試驗研究表明,剪跨比( shear span-depthratio)是影響混凝土梁剪切破壞的一個重要參數(shù)。剪跨比為剪跨長度與梁的有效高度的比值在更廣泛的意義上,剪跨比定義為截面彎矩M與剪力v和有效高度ho之積的比值。
對于無腹筋混凝土梁,當剪跨比m<l時,容易發(fā)生斜壓破壞,破壞類似于受壓短柱,主要是由于主壓應力超過混凝土的抗壓強度引起的;當剪跨比1≤m≤2.5時,一般發(fā)生剪壓破壞,此時斜裂縫延伸至荷載墊板下,剪壓區(qū)混凝土被壓碎而破壞;當剪跨比m> 2.5時,混凝土梁可能發(fā)生斜拉破壞或是彎曲破壞,在斜拉破壞情況下,腹剪斜裂縫一旦出現(xiàn)就很快向兩端發(fā)展,將梁劈裂為兩部分而破壞。
承受軸向壓力的混凝土梁(如預應力混凝土梁),其受剪承載力隨軸向壓力的增加而有所提高。這是因為軸向壓力能延遲斜裂縫形成,減少斜裂縫的開展和增加混凝土剪壓區(qū)的高度,因此,破壞時混凝土剪壓區(qū)所承擔的那部分抗剪能力提高了。隨著軸向壓力的遞增,結構的破壞形態(tài)可以經(jīng)歷剪壓破壞、斜壓破壞、壓剪破壞、小偏壓破壞等。
試驗表明,在試件參數(shù)(截面尺寸、材料、配筋和剪跨比等)相近的情況下,無軸力時若發(fā)生剪壓破壞,則施加一定的軸壓力Ⅳ后,受壓區(qū)高度變大,縱筋拉應力減小,斜裂縫變得平坦。但主壓應力的增大,成為控制結構破壞的主要因素,結構過渡為斜壓破壞形態(tài),其受剪承載力有所提高。軸壓力Ⅳ繼續(xù)增大時,發(fā)生兼有斜壓破壞和小偏心破壞特征的過渡類型破壞,稱為壓剪破壞,其受剪承載力增長趨勢停滯。軸壓力Ⅳ再增大則發(fā)生小偏心受壓破壞,受剪承載力隨軸壓力加大而急劇降低。當軸壓力Ⅳ達到結構的軸壓強度脫時,結構的破壞形態(tài)完全轉變,發(fā)生軸壓破壞。在橋梁實際預應力水平下,預應力對抗剪一般起有利作用。
前面談到了斜截面破壞的三種類型,通常可以通過限制截面最小尺寸來避免斜壓破壞,以規(guī)定最小配筋率來避免斜拉破壞,而一般要通過計算配置適量的箍筋以避免剪壓破壞,因而剪壓破壞的機理需要著重討論。
鋼筋混凝土T形截面筒支梁在對稱集中荷載下的剪切破壞過程,梁的剪跨比為2。加載之初結構處于彈性階段,彎矩一曲率呈線性變化。繼續(xù)加載,在梁的最大彎矩區(qū)域,首先出現(xiàn)彎曲裂縫。在剪應力與彎曲應力相當?shù)膮^(qū)域,彎曲裂縫向上延伸,傾角逐漸減小,與主壓應力跡線大體一致,這類裂縫稱為彎剪裂縫。荷載再增大,裂縫的高度和寬度繼續(xù)擴展。最終,加載點附近截面頂部的受壓區(qū)面積減至很小,混凝土在正應力和剪應力共同作用下發(fā)生剪壓破壞。
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