题目1：钢筋混凝土梁抗剪承载力的试验研究

题目1：钢筋混凝土梁抗剪承载力的试验研究

1. 受剪应力分析

对于受剪钢筋混凝土构件在出现裂缝前的应力状态，由于它是两种不同材料组成的非均质体，因而材料力学公式不能完全适用。但是，当作用的荷载较小，构件的应力也较小，其拉应力还未超过混凝土的抗拉极限强度，构件与均质弹性体相似，应力-应变基本成线性关系，此时其应力可按一般的材料力学公式来进行分析。在计算时可将纵向钢筋截面按其重心处钢筋的拉应变取与同一高度处混凝土纤维拉应变相等的原则，由虎克定律换算成等效的混凝土截面，得出一个换算截面，则截面上任意一点的正应力和剪应力分别按下式计算，其应力分布见图1。

正应力 0

I My =σ 剪应力 0bI VS =

τ 式中，0I 是换算截面惯性矩

根据材料力学原理，构件正截面上任意一点在正应力σ和剪应力τ共同作用下，在该点所产生的主应力，可按下式计算

主拉应力 22tp 42τσσσ++=

主压应力 22

cp 4

2τσσ

σ+-= 主应力的作用方向与构件纵向轴线的夹角α可由下式求得： στα22tan -=

图 1 (a) 中绘出了构件开裂前的主拉应力及主压应力轨迹线。在截面中和轴处，因0=σ，故其主应力与剪应力相等，方向与纵轴成45°。

在图中仅承受弯矩的区段，由于剪应力等于零，最大主拉应力发生在截面的下边缘，其值与最大正应力相等，作用方向为水平方向。因此，当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就产生了垂直裂缝。而在同时承受弯矩和剪力的弯剪区段，在截面下边缘主拉应力是水平的方向，在截面的腹部主拉应力是倾斜方向，所以在开裂时裂缝首先垂直于截面的下边缘，然后向腹部延伸称为弯斜的裂缝。

2. 受剪受力分析

由受剪应力分析可知，无腹筋钢筋混凝土梁受剪开裂后会出现斜裂缝，其中导致破坏的

斜裂缝，称为临界斜裂缝。图2 (a) 为梁开裂后的受力图，图2 (b) 为其分离体图。在该图上作用着由荷载产生的支座反力A V ，纵向钢筋拉力T ，以及bc 垂直面上的混凝土所承受的剪力V 和正压力D 。其中D 与组成内力偶承受外力矩。

3. 抗剪承载力影响因素

根据上述分析可知，集中荷载作用下的无腹筋钢筋混凝土梁抗剪承载力的影响因素有混凝土强度等级，剪跨比0/h a =λ，其中V M a /=称为“剪跨”，a 值为集中荷载作用点到支座之间的距离。

4. 抗剪承载力试验设计

4.1 试件的设计

为了研究混凝土强度等级，剪跨比对试件抗剪性能的影响，可选用3种不同强度等级的混凝土和8种不同的剪跨比。

4.2 测试方法

各试件的加载方式如图3所示，采用手动油压千斤顶加载。为了防止局压破坏，各支点及加载点均采用100mm 宽的圆弧形钢垫块。在两支座及跨中各布置一个位移计，以测量试件在各级荷载下的挠度。

4.3 加载制度

本次试验采用静力加载，加载方式为两点加载，通过分配梁来实现。加载方案采用分级加荷的方式，因承载力不同，每个试件的加载等级从10~30kN 不等，但基本保持每级在10kN 左右，每级荷载持续5min ，待仪表的示值基本稳定后采集数据读数，同时观察混凝土裂缝开展情况。然后，继续进行下一级加载。

参考文献

[1] 哈尔滨工业大学等合编. 混凝土及砌体结构(上册)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002

[2] 刘凡, 陈忠汉等. 钢筋混凝土圆形截面无腹筋梁抗剪承载力的试验研究[J]. 工业建筑, 2000, 30(11)

[3] 赵彤, 谢剑等. 碳纤维布提高钢筋混凝土梁受剪承载力试验研究[J]. 建筑结构, 2000, 30(7)