负弯矩区钢-混凝土组合梁腹板开洞试验和理论研究成果

钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下，出现了混凝土板受拉、钢梁受压的不利状态，混凝土开裂荷载较小，在出现裂缝后即退出工作，拉力主要由混凝土板内钢筋承担。对于负弯矩作用下的腹板开洞组合梁，受力情况更为复杂，在负弯矩和开洞等不利因素下，板内钢筋能发挥哪些作用？其受力特点值得研究。

1）纵向受力钢筋应变

试验重点研究洞口区域混凝土板内的钢筋受力情况，在洞口上方纵向钢筋内布置了多个应变测点，由于组合梁试件的跨中受力也比较大，在跨中纵向钢筋内也布置了测点，考虑到纵向钢筋布置的对称性，只需测量混凝土翼板一侧的钢筋。应变测点布置如图2.49所示，如洞口左端上层纵向钢筋测点为u11、u12、u13，下层测点为b11、b12、b13；组合梁跨中上层纵向钢筋测点为u41、u42、u43，下层测点为b41、b42、b43。

图2.49　纵向钢筋应变测点布置

以试件SCB-2为例，说明负弯矩区腹板开洞组合梁纵向受力钢筋的应变规律，图2.50所示为洞口区域的纵向钢筋应变图。

从图2.50的试验结果中可以看出：洞口区域左、中、右3个截面上的纵向钢筋的应变规律各不相同。对于洞口左端截面，上层纵筋受压，下层纵筋受拉，这与负弯矩作用下洞口区域的内力分布情况是符合的（图2.35），说明洞口左端上部钢筋周围的一部分混凝土受压，对抗剪是有贡献的，下部钢筋周围的混凝土则因受拉而退出工作，拉力由纵向钢筋承担，使得这部分钢筋的拉应力较大，洞口右端截面的纵向钢筋受力情况则刚好相反，并且洞口右端截面的上部纵向钢筋应值最大，其抗拉效果最为明显，可以考虑加强该区域的钢筋布置；洞口中部的部分钢筋应变则随着荷载的增加从压应变过渡到拉应变，而且上层钢筋的应变值均大于下层钢筋的应变值。

图2.50　负弯矩区腹板开洞组合梁洞口区域纵向钢筋应变（试件SCB-2）

图2.51所示为试件SCB-2跨中截面纵向钢筋的应变图，从试验结果可以看出，跨中截面的纵向钢筋应变全部为拉应变，而上层纵向钢筋应变值大于下层纵向钢筋的应变值，说明这一部分截面完全受拉力作用，忽略混凝土的抗拉作用，混凝土翼板上的力由板内钢筋承担。

图2.51　负弯矩区腹板开洞组合梁跨中纵向钢筋应变（试件SCB-2）

为了研究负弯矩作用下腹板开洞组合梁的纵向受力钢筋的协同工作性能，需要分析板内纵向受力钢筋的应变沿着混凝土翼板宽度方向的分布规律，以试件SCB-2为例进行说明。

图2.52所示为试件SCB-2的洞口区域左、中、右3个截面上的纵向钢筋应变沿混凝土翼板宽度方向的分布曲线，考虑到钢筋的对称布置，只需研究混凝土翼板一侧的钢筋；图中的横坐标为混凝土翼板宽度，以混凝土翼板中点为起点。

从图2.52所示试验结果可以看出：从荷载作用初期直至达到极限荷载以前，试件洞口各截面上的纵向钢筋应变沿着混凝土板宽度分布比较均匀，说明各纵向受力钢筋协同工作性能良好；但随着荷载的增加，各纵向钢筋的应变分布差异开始增大，同时发现对受拉力作用的同一排钢筋，即洞口左端下层纵筋、洞口中部上、下层纵筋以及洞口右端上层纵筋等，越靠近混凝土板中点（即洞口）其应变值越大，原因是混凝土板在拉力作用下退出工作，这部分拉力由钢筋承担，又由开洞造成的刚度下降使得靠近洞口的钢筋受到的拉力更大。(www.xing528.com)

从前面的试验现象中可以看到，负弯矩作用下的开洞组合梁试件除了在洞口区域受力较大外，在其跨中截面上的受力也比较大，所以对跨中截面纵向钢筋的应变分布也进行了分析，以试件SCB-2为例进行说明，其跨中截面纵向钢筋应变沿混凝土翼板宽度方向的分布如图2.53所示，从结果中可以看出：在负弯矩作用下，跨中截面的钢筋应变均为拉应变，应变值与荷载成正比，从数值上看，上层钢筋的应变值均大于下层钢筋应变值。

图2.52　负弯矩区腹板开洞组合梁洞口区纵向钢筋应变沿宽度的分布（试件SCB-2）

图2.53　负弯矩区腹板开洞组合梁跨中截面纵向钢筋应变沿宽度的分布（试件SCB-2）

2）横向钢筋应变

为研究洞口区域横向钢筋的受力情况，我们在洞口上方横向钢筋内布置了多个应变测点，测点布置如图2.54所示；其中，t11、t21为洞口左端上、下层横向钢筋测点，t12、t22为洞口中部上、下层横向钢筋测点，t13、t23为洞口右端上、下层横向钢筋测点。

图2.54　横向钢筋应变测点布置

以试件SCB-2为例，说明负弯矩区腹板开洞组合梁横向钢筋的应变规律，图2.55所示为洞口区域各测点横向钢筋应变图。

图2.55　负弯矩作用下腹板开洞组合梁洞口区横向钢筋应变（试件SCB-2）

从试验结果可以看出：洞口区域横向钢筋应变在整体上都要小于纵向钢筋的应变，其中，在洞口左端截面的上、下层横向钢筋的应变值比较大；当荷载小于0.35Pu时，各测点应变曲线可以保持线性分布，说明此阶段混凝土板内裂缝还不多，对钢筋受力影响不大；当荷载继续增加时，各测点应变曲线出现了不规则偏移，此时混凝土裂缝的影响开始显现。