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2023-08-23
高层建筑钢筋混凝土结构设计原则
【摘要】：由以上的试验结果可知，在普通配筋的连梁中，改善屈服后剪切破坏性能、提高连梁延性的主要措施是控制连梁的剪压比，其次是多配一些箍筋。剪压比是主要因素，箍筋的作用是限制裂缝开展，推迟混凝土的破碎，推迟连梁破坏。在我国的规范和规程中，为防止连梁过早剪坏，要求限制连梁的剪压比，对于跨高比较小的连梁限制更加严格。
跨高比大的连梁可按一般梁的要求设计，而跨高比较小的连梁受竖向荷载的影响较小，两端同向弯矩影响较大，两端同向的弯矩使梁反弯作用突出，见图7-32，它的剪跨比可以写成：
图7-32 连梁变形及交叉斜裂缝
连梁的剪跨比与跨高比（ll/hl）成正比，跨高比小于2，就是剪跨比小于1。住宅、旅馆等建筑中，剪力墙连梁的跨高比往往小于2，甚至不大于1。试验表明，剪跨比小于1的钢筋混凝土构件，几乎都是剪切破坏，因而一般剪力墙结构中的连梁容易在反复荷载下形成交叉裂缝，导致混凝土挤压破碎而破坏[65]。
虽然可以通过强剪弱弯设计使连梁的受弯钢筋先屈服，但是试验表明，在跨高比小于2的连梁中，在受弯钢筋屈服以后，几乎都还是出现了剪切破坏，这种剪切破坏可称之为剪切变形破坏，因为它尚未达到设计的受剪承载力，不是由于受剪承载力不足，而是剪切变形超过了混凝土变形极限而出现的剪坏，有一定延性，属于弯曲屈服后的剪坏。
弯曲屈服后的剪坏又受到截面上剪压比（平均剪应力与混凝土抗压强度的比值）的影响，分为三种形态，图7-33是试验得到的跨高比为1.43的连梁破坏形态[65]，图a是剪压比较小时的弯曲滑移破坏，其特点是在反复荷载作用下梁端竖向弯曲裂缝贯穿全截面，沿着竖向裂缝的滑移反复作用而导致混凝土破碎；图b为剪压比较大时的剪切滑移破坏，其特点是在反复荷载下连梁出现交叉裂缝和贯通全截面的竖向弯曲裂缝，反复错动挤压造成交叉裂缝区的混凝土破碎；图c是剪压比更大时连梁的剪切破坏，其特点是在受弯钢筋屈服后，很快就出现一条或两条交叉的主斜裂缝，沿斜裂缝出现剪切破坏。图7-33中同时给出了它们的试验实测滞回曲线，可以看出，弯曲滑移破坏的塑性变形较大，延性较好，弯曲剪切破坏次之，剪切破坏则发生在钢筋屈服后不久，塑性变形很小，延性差。
清华大学土木系进行的连梁模型试验研究，大部分都按照强剪弱弯设计，实现了受弯钢筋屈服在前，剪切破坏在后的破坏模式，通过试验数据的归纳整理，得到屈服后剪切破坏类型与抗剪承载力、剪压比、延性的关系，示于图7-34a和b。
图7-33 连梁屈服后剪切破坏形态（清华大学）
a）弯曲滑移型破坏 b）剪切滑移型破坏 c）剪切破坏
图7-34 连梁剪切破坏类型与剪压比、配箍率关系（清华大学）
a）连梁破坏类型与剪压比、配箍率关系 b）连梁延性与剪压比、配箍率关系
图7-34a中竖坐标为Vu/Vsh（称为剪箍比），Vu表示试验时连梁的破坏荷载（剪力），Vsh表示连梁的计算抗剪承载力（混凝土和箍筋共同的抵抗力），由于所有试件截面相同，混凝土部分计算的抗剪承载力基本相同，因此各试件受剪承载力的差别主要在于箍筋的多少。所有试验连梁的剪箍比Vu/Vsh都小于或等于1（表明破坏荷载尚未达到受剪承载力，属于强剪弱弯设计），都是受弯钢筋先屈服，横坐标是剪压比值（V/fcbh），图中每一个点代表一个试件，不同符号表示它的破坏形态。由图可见，折线以下的点，也就是在剪压比较小或配箍率较高的情况下，大部分是剪切滑移或弯曲滑移破坏；折线以上的点，也就是在剪压比较大的情况下，即使是剪箍比大于0.75，大部分还是剪切破坏（包括剪拉破坏），折线附近则既有剪切滑移破坏，也有剪切破坏。
图7-34b将试验结果进一步量化，竖坐标是试验实测的延性比，横坐标是剪箍比，图中两条曲线分别代表了剪压比大于或等于0.15和剪压比小于0.15的两类连梁。由图7-34可见，当剪压比小于0.15时，随着剪箍比的减小（箍筋增加），连梁延性迅速提高；剪压比大于0.15以后，随着剪箍比的减小（箍筋增加），连梁延性提高不多。两条曲线的不同说明了：当剪压比较小时，配置箍筋提高延性的作用明显，在剪压比较大的情况下，配置箍筋的作用就减小了。
由以上的试验结果可知，在普通配筋的连梁中，改善屈服后剪切破坏性能、提高连梁延性的主要措施是控制连梁的剪压比，其次是多配一些箍筋。剪压比是主要因素，箍筋的作用是限制裂缝开展，推迟混凝土的破碎，推迟连梁破坏。
在我国的规范和规程中，为防止连梁过早剪坏，要求限制连梁的剪压比，对于跨高比较小的连梁限制更加严格。按我国规范和规程的要求，抗震设计连梁剪压比限制表达为下列要求：
跨高比大于2.5时 
跨高比不大于2.5时 
连梁截面的抗剪承载力验算中，箍筋要求也比一般梁多一些，跨高比不大于2.5的连梁箍筋要求更多一些。抗震设计的连梁箍筋应沿梁全长加密；同时在连梁高度大于700mm时要设置腰筋，腰筋的作用也是限制连梁裂缝开展、推迟混凝土的破碎。
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