腹板开孔的混凝土工字梁抗剪性能试验研究与分析

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1、腹板开孔的混凝土工字梁抗剪性能试验研究与分析第一章绪论1.1引言随着当今建筑智能化程度的不断提高，建筑辅助设施不断扩大，如大量的管线从房屋结构梁底穿行。据现有资料显示，这些管线从梁底穿过时，所占据的建筑高度已达层高的1/10-1/6，其结果是在保证建筑净高满足功能需要的前提下，势必会增加房屋的层高，增加了工程造价，建筑结构自重增加，底层柱截面增大，使得结构的抗风、抗震的性能降低。特别在高层结构中尤为突出。故针对此问题，设法降低层高，减少工程造价必将成为一项重要的研究课题[1]-[3]。对于建筑的层高主要由结构高度、楼层净高

2、及面层和设备管线高度、吊顶板等高度组成。在高层房屋结构中选择合适的楼盖体系，不仅可降低工程造价还可以改善整个结构的力学性能。最新研制的以竹芯模为填充物的现浇混凝土空心板无梁楼盖，满足人们对于建筑的层高、大空间、灵活间隔等多方面的要求，被越来越多的建设单位所采用，是我国建筑结构领域的一项重大创新。此结构体系在长沙已有多项建筑采用，如湖南财富中心、湖南信息大厦、芙蓉路立交桥、金源大酒店等[4]-[6]。对于现浇混凝土空心板无梁楼盖进行纵向开孔，使管线从孔洞穿行，可有效达到降低层高，减少造价的作用。采用这种开孔措施，材料用量省，

3、工程造价低，层高降低显著。同时对于缓解城市桥梁日益拥堵问题提出的双层交通混凝土箱梁的通风采光问题，也给予了一定的借鉴意义[7]。因此，这种结构形式在实际工程中有很好的应用价值。由于现浇混凝土空心板无梁楼盖与双层交通混凝土箱梁的计算均可等效为工字梁，为了研究其腹板开孔的抗剪性能，尽可能扩大腹板开孔范围，探求剪弯段腹板不同开孔位置的抗剪性能，就必须对其抗剪机理进行分析与研究[8]-[11]。..........1.2国内外对抗剪问题的研究现状钢筋混凝土结构的抗剪承载力问题的研究已经有一百多年的历史了。由于抗剪问题的影响因素众多

4、，破坏机理较为复杂，一直受到国内外众多学者的关注。ACImittee326在1962年的报告中对抗剪问题研究的历史进行了综述，综述中表明，早在1900年以前，众多学者们对钢筋混凝土构件抗剪破坏的机理大致存在有两种看法：一种认为水平剪应力是剪切破坏的主要因素；而另一中则认为斜拉力是剪切破坏的主要原因[12]-[13]。直到1899年Ritter等提出了抗剪问题的桁架模型，阐明了剪切问题的斜拉概念，指出箍筋通过受拉而承受剪力的作用并认为主要抵抗斜向拉力而且证明了斜拉力机理的正确性，不仅结束了两种说法的争论，更使人们对于抗剪问题

5、有了清晰的认识[14]-[15]。ASCE-ACImittee426Z在1976年的报告中表明，在1900年至1950年期间，虽然对钢筋混凝土构件剪切破坏的机理取得了共识，但对于影响剪切破坏影响因素的研究还不够全面[16]。1906年Morsh提出了计算平均剪应力的公式，即0??V/bh，设计时，认为剪应力小于抗剪极限承载能力[17]。1907年，/Vd进行定义，完善了剪跨比的局限问题，是钢筋混凝土构件抗剪承载力研究过程中的一个重大进步[20]-[21]。1964年，Kani提出了钢筋混凝土构件在抗剪破坏作用下的齿模型，假

6、定混凝土齿固定于两受压区，为一悬臂梁。此模型认为是接近研究混凝土弯曲问题的一种研究手段[22]。随后，以Collins，Vecchio，Schlaich，Hus，Park等主要学者在钢筋混凝土抗剪问题中，以桁架理论作为基础上，提出了斜压场理论、修正压力场理论与变角软化桁架理论和桁架-拱模型，进一步促进了抗剪承载力的发展[23]-[26]。..........第二章腹板开孔混凝土工字梁抗剪性能试验研究试验共设计三根腹板开孔的工字梁，三根梁开孔位置均位于剪弯段，且位于剪弯段开孔的位置不同，据现有的研究资料表明开孔位置一般设置在

7、跨度或跨中的1/3区域，本试验为了提供更加全面的设计方法，在跨度的1/4，1/5，1/6的位置扩展进行开孔。三根试验梁均采用一边开孔一边不开孔，对同根梁开孔一测与未开孔一测的挠度变形、裂缝的开展与分布、裂缝宽度大小的变化、剪弯段混凝土应变、箍筋应变以及环形箍筋的应变进行研究；同时对三根不同位置开孔的梁进行各项力学参数的对比，探究环形箍筋补强作用下较为理想的开孔位置。2.1试件概况对于开孔梁，与实腹梁相比，开孔对整个梁的有效截面造成了一定的削弱，开孔位置的强度、刚度受到了一定的减弱，容易较早的出现裂缝且裂缝的开展速率与裂缝宽

8、度的变化增大，对实际工程中会有一定的不利影响。同时，开孔梁有其特殊的受力特性，开孔区域包含了全梁的应力与开设孔洞所引起的次应力的叠加，孔角附近会出现一定的应力集中。所以，考虑开孔梁受力的特殊性，参考现阶段国内学者蔡建[43]-[46]、陈亚亮[47]、刘荣桂[48]、殷芝霖等人的研究成果，对开孔部位进行