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第11章深受弯构件
钢筋混凝土深受弯构件是指跨度与其截面高度之比较小的梁。按照《公路桥规》的规定,梁的计算跨径l与梁的高度h之比l/h≤5的受弯构件称为深受弯构件。深受弯构件又可分为短梁和深梁:l/h≤2的简支梁和l/h≤;2<l/h≤<l/h≤5的连续梁称为短梁。
钢筋混凝土深受弯构件因其跨高比较小,且在受弯作用下梁正截面上的应变分布和开裂后的平均应变分布不符合平截面假定,故钢筋混凝土深受弯构件的破坏形态、计算方法与普通梁(定义为跨高比l/h>5的受弯构件)有较大差异。
深受弯构件的破坏形态
深梁的破坏形态
简支梁主要有以下三种破坏形态。
1)弯曲破坏
当纵向钢筋配筋率ρ较低时,随着荷载的增加,一般在最大弯矩作用截面附近首先出现垂直于梁底的弯曲裂缝并发展成为临界裂缝,纵向钢筋首先达到屈服强度,最后,梁顶混凝土被压碎,深梁即丧失承载力,被称为正截面弯曲破坏[图11-1a)]。
当纵向钢筋配筋率ρ稍高时,在梁跨中出现垂直裂缝后,随着荷载的增加,梁跨中垂直裂缝的发展缓慢,在弯剪区段内由于斜向主拉应力超过混凝土的抗拉强度出现斜裂缝。梁腹斜裂缝两侧混凝土的主压应力,由于主拉应力的卸荷作用而显著增大,梁内产生明显的应力重分布,形成以纵向受拉钢筋为拉杆,斜裂缝上部混凝土为拱腹的拉杆拱受力体系[图11-1c)]。在此拱式受力体系中,受拉钢筋首先达到屈服而使梁破坏,这种破坏被称为斜截面弯曲破坏[图11-1b)]。
图11-1 简支深梁的弯曲破坏
a)正截面弯曲破坏 b)斜截面弯曲破坏 c)拉杆拱受力图式
2)剪切破坏
当纵向钢筋配筋率较高时,拱式受力体系形成后,随着荷载的增加,拱腹和拱顶(梁顶受压区)的混凝土压应力亦随之增加,在梁腹出现许多大致平行于支座中心至加载点连线的斜裂缝。最后梁腹混凝土首先被压碎,这种破坏称为斜压破坏[图11-2a)]。
深梁产生斜裂缝之后,随着荷载的增加,主要的一条斜裂缝会继续斜向延伸。临近破坏时,在主要斜裂缝的外侧,突然出现一条与它大致平行的通长劈裂裂缝,随之深梁破坏。这种破坏被称为劈裂破坏[图11-2b)]。
3)局部承压破坏和锚固破坏
深梁的支座处于竖向压应力与纵向受拉钢筋锚固区应力组成的复合应力作用区,局部应力很大。试验表明,在达到受弯和受剪承载能力之前,深梁发生局部承压破坏的可能性比普通梁要大得多。深梁在斜裂缝发展时,支座附近的纵向受拉钢筋应力增加迅速,因此,深
梁支座处容易发生纵向钢筋锚固破坏。
图11-2 深梁的剪切破坏
a)斜压破坏 b)劈裂破坏
短梁的破坏形态
钢筋混凝土短梁的破坏形态主要有弯曲破坏、剪切破坏两种形态,也可能发生局部受压和锚固破坏。
1)弯曲破坏
短梁发生弯曲破坏时,随其纵向钢筋配筋率不同,会发生以下破坏形态:
(1)超筋破坏。短梁与深梁不同,当纵向钢筋配筋率较大时,会发生纵向受拉钢筋未屈服之前,梁的受压区混凝土先被压坏的超筋破坏现象。
(2)适筋破坏。当钢筋混凝土短梁纵向钢筋配筋率适当时,纵向受拉钢筋首先屈服,而后受压区混凝土被压坏,短梁即告破坏,其破坏形态类似于普通梁的适筋破坏。
(3)少筋破坏。当纵向钢筋配筋率较少时,短梁受拉区出现弯曲裂缝,纵向受拉钢筋即屈服,但受压混凝土