关键词：抗剪承载力；无腹筋梁；骨料咬合力；最大骨料粒径
中图分类号：TU375.1 文献标识码：A
钢筋混凝土无腹筋梁的剪切破坏机制十分复杂，20世纪初至今，国内外学者针对无腹筋梁剪切破坏问题进行了广泛、深入的理论分析和试验研究，但至今未能建立统一的理论体系和设计方法.由于影响因素众多，且难以通过理论分析或试验研究分离各影响因素在不同受力阶段的相互影响，不同学者在建立理论模型时，引入了诸多合理性有待验证的假设.各国规范中的抗剪设计公式多数建立在半理论半经验层面，对纵向配筋率、截面有效高度、最大骨料粒径等重要影响因素缺少合理、统一的认识，计算公式的准确性和合理性亦有待改善.因此亟待进一步开展相关理论分析和试验研究，获得机理层面的新认知.
多伦多大学的Sherwood，Bentz和Collins7对骨料粒径对无腹筋梁、板抗剪性能的影响进行了试验研究.试验以碎石的最大粒径为主要变量，得到抗剪承载力随骨料粒径增大而增大的结论，从而认为骨料咬合作用是主要的抗剪机制.瑞士学者Muttoni8通过试验观测到裂缝面间的剪切错动，基于相关假设建立了临界斜裂缝理论.
国内有关骨料咬合作用对无腹筋梁抗剪性能影响的研究非常少见，中国规范的斜截面承载力计算公式中亦未考虑最大骨料粒径这一重要影响因素.为进一步研究钢筋混凝土无腹筋梁的剪切破坏机理，本文共完成16根以最大骨料粒径和剪跨比为试验变量的无腹筋简支梁的剪切破坏试验，重点研究骨料咬合作用对无腹筋梁抗剪性能的影响.
1骨料咬合作用的机理
在受力过程中，如果裂缝绕过粗骨料发展，裂缝面间将呈现明显的凹凸不平，骨料之间或者骨料与胶凝材料之间的相互咬合将阻碍裂缝面间的相对错动，产生骨料咬合作用，亦称为剪摩擦力.
图1（a）为Bruggeling9在部分预应力有腹筋T形梁的抗剪试验中测得的局部法向位移ω与切向位移Δ.图1（b）为Rodrigues10在研究纵筋屈服对梁抗剪性能的影响时，测得的沿临界斜裂缝发展方向的相对位移.
Bruggeling和Rodrigues的试验结果均表明：初期斜裂缝的宽度较小，裂缝面间存在明显的切向位移，骨料咬合作用较为显著；随着荷载增大，裂缝宽度明显增加，裂缝面间的骨料接触面积逐渐减小，导致骨料咬合作用逐渐降低.
（a） Bruggeling的试验结果
（b） Rodrigues的试验结果
图1裂缝面间相对位移的试验结果
Fig.1Measurement on the relative displacement
between two sides of the crack
2试验概述
2.1试件制作
试验在湖南大学结构试验室进行，采用单点集中加载及简支边界条件，试验装置如图3所示.
为便于试验观察与测量，采用等间距套箍对右侧梁段加固，初次破坏均发生在左侧梁段；完成左侧梁端试验后，将套箍布置到左侧梁段，重新加载至右侧梁段发生破坏.加固装置如图4所示.
2.3测量内容
试验主要测量内容包括：钢筋、混凝土应变，裂缝间的相对位移，支座及跨中位移.详细测点布置见图5.
2.4材性试验
3.1试验观测结果
部分试验梁的最终破坏形态见图6，随着骨料粒径的增大，弯曲裂缝更加蜿蜒曲折并出现分叉现象，且两次加载得到的破坏面并不完全对称.
对于剪跨比为2.2的试验梁，当荷载增加到破坏荷载的55%～65%的时候，出现腹剪斜裂缝，继续加载后腹剪斜裂缝分别向支座和加载点延伸.当荷载增加到临界荷载的75%～85%时，临界裂缝逐渐成形，继续加载后斜裂缝由梁腹逐渐变宽并继续向两侧延伸，剪压区逐渐减小.最终破坏时剪压区被压碎，并发出很大的响声，为脆性破坏，此种破坏有一定的征兆，属于剪压破坏.
对于剪跨比为3.0的梁，当荷载增加到破坏荷载的90%～95%，靠近支座的弯曲裂缝迅速向集中荷载作用点延伸，形成临界斜裂缝，最终破坏时亦发出很大的响声.破坏过程急速而突然，破坏荷载与出现斜裂缝时的荷载相当接近，破坏呈明显脆性，属于斜拉破坏.
3.2荷载挠度曲线分析
图7为部分试验梁的荷载挠度曲线.从开始加载到试件出现弯曲裂缝，荷载挠度曲线呈线弹性，各试件刚度基本相近；开裂后进入非弹性阶段，最终主要斜向裂缝贯穿截面，很快达到破坏荷载，随后荷载迅速下降，试件丧失承载力，发生脆性的剪切破坏.
跨中挠度mm（a） B221系列
跨中挠度mm（b） B31系列
3.3裂缝间的相对位移分析
在左侧梁段可能出现斜裂缝的局部区域布置两端带有万向轴承的电子尺，以捕捉斜裂缝间的切向与法向位移.定义沿斜裂缝的变形如图8所示，具体计算方法如下15：
电子尺的长度按式（1）计算：
3.4骨料粒径的影响分析
4.2预测值与试验值的比较
表4列出了上述规范计算公式的预测值，并给出了预测值与试验值的比较.表中Vexp 为抗剪承载力试验值，Vprep为抗剪承载力预测值.
5结论
通过对16根无腹筋钢筋混凝土梁在集中荷载作用下抗剪强度的试验研究，得到如下结论：
1）本文试验结果表明，钢筋混凝土无腹筋梁的抗剪承载力与最大骨料粒径有关，抗剪承载力随着骨料粒径的增大而增大.
2）骨料咬合作用是无腹筋梁的主要传力机制之一.斜裂缝形成初期，裂缝面发生相对切向位移，形成较为明显的骨料咬合作用，但随着荷载不断增大，裂缝宽度增加，骨料咬合作用降低.
3）各国规范预测结果的准确度和离散程度均不够理想，关于梁剪切破坏机理的研究有待进一步完善.
参考文献