墻梁的受力特點與破壞形態(tài)

墻梁是由墻和托梁組合而成.當(dāng)托梁及其上的墻體達(dá)到一定強(qiáng)度后.它們兩者就能共同工作,在裂縫出現(xiàn)前,如同鋼筋混凝土和磚砌體兩種材料組成的深梁.根據(jù)用有限單元法分析.當(dāng)墻體無洞口時,主壓應(yīng)力都指向支座,墻梁形成拱作用,托梁主要受拉,這與一般受彎構(gòu)件情況不同.根據(jù)試驗研究,影響墻梁破壞形態(tài)的因素較多,如砌體高跨比(hw/l0),托梁高跨比(hh/l0),砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值(f),混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值(fc),托梁的縱向受力鋼筋配筋率(ρ),加荷方式,墻體開洞情況以及有無縱向翼墻等.由于這些因素的不同,將發(fā)生下述幾種破壞形態(tài).

(1)彎曲破壞

當(dāng)托梁中的配筋較少,而砌體強(qiáng)度卻相對較高,且hw/lo亦較小時,則一般先在跨中出現(xiàn)豎向裂縫.隨著荷載的增加,豎向裂縫穿過托粱和墻體界面,迅速上升,最后托梁的下部和上部主筋先后達(dá)到屈服,墻梁沿跨中垂直截面發(fā)生彎曲破壞.

(2)剪切破壞

當(dāng)托梁中配筋較多,而砌體強(qiáng)度卻相對較低,且hw/lo適中時,易在支座上部的砌體中由于主拉或主壓應(yīng)力引起斜裂縫,導(dǎo)致砌體的剪切破壞.由于影響因素的變化,剪砌破壞形態(tài)有以下幾種:

1)斜拉破壞

當(dāng)hw/lo 0.35~0.4,或集中荷載作用剪跨比(hw/lo)較小時,支座附近的砌體中主壓應(yīng)力,超過抗壓強(qiáng)度而產(chǎn)生沿斜向的斜壓破壞.這種破壞裂縫較多且穿過磚和灰縫,裂縫傾角一般在550~600以上,破壞時有被壓碎的砌體碎屑,其極限承載力較大.

(3)局部受壓破壞

當(dāng)托梁中配筋較多,而砌體強(qiáng)度卻相對較低,且hw/lo >0.75-0.8時,在托梁支座上方砌體中豎向應(yīng)力集中,當(dāng)該處應(yīng)力超過砌體的局部抗壓強(qiáng)度時,將產(chǎn)生砌體局部受壓破壞.

當(dāng)墻體有洞口時,墻梁頂部荷載通過墻體的大拱和小拱向兩端支座及托梁傳遞,托梁不僅受拉,而且受彎;當(dāng)洞口位于跨中時,大拱作用加強(qiáng),小拱作用削弱;托梁的受力又接近于無洞口的狀況.

按構(gòu)造要求,連續(xù)墻梁在其頂面處設(shè)置有通長的鋼筋混凝土圈梁以形成連續(xù)墻梁的碑梁.

經(jīng)研究,在彈性階段,連續(xù)墻梁的工作有如由托梁,墻體和頂梁組合而成的連續(xù)梁,并隨著裂縫的發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)換為連續(xù)組合拱受力體系.對于等跨連續(xù)墻梁,由于組合作用,托梁的跨中彎矩,第一內(nèi)支座彎矩和邊支座剪力等均有所降低.托梁的大部分區(qū)段處于偏拉狀況,但在中間支座附近,由于組合拱的推力,托梁處于偏壓剪的受力狀況.頂梁的存在有利于提高墻梁的受剪承載力,但中間支座處托梁發(fā)生剪切破壞的可能性仍大于邊支座.另外,中間支座由于豎向正應(yīng)力較為集中,支座下墻體的局部受壓承載力也需要注意.

對于開有洞口的連續(xù)墻梁,洞口愈靠近支座,則托梁的內(nèi)力增加得愈多.

連續(xù)墻梁的破壞形態(tài)有彎曲破壞,剪切破壞和局壓破壞等.

由鋼筋混凝土框架支承的墻梁結(jié)構(gòu)體系稱為框支墻梁.框支墻梁可以適應(yīng)較大的跨度和較重的荷載并有利于抗震.

框支墻梁在彈性階段的應(yīng)力分布與簡支的及連續(xù)的墻梁類似.約在40%的破壞荷載時托梁的跨中截面先出現(xiàn)豎向裂縫,并迅速向上延伸至墻體中.在70%~80%的破壞荷載時,在墻體或托梁端部出現(xiàn)斜裂縫,經(jīng)過延伸逐漸形成框架組合棋受力體系.臨近破壞時,在梁和墻體的界面可能出現(xiàn)水平裂縫,在框架柱中出現(xiàn)豎向或水平裂縫.

框支墻梁的破壞形態(tài)有:

(1)彎曲破壞

當(dāng)hw/lo稍小,框架梁,柱配筋較少而砌體強(qiáng)度較高時,易發(fā)生這種破壞.此時梁的縱向鋼筋先屈服,在跨中形成一個塑性鉸(拉彎鉸).此后,按第二批塑性鉸位置的不同,可能出現(xiàn)兩種彎曲破壞機(jī)構(gòu):

其一為框架梁端部負(fù)彎矩使梁兩端上部縱筋屈服,又增加了兩個拉彎鉸,形成框架梁彎曲破壞機(jī)構(gòu);其二如單跨底層框支柱上端截面外側(cè)縱筋屈服,增加了兩處壓彎鉸,形成框架梁-柱彎曲破壞機(jī)構(gòu).

(2)剪切破壞

當(dāng)框架梁,柱配筋較多承載力較強(qiáng)而墻砌體強(qiáng)度較低時,在一般的高跨比情況下,靠近支座的墻體會出現(xiàn)斜裂縫而發(fā)生剪切破壞.根據(jù)破壞成因的不同,可分為兩種:

當(dāng)墻梁的高跨比較小,墻體的主拉應(yīng)力超過墻體復(fù)合抗拉強(qiáng)度時,墻體會沿灰縫發(fā)生階梯形斜向裂縫;傾角一般1/6時取=1/6;當(dāng)公式(16-5-9)中的:>1/7時,取=1/7;

ηN--考慮墻梁組合作用的托梁跨中軸力系數(shù),可按公式(16-5-8)或(16-5-11)計算,但對自承重簡支墻梁應(yīng)乘以0.8;式中,當(dāng) >1時,取=1

ψM--洞口對托梁彎矩的影響系數(shù),對無洞口墻梁取1.0,對有洞口墻粱可按式(16-5-7)或(16-5-10)計算;

ai--洞口邊至墻梁最近支座的距離,當(dāng)ai >0.35loi時,取ai =0.35loi.

墻梁 wall beam 由鋼筋混凝土托梁和梁上計算高度范圍內(nèi)的砌體墻組成的組合構(gòu)件

包括

1、簡支墻梁

2、連續(xù)墻梁

3、框支墻梁

墻梁是由托梁與其上部計算范圍內(nèi)的墻體的組成體。在計算中，墻梁要考慮到托梁以上墻體對結(jié)構(gòu)的影響，要計算墻體對托梁剛度的有利影響。所以，在實際工程中。按墻梁計算的托梁配筋比沒有考慮墻梁作用的托梁配筋要少。不過墻梁的計算比較繁瑣，所用規(guī)范比較復(fù)雜，在現(xiàn)在的設(shè)計里，多不按墻梁計算。