（土木工程专业论文）钢筋混凝土梁水平钢筋抗剪机理试验研究.pdf

摘要 摘要 本文首先从斜截面破坏的机理出发，提出在梁高范围内配置水平抗剪钢筋的 观点，继而设计试验模型研究钢筋混凝土梁在配置水平抗剪钢筋后斜截面的受力 性能。 为了研究不同剪跨比情况下，配置水平钢筋后梁的斜截面应力应变发展情 况，设计了试验模型系列1 一四根同时配置垂直箍筋和水平钢筋的矩形梁；为了 研究不同加载方式对截面受力性能的影响以及水平抗剪钢筋配置后对截面抗剪 承载力的影响，设计了试验模型系列2 一六根相同截面尺寸、相同纵向配筋、相 同剪跨比、相同垂直箍筋配置但加载方式、水平配筋有所不同的矩形梁。 试验中观察了从裂缝出现到模型破坏的全过程，记录了斜裂缝的发展状况、 箍筋及截面破坏时的荷载，并测量了水平抗剪钢筋和垂直箍筋在各个工作阶段的 应变。试验结果表明： 钢筋混凝土梁在增加水平抗剪钢筋配置后，剪压区截面在各个工作阶段基 本保持平截面。 水平钢筋在荷载作用下均出现拉应变，说明其承担了主拉应力的水平分 量。 在反复荷载作用下，箍筋拉应变数值加大，说明骨料咬合力减小。 在有水平钢筋时，箍筋屈服荷载增大，说明在有水平钢筋时箍筋发挥更完 全，而不用分出一部分面积去承担一部分主拉应力的水平分量，从而其屈服荷载 提高。 关键词：钢筋混凝土梁，水平抗剪钢筋，平截面假定，骨料咬合力，抗剪极限承 载力 a b s t r a c t a b s t r a c t o nt h eb a s i so fs h e a rm e c h a n i s mi nr cb e a m ，t h ec o n c e p to fh o r i z o n t a ls h e a rr e s i s t a n c e s t e e lr e i n f o r c e m e n tw a sp r e s e n t e d t e s tb e a m sw e r ed e s i g n e dt os t u d yt h es h e a rr e s i s t a n c e b e h a v i o ro f r e i n f o r e e dc o n c r e t er e c t a n g l eb e a mw i t hr e c t a n g l es e c t i o na n dh o r i z o n t a ls t e e lb a r s no r d e rt os t u d yt h es h e a rb e h a v i o rw i t hh o r i z o n t a ls t e e lb a r 4r e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m s w i t hd i f f e r e n ts h e a rs p a nr a t i ow e r et e s t e d e a c hb e a mh a dt h es a m ec r o s s s e c t i o na n dc o n t a i n e d t h es a m eq u a n t i t yo fm a i nl o n g i t u d i n a l s t e e l ，s t i r r u p ，a n d h o r i z o n t a ls t e e lr e i n f o r c e m e n t f u r t h e r m o r e ，i no r d e rt os t u d yt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tl o a dm o d ea n dh o r i z o n t a ls t e e l r e i n f o r c e m e n tt ou l t i m a t es h e a rb e h a v i o r , 6r e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m sw i t ht h es a m er e c t a n g l e s e c t i o n ，w i t ho rw i t h o u tt h e s a m eq u a n t i t yo fl o n g i t u d i n a la n dv e r t i c a l s t e e lr e i n f o r c e m e n tw e r e t e s t e d d u r i n gt h ee x p e r i m e n t ，t h ew h o l ep r o c e s sf r o mt h ef i r s tc r a c kt os t r u c t u r e f a i l u r ew a s o b s e r v e d t h ed i a g o n a lc r a c kd e v e l o p m e n t ，s t i r r u py i e l d i n gl o a d ，a n df a i l u r el o a dw e r er e c o r d e d t h es t r a i no fh o r i z o n t a ls t e e lb a ra n ds t i r r u pa td i f f e r e n tl o a ds t a g ew e r em e a s u r e d t h et e s t s s h o w e dt h ef o l l o w i n gr e s u l t s ： i nt h ec o n v e n t i o n a lr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a mw i t ha p p r o p r i a t el o n g i t u d i n a ls t e e la n d s t i r r u pr e i n f o r c e m e n ta d d i n gh o r i z o n t a ls h e a rr e s i s t a n c e s t e e lb a r s ，t h es e c t i o n sw i t h i nt h e s h e a r s p a nr e m a i nb a s i c a l l yp l a i na te a c hl o a ds t a g e ) u n d e rt h ea c t i o no ft o a d ，t h eh o r i z o n t a ls t e e lb a r sd i s p l a yt e n s i l es t r a i n ，w h i c hm e a n st h e y s h a r es o m e l o n g i t u d i n a lp a r to f t h ep r i n c i p l et e n s i l es t r e s s u n d e rt h ea c t i o no fr e p e a t e dl o a d ，t h et e n s i l es t r a i no fs t i r r u p si n c r e a s e w h i c hm e a n st h e t h ec o n c r e t ea g g r e g a t ei n t e r l o c kd e c r e a s e t h es t i r r u py i e l dl o a di n c r e a s e so nt h ee o n d l t i o nt h a tt h et e s tb e a mh a sh o r i z o n t a ls t e e l r e i n f o r c e m e n t , w h i c hn 】e a n st h es t i r r u pb e h a v e sm o r ec o m p l e t e l ya f t e ra d d i n gh o r i z o n t a ls t e e lb a r t h em a i nr e a s o ni st h a tt h es t i r r u pd o e s n th a v et os h a r es o m el o n g i t u d i n a lp a r to ft h ep r i n c i p l e t e n s i l es t r e s s k e yw o r d s ：r e i n f o r c e d c o n c r e t eb e a m ，h o r i z o n t a ls h e a rs t e e l ，p l a i ns e c t i o n a s s u m p t i o n ，a g g r e g a t ei n t e r l o c k ，u l t i m a t es h e a rr e s i s t a n c e 第一章序论 第一章序论 1 1 钢筋混凝土结构发展简介 十九世纪中期，波特兰水泥诞生，二十多年后混凝土问世，后来随着钢筋在混凝 土结构中的应用，钢筋混凝土结构逐渐成为土木工程领域主要的材料。从此，钢筋 混凝土的受力性能，成为结构及建筑材料学科科研工作者的重要科研课题。到十九 世纪末期，预应力开始施加于混凝土结构中，又进一步促进了这门学科的深入和发 展，并延续至今。 钢筋混凝土结构在发展初期，所采用的都是素混凝土结构，因为混凝土的抗拉 强度非常小，素混凝土只能用来承压而不能用来抗拉，导致其应用范围非常有限。 钢筋，是一种抗拉与抗压强度都很高且延性很好的材料，为了解决素混凝土结构抗 拉的不足，开始想到采用钢筋来加劲混凝土，有机地将两种物理力学性质完全不同 的材料结合成一种新型的复合材料。正是这种用钢筋来承受拉力、混凝土承受压力 的可贵构思，使得混凝土结构后来的蓬勃发展、方兴未艾成为可能。 二十世纪初期，法国人e f r e y s s i n e t 在对混凝土和钢材性能进行大量研究和总结 的基础上，提出了预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土的观点，此论断是 预应力混凝土在理论上的关键性突破，由此也为预应力混凝土结构在今天的广泛应 用奠下坚实的基础。 钢筋混凝土应用于桥梁结构，始于十九世纪七十年代法国人j m o n i e r 设计建造 的一座拱式人行桥，该桥跨长1 6 m ，宽4 m 。也正是由于j m o n i c r 所创建的钢筋混 凝土结构开始具有实用的价值，因此近世各国多认为他是钢筋混凝土结构的创始人。 但是，毕竟由于缺乏试验和理论的依据，这一时期的钢筋混凝土设计仍存在很多明 显的错误。 我国钢筋混凝土结构的发展起始于1 9 0 8 年所建成的上海电话公司大楼，该大楼 在房屋建筑方面首次采用了钢筋混凝土框架式结构。1 9 3 7 年，我国完全凭借自己的 技术建成了著名的钱塘江桥，全长1 4 5 3 m ，主跨长6 7 m ，为简支钢桁架梁桥，其 1 5 孔正桥和2 1 孔引桥的桥墩和基础，以及1 2 座刚架式桥都全部采用了钢筋混凝土 结构。 建国以后，钢筋混凝土和预应力混凝土在桥梁建设方面蓬勃发展。从建国初期 的南京长江大桥，到近几年建成通车的江阴长江大桥，从早期的钢筋混凝土结构为 第一章序论 主，到现在预应力混凝土结构为主，我国桥梁建设水平突飞猛进。现在，无论在铁 路线还是公路线上，占桥梁总长大部分的中小跨度桥梁，都是毫无例外的采用钢筋 混凝土和预应力桥；对于大跨度桥梁则充分利用了预应力混凝土技术。 1 2 钢筋混凝土结构抗剪受力性能 在竖向荷载作用下，钢筋混凝土梁中产生的内力主要是弯矩m 和剪力q 。弯矩产 生法向应力盯，剪力产生剪应力f 。对于钢筋混凝土梁来说，当法向拉应力超过混 凝土抗拉强度后就要出现竖向裂缝，当荷载继续增大时，竖向裂缝继续发展，受拉 钢筋达到屈服强度后，受压区的混凝土压应变也达到压应力达到抗压极限强 度而梁破坏，此即正截面强度破坏问题。除了这种破坏形式外，钢筋混凝土梁还会 因剪应力r 与法向应力仃的复合作用所产生的主应力导致破坏，其中丰要是由丰拉 应力盯。引起的斜裂缝破坏，这种由于结构构件的抗剪能力不足以抗衡荷载剪切效应 的破坏，称为斜截面抗剪破坏。 因斜裂缝而起的斜截面抗剪破坏，通常破坏过程短促，截面延性小，一般属脆 性破坏。大部分钢筋混凝土梁的试验结论认为，对于无腹筋配置的钢筋混凝土梁来 说，斜截面剪切破坏的类型主要取决于剪跨比 的大小。当o 兄1 时，钢筋混凝 土梁剪切破坏形式为斜压破坏；当1 兄 ：l o ”，最大压应变发生在 1 卜1 5 截面上缘，数值为一1 2 5 5 1 0 4 ，上缘混凝土接近塑性阶段，纵向主筋处于弹 性阶段。 荷载加至2 9 吨时，1 1 一1 5 ，1 6 2 0 截面下缘主筋率先达到屈服，其值分别为1 7 3 7 l o “，1 7 4 4 1 0 “，最大压应变发生在1 卜1 5 截面上缘，数值为一1 6 1 2 x 1 0 “，上缘 混凝土处于塑性阶段，下缘水平筋屈服后应变进一步增长，截面接近破坏。 荷载加至3 2 5 吨时，主斜裂缝向上延伸至加载点，向下贯穿梁底，结构呈现典 型的剪压破坏。此时，截面上最大拉应变为2 0 5 0 x1 0 1 ，发生在1 6 2 0 截面下缘， 最大压应变为- 2 4 9 0 1 0 一，发生在2 6 3 0 截面的上缘。 3 1 4 基本结论 通过b l 梁的试验可以得出以下结论： 1 ) 在己配置垂直箍筋的钢筋混凝土梁高范围内增加水平钢筋的配置并没有改变 结构的破坏形态， = 2 时，结构依然呈现剪压破坏。 2 ) 对于2 - - - - 2 时，同时配有垂直箍筋和水平钢筋的钢筋混凝土矩形截面梁，在 跨中竖向裂缝开始出现、腹剪裂缝开始出现、下缘水平钢筋屈服、丰斜裂缝形成、 箍筋屈服、下缘丰筋屈服、上缘混凝土被压坏各个阶段，梁淌区域诫而均不满足平 截面假定，剪压区截面均满足平截面假定。 2 5 第三章钢筋混凝土梁抗剪试验分析系列i 3 2b - - 2 梁试验分析 3 2 1 b 一2 梁试验模型 l ，一1 一一 弋夕夕 山 ，。l i 。 图3 2 1b 一2 梁模型尺寸 图3 2 2b 一2 梁配筋图 图3 2 3b 一2 粱应变片布置示意( 剪跨比 = 2 5 ) ，。j 断血 2 - 2 断面 一 _ _ ：l、li：蛩： 第三章钢筋混凝十粱抗蓟试验分析一系列i 3 2 2b 一2 梁试验数据分析 3 2 2 1 说明： 为了尽可能减小骨料间的咬合力，采用反复加载的方案，根据材性试验结果，i 级钢筋的屈服应力为2 3 4 m p a ，弹性模量为2 0 1 0 ；m p a 屈服应变为0 0 0 11 7 实际控 制下缘水平钢筋应变不超过0 o o l ，截面上最大应变接近0 0 0 1h j 开始卸载，卸载 完毕后重新以与前一次加载方式相同的路径进行再次加载，如此反复十次。 根据规范公式，采用实测的材料特性值，不考虑安全系数，得到b 一2 梁的抗剪 承载力为1 8 8 吨，抗弯承载力为2 9 吨，混凝土压应变弹性极限为13 5 0 。 3 2 2 2 截面选取： 选取靠近梁端的1 5 号应变片所在截面，该截面离开支座的距离为2 6 c m 。 选取6 1 0 号应变片所在截面，该截面离开( 向支座方向) 加载点的距离为 3 4 5 c m ，即以加载点为基点，斜向( 向支座方向) 4 5 度划线与梁下缘钢筋重心相交 后，与梁纵向垂直划线所截截面。 选取剪压区的1 1 1 5 号应变片所在断面，该断面离开( 向支座方向) 加载点的 距离为2 0 c m ，即以加载点为基点，斜向( 向支座方向) 3 0 度划线与梁下缘钢筋重心 相交后，与梁纵向垂直划线所截截面。 选取加载点所在截面，截面上的应变片号码为1 6 2 0 。 选取2 1 2 5 号应变片所在截面，该截面离开( 向跨中方向) 加载点的距离为 2 0 c m ，即以加载点为基点，斜向( 向跨中方向) 4 5 度划线与梁下缘钢筋重心相交后， 与梁纵向垂直划线所截截面。 选取纯弯区的2 6 3 0 号应变片所在断而，该断而离开( 向跨中方向) 加载点的 距离为3 4 5 c m ，即以加载点为基点，斜向( 向跨中方向) 4 5 度划线与粱下缘钢筋重 心相交后，与梁纵向垂直划线所截截面。 选取纯弯区的3 1 3 5 号应变片所在断面，该断面离开( 向跨中方向) 加载点的 距离为6 0 c m ，以及跨中断面，应变片号码为3 6 4 0 。 3 2 2 3 截面应变状况分析 说明：所有应变图中，横座标表示应变片位置，纵座标表示应变值( 单位1 0 4 ) 1 ) 荷载为4 吨时 第三章钢筋混凝士粱抗剪试验分析一系列i 图3 2 4 荷载为4 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为2 0 1 1 0 “发生在1 1 1 5 截面下缘，最大压应变发生 在2 6 3 0 截面上缘，为- 1 0 5 x1 0 4 ，下缘混凝土已开裂，钢筋及受压区混凝土材料 处于弹性阶段，受弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 2 ) 荷载为8 吨时 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 图3 2 5 荷载为8 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为3 2 7 1 0 “发生在1 l 1 5 截面下缘，最大压应变发生 在2 6 3 0 截面上缘，为一1 5 6 1 0 1 ，下缘混凝土已开裂，钢筋及受压区混凝土材料 处于弹性阶段，受弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 3 ) 荷载为1 2 吨时 第三章钢筋混凝土梁抗剪试验分析一系列i 图3 2 6 荷载为l 2 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为6 1 5 x1 0 6 发生在l l 1 5 截面下缘，最大压应变发生 在2 6 3 0 截面上缘，为一3 0 1x1 0 1 ，下缘混凝土已开裂，钢筋及受压区混凝土材料 处于弹性阶段，受弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 4 ) 荷载为1 6 吨时 图3 2 7 荷载为1 6 吨时截面应变图形 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 此时截面上最大拉应变为9 6 2 x1 0 “发生在1 l 1 5 截面下缘，最大压应变发牛 在2 6 3 0 截面上缘，为一4 5 4 x1 0 。6 ，下缘混凝土已开裂，下缘水平钢筋及箍筋接近 屈服，纵向主筋处于弹性阶段，受压区混凝土处于弹塑性阶段，纯弯区截面符合平 截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 5 ) 荷载为1 8 吨时 图3 2 8 荷裁为i 8 吨时戳丽应变图形 此时截面上最大拉应变为1 1 6 9 1 0 “发生在1 1 1 5 截面下缘，最大压应变发 生在2 6 3 0 截面上缘，为一5 2 9 1 0 “，上缘混凝土进入弹塑性阶段，下缘水平钢筋 屈服，纵向主筋处于弹性阶段，荷载接近计算出的抗剪承载力，纯弯区截面符合平 截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 6 ) 荷载为2 0 吨时 第三章钢筋混凝土梁抗剪试验分析一系列i 图3 2 9 荷载为2 0 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为1 3 4 6 i 0 “发生在1 l 1 5 截面下缘，最大压应变发 生在2 6 3 0 截面上缘，为一6 3 1 1 0 1 ，荷载超过计算出的截面抗剪承载力，下缘水 平钢筋屈服后应变快速增长，截面上主斜裂缝形成，下缘主筋处于弹性阶段，受压 区混凝土处于弹塑性阶段，纯弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截 面假定。 7 ) 荷载为2 1 吨时 第三章钢筋混凝十粱抗剪试验分析一系列i 图3 2 1 0 荷载为2 1 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为1 4 8 2 x1 0 “发生在1 1 1 5 截面下缘，最大压应变发 生在2 6 3 0 截面上缘，为- 6 7 2 x1 0 。6 ，下缘水平钢筋屈服后应变继续增长，截面上 主斜裂缝进步发展，下缘主筋接近屈服阶段，受压区混凝土处于弹塑性阶段，纯 弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 8 ) 荷载为2 3 吨时 箱三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 图3 2 1 i 荷载为2 3 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为2 0 3 5xi 0 “发生在1 1 1 5 截面下缘：”最大压应变发 生在2 6 3 0 截面上缘，为一7 5 9 1 0 1 ，下缘水平钢筋屈服后应变继续增长，截面上 主斜裂缝接近贯通，下缘主筋在荷载增加后快速增长进入屈服阶段，受压区混凝土 应变增长不明显，仍处于弹塑性阶段，纯弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基 本符合平截面假定。 3 2 3b - 2 梁的试验现象分析 图3 2 1 2图3 2 1 3 第三章钢筋混凝士梁抗剪试验分析一系列i 图3 2 1 4 图3 2 1 6 图3 2 1 5 图3 2 1 7 按照试验规划，b 一2 梁采用反复加载的方式。第一次加载至1 2 吨时，截面上出 现肉眼可见的斜向腹剪裂缝( 如图所示) ，此时截面上最大拉应变出现在1 1 - 1 5 截面 下缘，其值为9 7 1x1 0 “，最大压应变出现在2 6 3 0 截面的上缘，其值为- 4 5 1x1 0 “， 箍筋及下缘水平钢筋接近屈服，下缘纵向主筋及受压区混凝士均处于弹性阶段。 鉴于截面下缘拉应变已接近水平钢筋的屈服应变，于是开始卸载至零，然后再 次加载至1 2 吨后卸载，如此反复十次。 第二次加载至1 2 吨时，有新的腹剪裂缝出现，且原有部分裂缝也有延长迹象。 1 1 - 1 5 截面下缘的拉应变增至1 0 0 7 i 0 “，2 6 3 0 截面上缘的压应变无明显增长。 第三次加至1 2 吨时，又有一条裂缝延长，但截面上拉压应变值均无明显增长。 此后继续卸载并加载时，裂缝不再变化。 第十次加载过程卸载至零后，重新加载直至破坏。 荷载加至1 4 吨时，6 1 0 ，1 1 - 1 5 ，截面下缘水平筋达到屈服，数值分别为1 1 3 4 1 0 ，1 1 4 5 x 1 0 “，最大压应变发生在1 1 - 1 5 截面上缘，数值为一5 4 2 1 0 4 ，受压区 混凝土及下缘主筋仍处于弹性阶段。 荷载加至2 0 吨时，1 1 1 5 截面下缘主筋率先达到屈服，其使分别为1 7 2 7 1 0 ， 第三章钢筋混凝土梁抗剪试验分析一系列i 最大压应变发生在2 6 3 0 截面上缘，数值为一8 2 7 1 0 “。 荷载加至2 4 吨时，主斜裂缝向上延伸至加载点，向下贯穿梁底，结构呈现典型 的抗剪破坏。此时，截面上最大拉应变为2 4 3 0 1 0 “，发生在1 卜1 5 截面下缘，最 大压应变在上部被压坏后数值发散。 3 2 4 基本结论 通过b 一2 梁的试验可以得出以下结论： 1 ) 在已配置垂直箍筋的钢筋混凝土梁高范围内增加水平钢筋的配置并没有改变 结构的破坏形态， = 2 5 时，结构依然呈现剪压破坏。 2 ) 对于 = 2 5 时，同时配有垂直箍筋和水平钢筋的钢筋混凝土矩形截面梁， 在跨中竖向裂缝开始出现、腹剪裂缝开始出现、下缘水平钢筋屈服、主斜裂缝形成、 箍筋屈服、下缘主筋屈服、上缘混凝土被压坏各个阶段，梁端区域截面均不满足平 截面假定，剪压区截面均满足平截面假定。 第三章钢筋混凝士粱抗剪试验分析一系列i 3 3b 一3 梁试验分析 3 3 1 b 一3 梁试验模型 ，九1 l、 u ) ，5 l ” 嚣。i d 图3 3 1b 一3 梁模型尺寸 图3 3 2b 一3 梁配筋图 断面 图3 3 3b 一3 粱应变片布置示意( 剪跨比a = 2 5 ) 2 - 2 断面 ，d。； 一 r一一 _j“j。遥n i 一 ，?，+卜i-_ 一 第三章钢筋混凝士梁抗剪试验分析一系列i 3 3 2b 一3 梁试验数据分析 3 3 2 1 说明： 为了尽可能减小骨料间的咬合力，采用反复加载的方案，根据材性试验结果，i 级钢筋的屈服应力为2 3 4 m p a ，弹性模量为2 o 1 0 p a 屈服应变为o 0 0 1 1 7 ，实际控 制下缘水平钢筋应变不超过0 0 0 1 ，截面上最大应变接近0 0 0 1 时开始卸载，卸载 完毕后重新以与前一次加载方式相同的路径进行再次加载，如此反复十次。 根据规范公式，采用实测的材料特性值，不考虑安全系数，得到b - 3 粱的抗剪 承载力为1 8 8n 屯，抗弯承载力为2 9 吨，混凝土压应变弹性极限为1 3 5 0 胪。 3 3 2 2 截面选取： 选取靠近梁端的1 5 号应变片所在截面，该截面离开支座的距离为2 3 c m 。 选取6 1 0 号应变片所在截面，该截面离开( 向支座方向) 加载点的距离为5 2 c m 。 选取剪压区的1 1 1 5 号应变片所在断面，该断面离开( 向支座方向) 加载点的 距离为8 1 c m 。 选取加载点右侧1 2 c m 处截面，截面上的应变片号码为1 6 2 0 。 选取纯弯区的2 1 2 5 号应变片所在断面，该断面离开( 向跨中方向) 加载点的 距离为3 5 c m ：选取纯弯区的2 6 3 0 号应变片所在断面，该断面离开( 向跨中方向) 加载点的距离为5 8 c m 。 3 3 2 3 截面应变状况分析 说明：所有应变图中，横座标表示应变片位置，纵座标表示应变值( 单位1 0 “) 1 ) 荷载为4 吨 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列1 图3 3 4 荷载为4 吨时截面应史图形 此时截面上最大拉应变为2 1 3 1 0 “发生在1 6 2 0 截面下缘，最大压应变发生 在1 1 1 5 截面上缘，为- 2 0 0 x1 0 “，下缘混凝土已开裂，钢筋及受压区混凝土材料 处于弹性阶段，纯弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 2 ) 荷载为8 吨时 4 0 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 图3 3 5 荷载为8 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为5 9 5 i 0 ”发生在1 6 2 0 截面下缘，最大压应变发生 在1 1 1 5 截面上缘，为- 3 3 0 xi 0 ，下缘混凝土已开裂，钢筋及受压区混凝土材料 处于弹性阶段，受弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 3 ) 荷载为1 2 吨时 第三章钢筋混凝土梁抗剪试验分析一系列i 图3 3 6 荷载为1 2 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为1 1 3 8 x1 0 “发牛在1 6 2 0 截面下缘；，最大压应变发= 聿 在l l 1 5 截面上缘，为一5 4 1x1 0 1 ，下缘混凝土已开裂，下缘水平钢筋接近屈服， 下缘纵向主筋及受压区混凝土处于弹性阶段，受弯区截面符合平截面假定，剪压区 截面基本符合平截面假定。 4 ) 荷载为1 4 吨时 图3 3 7 荷载为h 吨时截面应变图形 第三章钢筋混凝士粱抗剪试验分析一系列i 此时截面上最大拉应变为1 3 7 6 x1 0 4 发生在1 6 2 0 截面下缘，最大压应变发牛 在1 1 1 5 截面上缘，为一6 5 4 1 0 1 ，荷载增加一级后，下缘水平钢筋应变快速增长 进入屈服阶段，主斜裂缝形成，下缘纵向主筋及受压区混凝土处于弹性阶段，受弯 区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 5 ) 荷载为1 6 吨时 图3 3 8 荷载为1 6 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为1 6 0 1 x 1 0 “发生在1 6 2 0 截面下缘，最大压应变发生 在1 l 1 5 截面上缘，为一7 2 7 i 0 。，下缘水平钢筋屈服后应变快速增长，受压区混 凝土仍处于弹性阶段，下缘纵向主筋接近屈服，受弯区截面符合平截面假定，剪压 区截面基本符合平截面假定。 6 ) 荷载为1 8 吨时 第三章钢筋混凝士粱抗剪试验分析一系列i 图3 3 9 荷载为1 8 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为1 8 2 5 i 0 发生在1 6 2 0 截面下缘一最大压应变发 生在1 1 1 5 截面上缘为一8 1 4 x1 0 一，下缘纵向主筋屈服主斜裂缝沿4 5 。方向上下贯 通，截面接近破坏，受弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 3 3 3b - 3 梁的试验现象分析 图3 3 1 0 图3 3 1 1 第三章钢筋混凝土梁抗剪试验分析一系列i 图3 3 1 2 图3 3 1 4 图3 3 1 3 图3 3 1 5 按照试验规划，b - 3 梁采用反复加载的方式。：荷载加至8 吨时，跨中断面上出 现肉眼可见的竖向受弯裂缝( 如图所示) ，此时截面上最大拉应变出现在1 6 2 0 截面 下缘，其值为6 1 0 x 1 0 1 ，最大压应变出现在1 卜1 5 截面的上缘，其值为一3 2 2 1 0 “。 。荷载加至1 2 吨时，截面上出现肉眼可见的斜向腹剪裂缝( 如图所示) ，此时截 面上最大拉应变出现在1 6 2 0 截面下缘，其值为1 1 3 6 x 1 0 一，最大压应变出现在l l 1 5 截面的上缘，其值为- 5 2 9 x1 0 1 ，1 6 2 0 截面下缘压应变与其1 1 1 5 截面接近，为一5 2 1 1 0 喵。 鉴于截面下缘拉应变已接近水平钢筋的屈服应变，于是开始卸载至零，然后再 次加载至1 2 吨后卸载，如此反复十次。 第二次加载至1 2 吨时，有新的腹剪裂缝出现，且原有部分裂缝也有延长迹象。 1 1 - 1 5 截面下缘的拉应变增至1 0 0 7 x1 0 “，2 6 3 0 截面上缘的压应变无明显增长。 第三次加至1 2 吨时，又有一条裂缝延长，但截面上拉压应变值均无明显增长。 此后继续卸载并加载时，裂缝不再变化。 第十次加载过程卸载至零后，重新加载直至破坏。 荷载加至1 4 吨时，1 6 2 0 ，1 1 一】5 ，截面下缘水平筋达到屈服，数值分别为1 3 9 2 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 1 0 - 6 ，1 2 9 0 x1 0 - 6 ，最大压应变发生在1 1 - 1 5 截面上缘，数值为一6 4 2 1 0 - 6 。 荷载加至1 8 吨时，1 6 2 0 截面下缘主筋率先达到屈服，其值为1 8 4 7xl o 一6 ，该 截面上缘压应变数值为- 8 8 3 x1 0 6 。 继续加载至2 0 盹时，主斜裂缝向上延伸至加载点，向下贯穿梁底，结构呈现典 型的抗剪破坏，此时，截面上最大拉压应变数值均发散。 3 3 4 基本结论 通过b 一3 梁的试验可以得出以下结论： 1 ) 在已配置垂直箍筋的钢筋混凝土梁高范围内增加水平钢筋的配置并没有改变 结构的破坏形态， = 2 5 时，结构依然呈现剪压破坏。 ，2 ) 对于 - - - - 2 ，5 时，同时配有垂直箍筋和水平钢筋的钢筋混凝土矩形截面梁， 在跨中竖向裂缝开始出现、腹剪裂缝开始出现、下缘水平钢筋屈服、丰斜裂缝形成、 箍筋屈服、下缘主筋屈服、上缘混凝土被压坏各个阶段，梁端区域截面均不满足平 截面假定，剪压区截面均满足平截面假定。 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 3 4b 一4 梁试验分析 3 4 1 b 一4 梁试验模型 图3 4 1b 一4 粱模型图 图3 4 2b 一4 梁配筋图 l - 断面 图3 4 3b 一4 梁应变片布置示意( 剪跨比 = 3 ) 2 2 断面 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 3 4 2b 一4 梁试验数据分析 3 4 2 1 说明： 为了尽可能减小骨料间的咬合力，采用反复加载的方案，根据材性试验结果，i 级钢筋的屈服应力为2 3 4 m p a ，弹性模量为2 0 1 0 5 m p a 屈服应变为o 0 0 1 1 7 ，实际控 制下缘水平钢筋应变不超过0 0 0 1 ，截面上最大应变接近0 0 0 1 时开始卸载，卸载 完毕后重新以与前一次加载方式相同的路径进行再次加载，如此反复十次。 根据规范公式，采用实测的材料特性值，不考虑安全系数，得到b l 梁的抗剪 承载力为1 8 8 吨，抗弯承载力为2 4 吨，混凝压应变弹性极限为1 3 5 0 p 6 。 3 4 2 2 截面选取： 选取靠近梁端的1 5 号应变片所在截面，该截面离开支座的距离为1 9 5 a m j 选取6 1 0 号应变片所在截面，该截面离开( 向支座方向) j j n 载点的距离为6 0 c m ， 即以加载点为基点，斜向( 向支座方向) 6 0 度划线与梁下缘钢筋重心相交后，与梁 纵向垂直划线所截截面。 选取剪压区的1 1 1 5 号应变片所在断面，该断面离开( 向支座方向) 加载点的 距离为3 4 5 c m ，即以加载点为基点，斜向( 向支座方向) 4 5 度划线与粱下缘钢筋重 心相交后，与梁纵向垂直划线所截截面。 选取剪压区的1 6 2 0 号应变片所在断面，该断面离开( 向支座方向) 加载点的 距离为2 0 a m ，即以加载点为基点，斜向( 向支座方向) 3 0 度划线与梁下缘钢筋重心 相交后，与梁纵向垂直划线所截截面。 选取加载点所在截面，截面上的应变片号码为2 1 2 5 。 选取抗弯区的2 6 3 0 号应变片所在断面，该断面离开( 向跨中方向) 加载点的 距离为3 4 5 c m ；选取抗弯区的3 l 3 5 号应变片所在断面，该断面离开( 向跨中方 向) 加载点的距离为6 0 c m ，以及跨中断面，应变片号码为3 6 4 0 3 4 2 3 截面应变状况分析 说明：所有应变图中，横座标表示应变片位置，纵座标表示应变值( 单位1 0 “) 1 ) 荷载为8 吨 第三章钢筋混凝土粱扰剪试验分析一系列 图3 4 4 荷载为8 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为5 2 0 1 0 。6 发生在1 6 2 0 截面下缘，最大压应变发生 在i i 1 5 截面上缘，为- 5 0 1 1 0 4 ，下缘混凝土已开裂，钢筋及受压区混凝土材料 处于弹性阶段，受弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 2 ) 荷载为1 4 吨时 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系纠 图3 4 5 苟载为1 4 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为8 7 0 1 0 “发生在1 6 2 0 截面下缘，最大压应变发牛 在2 6 3 0 截面上缘，为一8 1 6 x1 0 “，下缘混凝土已开裂，钢筋及受压区混凝土材料 处于弹性阶段，受弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 3 ) 荷载为1 8 吨时 第三章钢筋混凝二【：梁抗翦试验分析一系列i 图3 4 6 荷载为1 8 吨时截面应变图彤 此时截面上最大把应变为1 1 2 5 x 】0 “发牛在1 6 2 0 截而下缘，最大压应变发 生在2 6 3 0 截面上缘，为一1 0 7 7 1 0 一，下缘水平钢筋接近屈服，受压区混凝土应变 发展明显，接近塑性，下缘纵向主筋处于弹性阶段，纯弯区截面符合平截面假定， 剪压区截面基本符合平截面假定。 4 ) 荷载为2 0 吨时 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 图3 4 7 荷载为2 0 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为1 2 3 9 l o “发生在1 6 2 0 截面下缘，最大压应变发 生在2 6 3 0 截亩上缘，为一1 2 5 9x1 0 一，下缘水平钢筋屈瘫，受压区混凝土应变进入 塑性，下缘纵向主筋处于弹性阶段，纯弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本 符合平截面假定。 5 ) 荷载为2 2 盹时 图3 4 8 荷载为2 2 吨时截面应变图形 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 此时截面上最大拉应变为1 4 6 1x1 0 “发生在1 6 2 0 截面下缘，晟大压应变发生 在2 6 3 0 截面上缘，为一1 7 5 2 1 0 “，受压区混凝土进入塑性后应变快速增长，下缘 水平钢筋屈服后应变继续增长，主斜裂缝形成，下缘纵向主筋仍处于弹性阶段，纯 弯区截面符合平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 6 ) 荷载为2 4 吨时 图3 4 9 荷载为2 4 吨时 ；j j 面应变图形 此时截面上最大拉应变为1 5 6 9 x1 0 1 发生在1 6 2 0 截面下缘，2 1 2 5 截面、2 6 3 0 截面上缘压应变数值溢出，受压区混凝土进入完全塑性，下缘水平钢筋屈服后应 变继续增长，主斜裂缝进一步发展，下缘纵向主筋接近屈服阶段，纯弯区截面符合 平截面假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 7 ) 荷载为2 6 吨时 第三章钢筋泥凝土梁抗剪试验分析一系列f 图3 4 1 0 荷裁为2 6 吨时截面应变图形 此时截面上最大拉应变为1 7 1 5 x 1 0 1 发生在1 6 2 0 截面下缘，2 1 2 5 截面、2 6 3 0 截面上缘压应变数值溢出，受压区混凝土进入完全塑性，下缘水平钢筋屈服后应 变继续增长，下缘纵向主筋进入屈服阶段，结构接近破坏，纯弯区截面符合平截面 假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 8 ) 荷载为2 7 吨时 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列i 图3 4 1 1 荷载为2 7 吨时截面麻变图形 此时截面上最大拉应变为1 7 8 9 1 0 “发生在1 6 2 0 截面下缘，2 1 2 5 截面、2 6 3 0 截面上缘压应变数值溢出，受压区混凝土进入完全塑性，下缘水平钢筋屈服后应 变继续增长，下缘纵向丰筋进入屈服阶段，结构接近破坏，纯弯区截面符合平截面 假定，剪压区截面基本符合平截面假定。 3 4 3b - 4 梁的试验现象分析 图3 4 1 2图3 4 1 3 第三章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列l 图3 4 1 4 图3 4 1 6 图3 4 1 5 按照试验规划，b 一4 梁采用反复加载的方式。第一次加载至1 2 吨时，跨中断面 上出现肉h 艮可见的竖向受弯裂缝( 如图所示) ，此时截面上最大抟应变出现在1 6 2 0 截面下缘，其值为8 7 0 x1 0 一，最大压应变出现在2 6 3 0 截面的上缘，其值为8 1 6 x 1 0 “，3 6 - 4 0 截面上缘压应变与其接近，为一8 1 2 x1 0 4 。 荷载加至1 4 吨时，腹剪裂缝出现( 如图所示) ，继续加载至1 6 吨，竖向裂缝向 上延伸，斜裂缝沿与纵轴成4 5 7 方向向上向下延伸，此时，截面上最大拉应变出现 在1 6 2 0 截面下缘，其值为9 8 5 1 0 “，最大压应变出现在2 6 3 0 截面的上缘，其值 为9 3 0 x 1 0 “。 荷载加至1 8 吨后，斜裂缝进一步延伸，1 1 1 5 截面下缘拉应变达到1 1 2 5 1 0 “， 最大压应变出现在2 6 3 0 截面的上缘，其值为1 1 2 0 x1 0 。6 。 此后开始卸载至零，然后再次加载至1 8 吨后卸载，如此反复十次。反复加载过有明 显增长。 第十次加载过程卸载至零后，重新加载直至破坏。 荷载加至2 0 吨时，1 1 1 5 ，1 6 2 0 ，2 卜2 5 ，2 6 3 0 截面下缘水平筋达到屈服， 数值分别为1 1 8 2 1 0 “，1 2 3 9 x1 0 一，1 2 4 2 x1 0 “，1 1 7 8 x 1 0 一最大压应变发牛在 第三章钢筋混凝土梁抗剪试验分析一系列i 1 1 1 5 截面上缘，数值为一1 2 5 9 x1 0 “。 荷载加至2 6 吨时，1 6 - 2 0 截面下缘主筋率先达到屈服，其值为1 7 1 5 1 0 一。 继续加载至3 0 吨时，加载点截面上缘混凝土被压坏，结构呈现抗弯破坏。 3 4 4 基本结论 通过b - 4 梁的试验可以得出以下结论： 1 ) 在已配置垂直箍筋的钢筋混凝土梁高范围内增加水平钢筋的配置，当a = 3 时，在截面主斜裂缝形成，箍筋屈服，下缘主筋也屈服后，会在加载点附近发牛上 缘混凝土被压坏。 2 ) 对于 = 3 时，同时配有垂直箍筋和水平钢筋的钢筋混凝土矩形截面梁，在 跨中竖向裂缝开始出现、腹剪裂缝开始出现、下缘水平钢筋屈服、丰斜裂缝形成、 箍筋屈服、下缘主筋屈服、上缘混凝土被压坏各个阶段，梁端区域截面均不满足平 截面假定，剪压区截面均满足平截面假定。 第四章钢筋混凝土梁抗剪试验分析一系列i i 第四章钢筋混凝土梁抗剪试验分析一系歹l j l i i 4 1 无水平配筋梁的试验分析 为了考察反复荷载作用下骨料咬合力的减小状况，设计了四根相同 截面尺寸、相同配筋、相同剪跨比的钢筋混凝土梁，该四根梁均未配置 水平钢筋，截面采用矩形，梁高h = 3 2 c m ( h o = 2 9 c m ) ，梁宽6 = 1 2 c m ，其主 筋采用8 尘1 6 ，箍筋采用中6 0 8 的配筋方式，纵向钢筋配筋率为3 5 ， 配箍率为0 5 9 。 根据规范公式，采用实测的材料特性值，不考虑安全系数，得到无 水平配筋梁的抗剪承载力为8 吨，抗弯承载力为2 0 吨，混凝土压应变 弹性极限为1 0 3 0 肛。 4 1 1 试验模型 3 一九1 i九 ，i- i ：!：， 立面 图4 1 1b s 一3 ( 4 ，5 ，6 ) 粱模型 血矗茄血茄铷画拈：c 。 肄b 厩面理皿雾i i i 厩霹“：! ：! 警；f 世二二二兰主：二二二二二l j 鲫 图4 1 2b s - - 3 ( 4 ，5 ，6 ) 粱配筋图 第四章钢筋混凝土粱抗剪试验分析一系列l i u 川： 1 = 一= j ； 一，! ! ! e ! 一 j 王一j 0 3 n 图4 1 3b s 一3 ( 4 ，5 ，6 ) 粱应变片布置示意( 剪跨比 = 2 ) b s 一4