预应力混凝土T梁受剪破坏试验研究

刘立群，李 明，冯浩雄

(湖南城市学院 土木工程学院，湖南 益阳 413000)

钢筋混凝土梁的剪切破坏机理在不断深化，由于问题的复杂性和影响因素众多，至今尚无相对完备的理论体系，不同的理论模型和试验数据导致各国规范公式存在差异﹒李昊[1]和李冠军[2]对预应力混凝土矩形梁进行了受剪承载力试验，研究了受剪破坏机理和影响剪切破坏的主要因素﹒Qi 等[3]针对9 根体外预应力混凝土T 梁，研究了预应力、剪跨比、剪切钢筋和体外预应力筋弯起角度对预应力混凝土T 梁的剪切性能和受剪承载力的影响﹒

混凝土构件截面极限破坏形态与结构形式、剪跨比、截面形状、加载方式、配筋形式及数量等有关[4]﹒大量的试验表明，构件剪切破坏典型形态有以下几种﹒

斜拉破坏多发生在剪跨比较大时(λ＞3)的无腹筋梁或腹筋配置较少的有腹筋梁中[2]，如图1a)所示﹒剪压破坏是有腹筋梁在腹筋配置适当时常见的斜截面破坏形态﹒当1＜λ＜3 时，在集中荷载作用下的无腹筋梁，也会发生此类破坏﹒试验结果发现，临界斜裂缝延伸开展，指向荷载作用点，同时受压区高度减小[5]，如图1b)所示﹒

斜压破坏多发生在剪跨比较小的梁中，集中荷载下的有腹筋梁通常λ≤1.5，而无腹筋梁λ≤1﹒试验现象表明，随着荷载的增加，在加载点与支座之间，腹板被一系列大致平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压杆，最后沿斜向受压破坏[6]，如图1c)所示﹒

锚固破坏多发生在矩形梁和T 形梁或厚腹I形梁中，是一种脆性破坏，可以通过纵筋深入支座长度和数量、弯起位置与长度来控制[7]﹒

预应力混凝土梁破坏特征与钢筋混凝土梁破坏特征相似﹒施加预应力后能改善梁的内力，提 高梁的刚度，明显改善其抗剪性能，显著提高抗剪承载力[8]﹒预应力混凝土T 梁在矩形梁的基础上增加了翼缘板，翼缘板能增大预应力混凝土T梁的受压区面积，有效提高其抗剪承载力[9]，但其破坏形态和特征在预应力和翼缘双重作用下，呈现不同的特征﹒因此，本文通过预应力混凝土T 梁在集中荷载作用下的抗剪试验，以期获得预应力混凝土T 梁在受剪作用下的破坏形态﹒

1 试验设计与现象

1.1 试验设计

试验设置并制作了9 根预应力混凝土和1 根普通钢筋混凝土T 形简支梁﹒梁高700 mm，腹板宽度200 mm，翼缘厚度100 mm，翼缘宽度800 mm/1 080 mm，以预应力筋的弯起角度、预应力筋数量和翼缘宽度为变化参数﹒试件主要参数见表1﹒

在构件混凝土浇筑时还浇筑了12 组150 mm×150 mm×150 mm 的立方体试块用以测试混凝土的强度，且该立方体试块和构件在同条件下养护﹒在预应力张拉和构件进行剪切破坏试验之前，按照普通混凝土力学性能试验方法的标准要求在实验室进行抗压强度试验，测得立方体抗压强度平均值cuf ，并依据相关规范换算出混凝土轴心抗压强度cf 和抗拉强度tf ﹒混凝土强度测试结果见表2﹒

表1 试件主要设计参数

表2 混凝土立方体试块抗压强度测试结果 MPa

表3 钢筋力学性能测试结果

1.2 试验现象

所有试件均发生了剪切破坏，裂缝主要集中在T形梁腹板处，多条与临界斜裂缝大致平行的裂缝为主﹒

T-1梁试验现象：当跨中荷载P为160 kN时开始出现第1条垂直裂缝；当加载到200 kN时出现了斜裂缝，此时斜裂缝靠近跨中位置，角度大于45°，均指向加载点；随着荷载的逐步增大，垂直裂缝并没有继续发展和增加，而斜裂缝进一步由跨中逐渐向两支座方向延伸和开展，呈八字形，此时斜裂缝角度逐渐接近45°，裂缝宽度也逐渐增加但增加速度较缓慢；随着荷载进一步增加，临界斜裂缝形成，加载点与支座连线方向缓缓出现一些斜裂缝，有些呈水平状；加载至670 kN时，手动液压泵没法继续增加荷载，称重显示器显示荷载有下降趋势，但裂缝在继续开展，因此判断此时梁已受到破坏﹒

T-2～T-10梁试验现象：首先，在跨中出现垂直裂缝，但出现裂缝的荷载明显比T-1梁高，时间也更缓；随着荷载增加，正截面裂缝几乎没有发展，斜裂缝逐渐出现，初始斜裂缝靠近跨中位置，慢慢向支座方向发展，方向均指向加载点；随着荷载的继续增大，临界斜裂缝逐渐形成，裂缝角度逐渐接近45°，裂缝宽度也逐渐增大，裂缝数量也缓步增加，临界斜裂缝的裂缝慢慢向翼缘方向延伸；随着荷载进一步增加，临界斜裂缝宽度增加较快，且其与支座之间的斜裂缝数量增加，有些则由临界斜裂缝延伸向水平方向发展，临界斜裂缝在靠近梁底处呈水平状态延伸，翼缘上的裂缝几乎贯通这个截面高度；最终，在达到极限荷载时，听到“砰”的一声，荷载急剧下降，受压区混凝土压碎，导致试件发生剪切破坏﹒

2 试验现象及结果

2.1 破坏形态与裂缝开展

根据试验现象与试验得到的裂缝分布情况，最终通过AutoCAD对裂缝进行描绘，得到了所有试验梁的裂缝分布，如图2所示﹒由图2明显可以看到临界斜裂缝的位置和其他斜裂缝的基本分布情况﹒图中还可以看出，预应力筋弯起角度越大，预应力筋数量越多，则斜裂缝分布的面积越大，数量越多，斜裂缝的倾角也越小﹒

图2 破坏形态与裂缝分布

2.2 试验结果

试件的极限荷载与挠度见表4﹒由表4可以看出，增加预应力筋数量、增大翼缘宽度和预应力筋弯起角度都能提高试件的极限抗剪承载能力﹒

表4 极限荷载与挠度

配置有预应力筋的T-2、T-5和T-8试件的极限抗剪承载力较T-1分别提高了25.37%，26.12%和31.49%；弯起角度由水平状态提高至12°时，T-5较T-2的极限承载力提高幅度不大，但提高到20°时，T-8较T-2、T-5分别提高了4.88%和4.26%﹒

增加预应力筋数量可明显提高T梁的极限抗剪承载力，配置3根预应力筋的T-3、T-6、T-9比T-2、T-5、T-8分别提高了13.1%，13.02%和16.35%﹒

3 结论

改变预应力筋数量、弯起角度和翼缘宽度，在跨中集中荷载作用下的预应力混凝土T 梁均呈现剪压破坏现象﹒

随着有效预应力的增加，受剪承载力显著增加，裂缝分布面积增大，数量增加，倾斜角度变小；随着翼缘宽度的增大，受剪承载力提高幅度不大，翼缘板上存在明显的剪力滞后效应﹒