簡(jiǎn)支墻梁結(jié)構(gòu)的受力模型及力學(xué)分析*

黃華恢

（桂林航天工業(yè)學(xué)院能源與建筑環(huán)境學(xué)院，廣西 桂林 541004）

隨著生活水平的不斷提髙，人們對(duì)建筑物的空間利用率也有一定要求。墻梁作為承重結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)約鋼材、模板和水泥，降低造價(jià)，還可以適應(yīng)較大的跨度和承擔(dān)較重的荷載。墻梁屬于量大面廣的構(gòu)件，受力狀態(tài)復(fù)雜，計(jì)算方法繁多。為了掌握墻梁結(jié)構(gòu)在均布荷載下的受力模型及傳力方式，以便在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行使用，文章對(duì)普通墻梁進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)，通過分析，得出墻梁結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，分析力學(xué)性質(zhì)，為以后力學(xué)計(jì)算提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)制備墻梁試件參數(shù)如表1所示。

表1 試件參數(shù)

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試件托梁采用了普通混凝土C25，其配合比如表2所示。

表2 托梁混凝土C25配合比（kN/m3）

1.2 試驗(yàn)裝置及測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，?jiǎn)支墻梁凈跨均為1500mm。參照胡瓊對(duì)再生混凝土柱試驗(yàn)過程的加載方式，在墻頂放置分配梁及橡膠墊以施加均布荷載，模擬墻梁受荷后的實(shí)際工況[3-4]。加載裝置具體情況如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)的裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各試件現(xiàn)場(chǎng)加載圖片

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試件受荷初期，在墻頂三分點(diǎn)與支座的連線位置，出現(xiàn)了許多細(xì)小的裂縫，裂縫連線與拱模型及其相似。加載初期，施加的試驗(yàn)力較小，試驗(yàn)梁沒有任何的現(xiàn)象發(fā)生。待加載至150～200kN，墻梁出現(xiàn)不同大小的裂縫，主要集中在支座附近位置。待荷載繼續(xù)增加，墻梁試件左右兩邊支座均形成明顯裂縫，并且越過墻體與托梁交界處向上部墻體延伸。由于裂縫的逐漸增大導(dǎo)致上部砌體開裂形成通縫而最終被破壞。

豎向荷載作用下簡(jiǎn)支墻梁上部墻體主要承受壓力，下部托梁主要承受拉力。墻體中的壓應(yīng)力與托梁處的拉應(yīng)力共同作用組成合力偶來抵抗豎向荷載產(chǎn)生的彎矩[5-8]。由于墻體和托梁組合作用，相當(dāng)于一定高度的深梁構(gòu)件，形成的內(nèi)力臂將大于普通鋼筋混凝土淺梁構(gòu)件，這將在墻梁內(nèi)部形成較大的抗彎剛度和承載能力。支座斜上方的墻體受到拉、壓復(fù)合應(yīng)力，同時(shí)，由于托梁頂面將受到剪應(yīng)力和豎向壓應(yīng)力的共同作用，此時(shí)托梁跨中將出現(xiàn)部分彎矩，受荷后試件處于小偏心受拉狀態(tài)。

3 墻梁模型受力分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，初步確定墻梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖為帶拉桿的兩鉸拱模型，如圖2所示。

圖2 墻梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

其中，E、E1為拱肋、拉桿的彈性模量；I為拱肋的慣性矩；A、A1為拱肋、拉桿截面面積。將拉桿X1作為基本未知力，列結(jié)構(gòu)力學(xué)力法[9]基本方程如下（此時(shí)切口兩邊無相對(duì)位移）：

由此可見，托梁的拉力與墻梁結(jié)構(gòu)的矢高有關(guān)，并隨著矢高的增大而減小。

4 結(jié)論

簡(jiǎn)支墻梁結(jié)構(gòu)受荷后受力情況與拉桿拱相似，以托梁為拉桿承受拉力，墻體內(nèi)部形成拱結(jié)構(gòu)承受壓力。墻體與托梁具有較好的組合作用，墻梁試件的承載能力較相同配筋的鋼筋混凝土淺梁要高出數(shù)倍甚至數(shù)十倍。所以，在進(jìn)行墻梁設(shè)計(jì)中需要考慮墻體和托梁的共同作用，以達(dá)到更好的承載效果。對(duì)于簡(jiǎn)支墻梁，主壓應(yīng)力軌跡線沿兩側(cè)垂直指向托梁支座處，而中部的主壓應(yīng)力軌跡線形似與拱形結(jié)構(gòu)指向支座。托梁處的拉力與結(jié)構(gòu)的矢高有一定的影響，這對(duì)今后墻梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。