兩類斜裂縫,試驗表明在鋼筋混凝土梁中可能發(fā)生兩類斜裂縫:彎剪斜裂縫(flexuralshearcracks) 和腹剪斜裂縫(web-shear cracks)。呂志濤院士早在1964年就通過試驗研究,在國內(nèi)率先提出了這兩類斜裂縫的劃分并開展了相關(guān)的理論研究。
彎剪斜裂縫是由彎曲裂縫延伸而成的斜裂縫,通常發(fā)生在剪力和彎矩都較大的區(qū)段。彎曲裂縫首先在受拉區(qū)形成,并豎直向上伸展,當彎曲裂縫的上端因斜向主拉應力足夠大時,該裂縫就會斜向擴展。另一類斜裂縫是腹剪斜裂縫,在薄腹梁的支座附近容易出現(xiàn)。腹剪裂縫發(fā)生在彎曲應力較小、而剪應力相對較大的區(qū)域,一般首先出現(xiàn)在混凝土截面中性軸附近,并向兩端開展。腹剪斜裂縫的開展有時很突然,所以,比彎剪裂縫破壞性更大。
基于主拉應力控制的抗裂設計
主應力的計算在計算出截面上某點的正應力和剪應力后,可按平面摩爾圓計算該點的主壓應力和主拉應力例如,在矩形截面的簡支梁中,自重作用下的主應力跡線,實線為主拉應力跡線,虛線為主壓應力跡線。
對不配預應力筋的混凝土梁。截面中心軸處于純剪應力狀態(tài),可得主拉應力方向與梁軸線成45°夾角,在垂直主拉應力的方向容易出現(xiàn)腹剪斜裂縫。對施加縱向預應力的梁,縱向預壓應力能夠減小主拉應力數(shù)值,并且使主拉應力與梁軸線的夾角變大,斜裂縫的方向變得平坦,可提高箍筋的抗剪利用率。另外,彎起的預應力筋能夠產(chǎn)生抵抗荷載效應的預剪力,使總剪力減少。但一味地提高縱向預應力的量值,不可能完全消除斜向拉應力;在梁體較高的情況下,在腹板中引入豎向預應力,從理論上可以消除主拉應力。
在設計中,通過構(gòu)造措施和配筋設計限制主拉應力大小,對提高腹板抗裂性十分重要。例如,在采用節(jié)段施工的箱形截面混凝土梁橋中,中跨墩頂附近剪力較大,通常采用預應力筋布置方式,包括布置頂板束、腹板斜束和豎向束。斜束對減小腹板的剪力有貢獻(預剪),豎向東對增加腹板豎向壓應力有貢獻(預壓)。在彎矩、剪力和軸力作用下,截面剪應力和正應力分布可按材料力學方法計算,所示。在平面應力狀態(tài)下,雙向受壓的腹板可以不出現(xiàn)平面內(nèi)主拉壓力。
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