寬度和腹板厚度的比例 (bf／ b)不同時 ，改變了 梁端剪彎段的應力分布狀態(tài) ，因而影響構(gòu)件的極限彎剪承載力，甚至引起破壞形態(tài)的轉(zhuǎn)化。下面對兩組試驗分別給以說明。 這組梁的剪跨大，為斜拉破壞形態(tài)，極限承剪力接近開裂剪力。按照彈性計算，混凝土開裂并出現(xiàn)腹剪裂縫時的剪力為Vcr=ftbI/Smax，其中 I為截面慣性矩， Smax為中和軸一側(cè)截面積對中和軸的面積矩。冀緣寬度增大后，I/Smax一值增加有限； 試驗還證明， T形梁的冀緣只有靠近腹部的一部分寬度能充分發(fā)揮作用，即有效的 I/Smax值更低。故 增大冀緣寬度對構(gòu)件的開裂剪力和極限彎剪承載力提高有限。 bf=2b的試件承載力提高了 20% 翼緣更寬的試件，彎剪承載力幾乎不再增大 第一組： 截面腹部等寬，但冀緣寬度不等，最大比值達 bf／ b＝ 7 第二組： 試件為有腹筋梁，翼緣寬度相等而腹板厚度不等，最大比值為 bf／ b=6。分別施加集中荷載和均布荷載 矩形截面梁比最薄腹板梁的承載力約高 40％、50％ 矩形截面梁和腹板較厚 (b≥150mm) 的梁 ：為剪壓破壞形態(tài)，極限狀態(tài)時，除了腹部斜裂縫處骨料咬合作用有所差別外，裂縫上部混凝土壓剪區(qū)的面積和承載力，以及箍筋承載力都相同，故試件的總彎剪承載力相差很小。 腹板很薄 (b≤100mm) 的試件： 在出現(xiàn)腹剪斜裂縫后，箍筋仍能繼續(xù)承受較大拉力，但是主壓應力達到混凝土的抗壓強度 (此處腹板為二軸拉／壓應力狀態(tài)，強度值低于單軸抗壓強度 fc時，試件即發(fā)生破壞。故薄腹梁已轉(zhuǎn)化為斜壓破壞形態(tài)，其極限彎剪承載力隨腹板的厚度 (受壓面積 )而增減 。 結(jié)論： 通觀上述試驗結(jié)果， T形梁的彎剪承載力因 截面形狀和尺寸、配筋情況、剪跨比和破壞形態(tài) 的轉(zhuǎn)移而發(fā)生變化。一般情況下，忽略翼緣的作用，只取腹板寬度作為矩形截向梁計算構(gòu)件的彎剪承載力，其結(jié)果偏于安全。 變截面（高度）梁 結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)多種形式的變截面梁 (圖 1320)是為了滿足 — 些結(jié)構(gòu)的或構(gòu)造的需要，例如增大跨中截面以提高抗彎承載力，屋頂預留排水坡度，框架梁端加腋以提高抗彎和抗剪能力等。這類梁也隨跨高比或集中荷載的剪跨比的不同可能形成斜壓、剪壓和斜拉破壞形態(tài)。前面介紹的等截面梁彎剪性能的結(jié)論和計算方法的原則都適用。 頂邊傾斜 臨界斜裂縫的上部剪壓區(qū)鄰近荷載截面 (高度為 h0)，其破壞形態(tài)和傳力機理與等截面梁 (h0)的基本相同，彎剪承載力也接近。 傾斜角 α 較大 傾斜角 α 不大 臨界斜裂縫的上端達不到荷載截面，有限高度減小，極限承載力降低； 底邊傾斜的梁， 臨界斜裂縫一般都通過截面轉(zhuǎn)接處 。破壞形態(tài)如圖 1320(b)。其極限彎剪承載力主要受支座截面高度 (h0)的等高梁支配。傾斜縱筋的垂直分力 (Asfysinβ )成為一附加抗剪成分，計算時應予計入。 框架梁端的加腋部分增強了抗彎剪能力，臨界斜裂縫一般出現(xiàn)在梁的等截面 (高度為 h0），極限承載力按此截面計算。 軸力的影啊 構(gòu)件截面上有軸力 (壓力或拉力 )和剪力、彎矩同時作用，縱向應力 σ x發(fā)生很大變化，影響了構(gòu)件的破壞形態(tài)和極限承載力。試件參數(shù)(截面尺寸和材料、配筋、剪跨比等 )相近的試驗結(jié)果得到的剪力 (彎矩 )— 軸力包絡圖的典型曲線如圖 1321。試驗的一般加載過程為：先施加軸力并維持常值。再施加橫向荷載 (即剪力和彎矩 )，直至試件破壞。 對構(gòu)建施加軸向拉力，隨著軸力和剪力相對比值(N／ V)的減小，構(gòu)件最終破壞時的臨界斜裂縫與縱軸的夾角漸趨減小?？擅鞔_地區(qū)分出偏心受拉和斜拉 (彎剪 )等兩種典型破壞形態(tài)，極限狀態(tài)時的軸拉力（ Nu）減小，剪力 (Vu或彎矩 )增大。 試驗中發(fā)現(xiàn)：當軸壓比 N／ fcbh0 ＝圍內(nèi)，有最大的極限剪力。 試件只承受軸力時，產(chǎn)生軸心受壓或軸心受拉破壞，極限承載力很容易確定。 在軸壓比更大的情況下，構(gòu)件的大部分截面積 (甚至全截面 )受壓，破壞形態(tài)逐漸過渡為小偏心受壓破壞形態(tài)，極限剪力下降。 軸力很小時，彎剪構(gòu)件都是剪壓破壞形態(tài)。軸力為拉時，其極限承剪力下降。軸力為壓時承載力增強 。 隨著軸壓比 (N／ fcbh0)增大時，可避免出現(xiàn)腹剪和彎剪裂縫，構(gòu)件過渡為斜壓破壞形態(tài) 。 如果不考慮構(gòu)件的彎剪破壞狀態(tài)，將正截面的軸力 彎矩包絡圖(見圖 10— 7(a))換算成軸力 剪力包絡圖，如圖 1321中虛線所示。另一方面，若采取措施防止彎剪破壞，將發(fā)生大偏心受拉或大偏心受壓等破壞形態(tài)，承載力由虛線控制： 兩條包絡線的兩端重合部分各為偏心受拉和偏心受壓破壞形態(tài)，其間因發(fā)生彎剪破壞而使承載力下降。 結(jié)論： 軸壓力 (包括頂應力 )提高了構(gòu)件的彎剪承載力、軸拉力則降低承載力。 各國的設計規(guī)范中有不同的方式反映軸力的影響。 剪彎段彎矩變號 簡支梁無論在集中荷載或均布荷載作用下產(chǎn)生彎剪破壞的區(qū)段，彎矩都是同號。連續(xù)梁有懸臂端的梁和水平荷載 (如地震 )作用下的框架柱、梁等，彎剪破壞區(qū)段的彎矩變號，即出支座處的負彎矩轉(zhuǎn)為跨中的正彎矩，而且剪力最大的支座截面恰逢彎矩最大值。 舉例：伸臂梁 試件加載后，首先在支座和跨中彎矩最大處出現(xiàn)受拉裂縫， 此時梁頂和梁底的縱筋應力分布都與彎矩圖相一致。 隨著荷載的增大，正、負彎炬區(qū)都將出現(xiàn)彎剪和腹剪裂縫，并向斜方向延伸。當裂縫和縱筋相交后、縱筋的拉應力突增，沿縱筋出現(xiàn)多條短的粘結(jié)裂縫；此時，上、下縱筋的受拉范圍大大地擴展，府力分布不再符合彎矩圖的形狀， M＝ 0的截面處上、下鋼筋均為受拉，受力機理已不再是“梁”，而好似上、下有拉桿的正、反連續(xù)拱，或者像一桁架。 支座和跨中彎矩最大處出現(xiàn)受拉裂縫 正、負彎炬區(qū)都將出現(xiàn)彎剪和腹剪裂縫，并向斜方向延伸。 M＝ 0的截面處上、下鋼筋均為受拉 有變號彎矩的剪彎段性能主要取決于廣義剪跨比，即支座或集中荷載截面處的彎矩和剪力的比值： M~/Vh0=a~/h0或 M+/Vh0。構(gòu)件的廣義剪跨比增 大，也將相繼出現(xiàn)斜壓、剪壓和斜拉破壞形態(tài)，極限彎剪承載力逐漸降低。 當廣義剪跨比（ a+）相等時，剪彎段 (a)內(nèi)負彎矩 (1M~/M+1)越大。梁頂縱筋拉應力高，粘結(jié)破壞嚴重，極限承載力下降。 廣義剪跨比 ≥ 4的構(gòu)件為斜拉破壞形態(tài)，負彎矩區(qū)的影響已不明顯。 若梁的剪彎段長度 (a＝ a~+a+)為一常值，在同一剪力作用下、支座和荷載截團的彎矩之和為一常值 IM~I+M+ =Va=const。支座處有負彎矩，勢必減小跨中彎矩。此時，可將此梁段看作以 M=0截畫為分界的左、右二梁，各自的剪跨比為 a~/h和 a+ /h0。所有這些情況下，構(gòu)件的承載力都超過簡支梁(M~=0， a+為最大值 )的彎剪承教力。 1M~/M+11時，正彎矩一側(cè)的剪跨比大，承載力偏低，彎剪破壞發(fā)生在 正彎距區(qū) ； 當 1M~/M+11 ，彎剪破壞發(fā)生在剪跨比較大的 負彎矩區(qū) 。 在 1M~/M+1＝ 1的情況，兩側(cè)剪跨比相等，有最大的極限彎剪承載力 牛腿 承重結(jié)構(gòu)上設置牛腿，以承托它所支承的結(jié)構(gòu)。例如工業(yè)廠房的柱子上設牛腿承托屋架 (梁 )、吊車梁和墻梁，甚至直接承托設備．又如墻或梁上的牛腿支承板或梁等。牛腿主要承受豎向荷載．也承受風或地震的作用、吊車制動力、混凝土收縮變形等產(chǎn)生的水平荷載。 牛腿的頂部必須配置受拉鋼筋，還設置水平方向箍筋和斜向彎起筋 (圖1324(a))。牛腿的構(gòu)造和受力狀態(tài)如同一個短懸臂梁，或者由水平拉桿和斜向壓桿組成的簡單三角桁架。當 荷載挑出下桿支承邊的距離小于其有效高度(a≤h0) 時挑出部分稱為牛腿 ，其性能和承載力分析如下。挑出距離更長(a≥h0) 的牛腿，可按照相應剪跨比 (a／ h0)的粱進行彎剪分析。 有試驗研究表明，牛腿的挑出長度 (a／ h0)決定了其內(nèi)部應力狀態(tài)，出現(xiàn)不同的裂縫發(fā)展過程和典型破壞形態(tài) (圖 13— 24(b))： 剪切破壞 (a≤) —— 沿下柱支承邊出現(xiàn)多條斜向短裂縫，與直接剪切試件 (圖 1— 28(a))相同，最后牛腿沿此垂立面往下剪切移功而破壞。 斜壓破壞 (a=（ ） h0)—— 當荷載達極限值的 20％ 40％時，首光在牛腿頂面出現(xiàn)受拉豎向裂縫，稍有擴展后停滯。達極限荷載的 40％ 60％時，加載板內(nèi)側(cè)出現(xiàn)裂縫，并向斜下方發(fā)展。至 70％ — 80％極限荷裁后，此斜裂縫的外側(cè)出現(xiàn)大量短小的斜裂縫，逐漸擴展和相連。最終如同加載板下的 —個斜向短柱受壓破壞。實際工程中的牛腿大部屬此類。 彎壓破壞 (a=（ ） h0)—— 荷載增大后，相繼出現(xiàn)頂部的豎向受拉裂縫和加載板內(nèi)側(cè)起始的斜裂縫，并逐漸向牛腿根部延伸。達 80％極限荷載后，頂部鋼筋受拉屈服，裂縫增寬并向下延伸．牛腿根部的壓區(qū)高皮不斷縮減，混凝土發(fā)生受壓破壞而告終。 影響牛腿受力性能的主要因素，除了剪跨比 (a／ h0)外，還有受拉配筋率、混凝土強度、箍筋數(shù)量、加載墊板尺寸等。牛腿中配設的箍筋和彎起筋對于出現(xiàn)裂縫的荷載值影響不大，但是可限制隨后的裂縫開展寬度。 牛腿上出現(xiàn)斜裂縫時的荷載隨剪跨比的增大而減小，其極限荷載或剪力 Vu也隨剪跨比的增大而減小，但隨縱筋率而增大 (圖 1325)。設計牛腿時，一般以其抗裂和防止剪切型破壞等條件控制截面尺寸，以極限承載力條件計算所需受拉鋼筋。 板的沖切 工程中常有板結(jié)構(gòu)承受集中荷載的情況。例如橋面板上的車輪壓力、樓板上的設備 (圖 13— 26(a))，以及板 — 柱結(jié)構(gòu)、單獨柱基 (圖 13— 26(b))等。這些構(gòu)件在集中力作用下可能發(fā)生局部破壞，荷載或柱體連帶一混凝土錐體從板中沖切而出，受力和破壞特點為雙向剪切。 上述兩類沖切問題的差別只在于沖切錐范圍內(nèi)有無分布的荷載 (或反力 )， 類似于梁在集中荷載和均布荷載下的彎剪破壞的差別。 鋼筋混凝土板的集中荷載試驗，揭示了沖切破壞的過程和形態(tài)，圖 13—27所示為模擬彈性支承基礎板的試驗。 試件加載初期 撓曲變形很??；至 極限荷載酌 30％ — 50％ 后，板底面的兩個方向出現(xiàn)受彎 (拉 )裂縫，從中間向外側(cè)延伸，撓度加快增長； 至極限荷載的 75％ — 90％， 板的側(cè)面可見裂縫，裂縫的寬度不大。緩慢地向上延伸。 到達 極限荷載后 ，試件突然沖切破壞： 沖切破壞形態(tài)： 柱子明顯下陷，往根四角稍有剝落，柱根周圍的板頂面混凝土崩裂，板底的中部往外凸出，邊緣為周困的沖切裂縫。甚至，柱