摘要：依據(jù)桁架拱模型理論分析了鋼筋混凝土梁的受剪機理并給出了受剪承載力公式，該公式考慮了混凝土的軟化效應、拱體作用等因素對鋼筋混凝土梁的受剪承載力影響，并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)對公式中系數(shù)進行了修正。當結(jié)構(gòu)材料與原建立規(guī)范計算公式時的材料性能差異較大時，規(guī)范公式不再適用。而經(jīng)計算，采用桁架拱理論公式的計算結(jié)果與試驗結(jié)果比值的均值更接近于1，標準偏差和變異系數(shù)均較規(guī)范公式計算結(jié)果小，與試驗結(jié)果吻合較好。采用美國規(guī)范ACI 318-08中構(gòu)件受剪承載力公式對所收集試驗數(shù)據(jù)進行計算，計算結(jié)果表明，美國規(guī)范較中國規(guī)范保守。研究結(jié)果表明：桁架拱理論公式可以用于鋼筋混凝土梁的受剪承載力計算。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土梁；受剪承載力；桁架拱模型；混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范

中圖分類號：TU375.1

文獻標志碼：A

文章編號：1674-4764（2013）04-0007-06

鋼筋混凝土構(gòu)件斜截面受剪承載力計算是混凝土構(gòu)件設計中的重要課題。由于影響鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪強度的因素眾多，破壞形態(tài)復雜，對混凝土構(gòu)件受剪機理的認識尚不完善，至今未建立一套較為完整的理論體系^[1]。目前要做到定量分析鋼筋混凝土構(gòu)件的斜截面受剪承載力還存在很多困難，當然試驗研究是一種最為直接和有效的方法，但全面的試驗對比研究耗資巨大，一般難以實現(xiàn)。到目前為止，盡管各國學者進行了大量的關(guān)于鋼筋混凝土梁的受剪承載力理論分析和試驗研究，但由于各學者研究的側(cè)重點不同且該問題本身具有復雜性，致使至今鋼筋混凝土構(gòu)件的抗剪問題沒有得到很好地解決。包括中國在內(nèi)的多國規(guī)范都是采用半經(jīng)驗半理論的計算方法進行構(gòu)件受剪承載力設計，該方法具有計算簡單且不易出錯等優(yōu)點，但缺點是缺乏明確的力學模型，且當結(jié)構(gòu)材料與原建立規(guī)范計算公式時的材料差異較大時，規(guī)范公式的計算結(jié)果的可信程度遭到質(zhì)疑。因此，迫切需要建立混凝土構(gòu)件的受剪理論模型和模型理論計算公式，以解決受剪承載力的設計問題。采用桁架拱模型理論分析鋼筋混凝土構(gòu)件的受剪機理，給出了鋼筋混凝土梁的受剪承載力計算公式，探討了有關(guān)計算參數(shù)的取值，并結(jié)合收集的136根關(guān)于鋼筋混凝土梁受剪承載力研究的試驗數(shù)據(jù)，驗證桁架拱模型理論的有效性。

1桁架拱模型

桁架拱模型是一種在桁架模型基礎上加以考慮混凝土的受壓拱體效應發(fā)展演化而來的模型。桁架拱模型認為，構(gòu)件的所受總剪力由桁架模型和拱模型共同承擔，即構(gòu)件中受壓混凝土既起受壓上弦桿的作用又起斜壓腹桿和拱的作用，如圖1所示。

1.1桁架模型

桁架模型最早由德國的Ritter所提出，也稱古典桁架模型^[2]。后經(jīng)眾多學者研究和發(fā)展，形成了多種桁架理論并被多國規(guī)范所采用，如拉壓桿模型（美國規(guī)范^[3]）、變角桁架模型（歐洲規(guī)范^[4]）等。該模型的缺點是沒有考慮混凝土的抗剪能力對構(gòu)件受剪承載力的貢獻，全部剪力由腹筋承擔。

桁架模型認為桁架的受壓上弦桿為受壓區(qū)混凝土和上部受壓縱筋，受拉下弦桿為下部受拉縱筋，腹桿則由受拉的箍筋及斜裂縫間的受壓混凝土斜桿構(gòu)成。如圖2，圖中h為構(gòu)件截面高度、z為構(gòu)件截面高度方向上兩邊緣縱筋之間的距離，可取為z=0.9 h。

5.1與試驗結(jié)果的對比分析

共收集了136根關(guān)于鋼筋混凝土梁受剪的試驗數(shù)據(jù)^[11-15]，文獻[11]為集中荷載作用下有腹筋連續(xù)梁的抗剪強度試驗數(shù)據(jù)，文獻[12]、[14]為集中荷載作用下簡支梁的抗剪強度試驗數(shù)據(jù)，文獻[13]為逆對稱荷載作用下鋼筋混凝土框架梁抗剪強度的試驗數(shù)據(jù)，文獻[15]為鋼筋混凝土構(gòu)件試驗數(shù)據(jù)集（中國建筑科學研究院），鋼筋混凝土梁的加載方式有集中荷載作用和均布荷載作用2種，所有鋼筋混凝土梁均為單方向單調(diào)加載，其發(fā)生的破壞形態(tài)有主筋屈服后剪切破壞、主筋屈服前斜壓剪切破壞形態(tài)和彎剪型破壞，試件有普通箍筋約束混凝土梁和高強箍筋約束混凝土梁。鋼筋混凝土梁的基本設計參數(shù)：混凝土軸心抗壓強度為10.4～62.78 N/mm2，箍筋強度為212～1 442 N/mm2，配箍率為006%～1.15%，平均約束應力為0.406 4～16.08 N/mm2，截面尺寸為b=110～400 mm、h=190～1 000 mm，鋼筋混凝土梁的形式有連續(xù)梁、簡支梁、框架梁3種。

圖8為桁架拱模型公式的計算值（Vcal）和試驗值（Vexp）的對比結(jié)果（圖中斜直線為Vcal/Vexp=1），計算值與試驗值比值的平均值為0.926 8，標準偏差為0.208 9，變異系數(shù)為0.225 4，最大值為1853 0，最小值為0.555 0。表1給出了Vcal/Vexp分布情況，計算值小于1.15Vexp的試件占試件總數(shù)的88.97%，且計算值小于0.6倍的試驗值的試件僅占試件總數(shù)的2.94%。

綜上所述，用桁架拱理論模型公式計算的結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，桁架拱模型可以作為鋼筋混凝土梁剪切破壞的理論模型，其為中國規(guī)范建立關(guān)于鋼筋混凝土構(gòu)件受剪承載力計算的理論模型奠定基礎。

6結(jié)束語

經(jīng)理論分析和試驗驗證，可以得到以下結(jié)論：

1）當使用高性能或高強度的結(jié)構(gòu)材料時，中國混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范中的受剪承載力公式的計算結(jié)果不安全。

2）桁架拱理論模型分析鋼筋混凝土構(gòu)件的受剪機理是合理的，且基于該理論模型的鋼筋混凝土梁的受剪承載力公式，當結(jié)構(gòu)材料性能差異較大時，依然能保證計算結(jié)果的有效性。

3）箍筋應力發(fā)揮水平是有上限的，同時桁架拱模型公式的計算結(jié)果也驗證了日本關(guān)于平均約束應力取值的正確性。

4）對于鋼筋混凝土梁的受剪承載力計算，美國規(guī)范較中國規(guī)范保守。

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（編輯胡玲）