安濤

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安 710065）

1 引言

眾所周知，剪切破壞是典型的脆性破壞，在破壞發(fā)生時(shí)沒(méi)有明顯的征兆，極易造成重大安全事故[1]。1955年，美國(guó)W ilkins空軍倉(cāng)庫(kù)發(fā)生屋頂垮塌事故，調(diào)查結(jié)果表明，屋頂?shù)臒o(wú)腹筋梁所發(fā)生的剪切破壞是事故發(fā)生的最直接原因[2]。由于鋼筋混凝土構(gòu)件的剪切破壞受到眾多因素的影響，受力機(jī)理復(fù)雜，使得剪切破壞問(wèn)題成為混凝土結(jié)構(gòu)中最具特色的問(wèn)題[3]。

縱向受拉鋼筋在無(wú)腹筋梁抗剪中能為構(gòu)件提供一定的“銷栓作用”，同時(shí)，能夠有效抑制斜裂縫的發(fā)展并改善裂縫表面的剪力傳遞性能。Kani[4]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)縱筋配筋率由0.8%提高到2.8%時(shí)，梁試件的受剪承載力提高了約1倍；Krefeld等[5]提出，無(wú)腹筋鋼筋混凝土梁的剪切抗力，主要由未開裂區(qū)混凝土和縱筋的銷栓作用提供，沿縱筋發(fā)生的撕裂破壞是最終破壞的直接原因。

本文通過(guò)收集無(wú)腹筋混凝土梁的剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析縱筋配筋率對(duì)受剪承載能力的影響，基于收集到的719根無(wú)腹筋混凝土簡(jiǎn)支梁剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)，評(píng)估了我國(guó)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]（2015年版）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）在體現(xiàn)縱筋配筋率對(duì)受剪承載力的影響的效果。

2 集中荷載下縱筋配筋率對(duì)無(wú)腹筋簡(jiǎn)支梁受剪性能的影響

2.1 縱筋配筋率對(duì)無(wú)腹筋簡(jiǎn)支梁受剪承載力的影響

剪跨比較小時(shí)，無(wú)腹筋梁通常發(fā)生由混凝土抗壓強(qiáng)度控制的斜壓破壞，受剪承載力較大，中等剪跨比的梁則發(fā)生剪壓破壞[7]。本文主要討論剪跨比λ較大（λ≥2.5）的無(wú)腹筋細(xì)長(zhǎng)梁的剪切破壞機(jī)理模型。收集了719根無(wú)腹筋鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁剪切破壞試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析縱筋配筋率對(duì)無(wú)腹筋鋼筋混凝土細(xì)長(zhǎng)梁受剪承載力的影響及影響程度。表1給出了719根試驗(yàn)梁各參數(shù)變化范圍的統(tǒng)計(jì)信息。

表1 719根試驗(yàn)梁參數(shù)變化范圍

按照單一變量原則，這里選取無(wú)量綱變量V/ftbh0作為評(píng)估受剪承載能力的指標(biāo)?；?19根試驗(yàn)梁數(shù)據(jù)，分析縱筋配筋率與抗剪強(qiáng)度之間的變化關(guān)系，結(jié)果如圖1所示。

圖1 受剪強(qiáng)度與縱筋配筋率變化關(guān)系

從圖1中可以看出，縱筋配筋率對(duì)抗剪強(qiáng)度有著顯著的影響，在縱筋配筋率較小時(shí)，抗剪強(qiáng)度較低，抗剪強(qiáng)度隨著縱筋配筋率的增加而升高。從受力機(jī)理的角度來(lái)看，縱向受拉鋼筋在無(wú)腹筋梁抗剪中能為結(jié)構(gòu)構(gòu)件提供一定的“銷栓作用”，有效抑制斜裂縫的發(fā)展并積極改善裂縫表面的剪力傳遞性能。為了考慮剪跨比λ對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，這里對(duì)文獻(xiàn)[4]中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出不同剪跨比下受剪強(qiáng)度與縱筋配筋率的變化關(guān)系（見圖2）[8]。

圖2 不同剪跨比下受剪強(qiáng)度與縱筋配筋率變化關(guān)系

在不同剪跨比條件下，縱筋配筋率對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響有較大差異。當(dāng)剪跨比為1.0和2.0時(shí)，縱筋配筋率由0.5%增加到2.75%，抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)了約3倍，而在剪跨比為2.5時(shí)，抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)了2倍，而當(dāng)剪跨比超過(guò)了2.5達(dá)到3.0時(shí)，增長(zhǎng)幅度明顯降低，增幅小于2。在相同的配筋率增幅下，小剪跨比條件下抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度比大剪跨比條件下更加顯著。

2.2 我國(guó)《規(guī)范》

我國(guó)《規(guī)范》給出了受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力計(jì)算公式：

式中，Vc為受剪承載力設(shè)計(jì)值；λ為剪跨比；βh為截面高度影響系數(shù)，0.8≤βh≤1.0；ft為混凝土抗拉強(qiáng)度；b為截面寬度；h0為截面有效高度。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與我國(guó)《規(guī)范》的對(duì)比

為便于評(píng)估我國(guó)《規(guī)范》在預(yù)測(cè)受剪承載力時(shí)的合理性及穩(wěn)定性，在719根中篩選了218根剪跨比約為3，同時(shí)滿足h0≤800 mm的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)比《規(guī)范》計(jì)算公式預(yù)測(cè)效果。

圖3中給出了218根無(wú)腹筋簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與規(guī)范承載力預(yù)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果。從圖3可以看出，縱筋配筋率與抗剪強(qiáng)度的在大剪跨比情況下，展現(xiàn)出顯著的非線性變化趨勢(shì)。當(dāng)縱筋配筋率ρ≤1.0%時(shí)，隨縱筋配筋率的增大，承載力增長(zhǎng)趨勢(shì)尤為突出，大部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果點(diǎn)落在規(guī)范計(jì)算值之下；當(dāng)縱筋配筋率1.0%＜ρ≤2.0%時(shí)，增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩，但仍有一些數(shù)據(jù)點(diǎn)落在規(guī)范計(jì)算值之下；當(dāng)縱筋配筋率ρ＞2.0%時(shí)，增長(zhǎng)趨勢(shì)趨于平緩，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果大于計(jì)算公式預(yù)測(cè)值。

圖3 集中荷載下無(wú)腹筋簡(jiǎn)支梁抗剪強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與我國(guó)《規(guī)范》預(yù)測(cè)值對(duì)比

3 結(jié)論

1）縱向受拉鋼筋在無(wú)腹筋梁抗剪中能為構(gòu)件提供一定的“銷栓作用”，同時(shí)，能夠有效抑制斜裂縫的發(fā)展并改善裂縫表面的剪力傳遞性能。在縱筋配筋率較低時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨縱筋配筋率的增加而顯著升高，當(dāng)縱筋配筋率增加到一定程度時(shí)，抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度逐漸平緩。

2）剪跨比對(duì)提高縱筋配筋率產(chǎn)生的增幅有顯著影響，不同剪跨比下縱筋配筋率對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響有較大差異；

3）我國(guó)《規(guī)范》在預(yù)測(cè)較小縱筋配筋率無(wú)腹筋混凝土構(gòu)件受剪承載力時(shí)偏于不安全，特別是在縱筋配筋率小于0.10%時(shí)尤為顯著，與此同時(shí)，配筋率逐漸增大時(shí)，試件的破壞形態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生改變。