中美欧规范混凝土截面抗剪承载力计算方法对比.pdf

162023年4月试验与研究江西建材中美欧规范混凝土截面抗剪承载力计算方法对比梁程亮中交公路规划设计院有限公司，北京100010摘要：文中选取了各国常用规范进行对比，针对混凝土截面抗剪承载能力的计算方法，对各规范制定中考虑的因素进行了全面阐释；选取典型算例，对比各规范体系下的承载力，确定三个规范体系下的富裕度，为设计工作提供参考。关键词：美国规范；欧洲规范；截面抗剪承载力；对比中图分类号：TU528文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 0 16-0 3Comparison of Calculation Methods of Shear Capacity of ConcreteSection between Chinese,American and European CodesLiang ChengliangCCCC Highway Consultants Co.Ltd.,Beijing 100010Abstract:The article selects commonly used specifications from various countries for comparison,and comprehensively explains thecalculation methods for the shear bearing capacity of concrete sections,as well as the factors considered in the formulation of eachspecification;Select typical calculation examples and compare the bearing capacity under each specification system to determine theabundance under the three specification systems,providing reference for design work.Key words:AASHTO;Eurocode;Shear resistance;Comparison0引言混凝土截面的抗剪承载能力受混凝土强度、剪跨比、纵筋受拉钢筋配筋率、箍筋配筋率及强度等多方面因素影响。目前，国内外尚未形成一套公认的理论计算模式，各国规范普遍采用半经验、半理论的公式，计算差异大。随着国际工程越来越多，不可避免需采用国外标准进行设计，因而有必要对比分析各国规范的差异，为实际工程的设计工作提供参考，确保结构安全。1中美欧规范关于抗剪计算关键截面的规定在计算斜截面受剪承载能力计算时首要是确定计算截面的位置，中美欧规范中的具体规定如下。中国规范在验算截面选择时，主要针对特殊截面进行。如对于简支梁，需要验算距支座中心h/2处截面；受拉区弯起钢筋弯起点处截面；锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处截面；箍筋数量或间距变化处截面；构件腹板宽度变化处截面。对于连续梁，验算截面还包括支点横隔梁边缘处截面和变高度梁高度突变处截面。美国规范通常对跨径的十分之一点和支承附近截面进行抗剪承载力验算。欧洲规范中，无腹筋构件抗剪承载力验算截面的位置与受拉钢筋的锚固长度有关。对于主要承受均布荷载的构件，欧标要求只需验算与支座距离为d（截面有效高度）截面的抗剪承载力。中国规范在抗剪截面选取是主要针对截面尺寸、钢筋布置等产生变化的关键截面。而美国规范和欧洲规范一般选取支座作者简介：梁程亮（1990-），男，山西襄垣人，硕士，咨询师，主要研究方向为国内外桥梁工程设计。附近的截面进行检算，相较而言，中国规范更为全面。2中美欧规范抗计算方法对比2.1中国规范中国规范的抗剪承载力计算方法是综合考虑截面位置、预应力提高系数、尺寸系数、混凝土强度、纵向钢筋配筋率与箍筋配筋率等确定的经验公式。对于混凝土和箍筋的抗剪贡献，采用两项积的形式。YoVa=Ves+Vsb(1)Ves=0.4510-312gbho/(2+0.6P)/feu,k(psufsv)(2)式中：为结构重要性系数，Va为剪力设计值（kN），Ve s 为混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值（kN），Vs b 为与斜截面相交的普通弯起钢筋的抗剪承载力设计值（kN），i为异号弯矩影响系数，2为预应力提高系数，3为受压翼缘的影响系数，b为截面宽度（m），h。为截面的有效高度（m），f c u k 为混凝土受压强度标准值（MPa）,P为斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率（%），Ps为截面箍筋配筋率（%），fs为箍筋的抗拉强度设计值(MPa)。2.2美国规范美国规范中混凝土和箍筋对于抗剪承载力的贡献拆分为两部分，并分别进行计算，而且美国规范中不考虑主筋对截面抗剪承载力的贡献Vn=min(Ve+Vs,0.25fcb,d,（3）Ve=0.083Jfebudy（4)V,=side(cote+ota)sina(5)S172023年4月江西建材试验与研究式中：V,为截面的抗剪承载力（kN），V.为混凝土提供的抗剪承载力（kN），V,为箍筋和弯起钢筋提供的抗剪承载力（kN），为混凝土的抗压强度（m），b,为截面的有效宽度（m），d,为截面的有效抗剪高度（m），s 为箍筋间距（m），为纵向应力对混凝土抗剪能力的影响系数，取2.0，0 为斜压应力的倾斜角（），为横向钢筋对纵轴的斜角（），A,为距离s内抗剪钢筋的面积（m）。2.3欧洲规范在欧洲规范截面抗剪承载力计算中，不设置抗剪钢筋的承载能力，在满足此要求的情况下，只需按要求设置抗剪钢筋。对于需要设置抗剪钢筋的情况根据规范确定相关的钢筋，欧洲规范中除考虑混凝土强度、主筋和箍筋配筋率以外，还考虑了截面压应力作下对抗剪承载力的提高。VRd,c=CRd,ck(100pifek)1/3+k10epbwd(7)VRd,sAmzfywacote(8)S式中：VRd.c为混凝土提供的抗剪承载力（kN），VR d.s 为钢筋提供的抗剪承载力（kN），f c 为混凝土强度（MPa），Pi 为纵向钢筋的配筋率（%），c为截面的轴向应力（MPa），b w 为截面的宽度（m），d 为截面的高度（m），A s w 为距离s内抗剪钢筋的面积（m），s 为箍筋间距（m），f r w a 为箍筋的强度（MPa），0 为横向钢筋对纵轴的斜角（）2.4规范考虑因素对比各规范截面抗剪承载能力计算时，均考虑了混凝土强度、截面尺寸、箍筋强度和配筋率4项因素，但对于纵向钢筋配筋率、截面内力水平等考虑则不尽相同。中国规范和欧洲规范均考虑了纵向钢筋配筋率对于截面抗剪承载能力的提高，而美国规范则未考虑此项因素 。欧洲规范考虑了截面压应力对抗剪承载能力的提高，美国规范规定截面承受拉力的情况，不考虑混凝土部分提供的抗剪承载力，而中国规范并未考虑内力状态对截面抗剪承载能力的影响 2 3香截面“抗剪上限值”当剪跨比比较小时，首先是荷载作用点和支座之间出现一条斜裂缝，随着荷载增大，梁腹发生类似混凝土棱柱体被压坏的情况，破坏时斜裂缝多而密，但没有主裂缝。为防止钢筋混凝土梁的斜裂缝开展过宽或出现斜压破坏，规定了截面的“抗剪上限值”，也是对截面最小尺寸的限制 3。这种情况下无法通过增加箍筋数量来提高截面的抗剪承载力，只能通过增大截面尺寸或者提高混凝土强度等级。中美欧规范对于该值，均给出了相应规定，如表1所示。表1中美欧规范截面“抗剪上限值”规定规范截面“抗剪上限值”中国规范oVa=0.5110-3/feu.kbh美国规范Vn=0.25fc b,d,欧洲规范VRd.c=(umin+k10ep)bwd4截面“抗剪下限值”当剪跨比比较大时，钢筋混凝土梁出现斜裂缝后，裂缝处由混凝土承担的拉力将全部传递给箍筋承担，使得箍筋的拉应力突然增大。如果截面内配制的箍筋数量过少，斜裂缝一旦出现，箍筋很快达到屈服强度，无法有效地抑制截面斜裂缝的开展，容易导致箍筋被拉断从而发生“斜拉破坏”【-6 为避免出现斜拉破坏，规范中给出了截面的“抗剪下限值”规定，主要是用于确定有腹筋梁与无腹筋梁的界限，当满足该要求时，需要按照构造要求配置箍筋。中美欧规范对于该值，均有相应的规定，如表2 所示。表2中美欧规范截面“抗剪下限值”规定规范截面“抗剪上限值”中国规范YoVa0.5010-32ftabh美国规范Vu 0.5g(v+V)欧洲规范VRd,c=CRd,ck(100pifek)1/3+k10cpbwd5最小配争筋布置要求为了防止偶然荷载增大导致过大的拉应力使梁体发生突然破坏，中美规范对截面的最小配箍率和最大箍筋间距给出了相应规定。5.1中国规范箍筋的直径不小于8 mm且不小于1/4的主筋直径，其配筋率对于HPB300钢筋不小于0.14%，HRB400钢筋不应小于0.11%。箍筋间距不应大于梁高的1/2 且不大于40 0 mm；当所箍钢筋为纵向受压钢筋时，不应大于所箍钢筋直径的15倍，且不大于40 0 mm。在钢筋绑扎搭接街头范围内的箍筋间距，当绑扎搭接钢筋受拉时不应大于主筋直径的5倍，且不大于10 0 mm。当搭接钢筋受压时不应大于主钢筋直径的10 倍，且不大于200mm。在支座中心向跨径方向长度1倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于10 0 mm。5.2美国规范美国规范规定箍筋的最小配筋率不低于0.0 8 3J。/f。美国规范中规定的箍筋的最大间距和截面的剪应力水平相关。当截面剪应力vu 美国规范 欧洲规范，意味着采用中国规范计算得到的截面承载能力最大。6.2箍筋配筋率假定截面的混凝土强度为C40，主筋配筋率为1.0%，变化截面的箍筋配筋率，计算结果如表4和图2 所示。表4箍筋配筋率对截面抗剪承载力影响抗剪承载力/kN编号箍筋配筋率中国规范美国规范欧洲规范10.0022427.3418.5333.420.0035534.1520.3435.130.0050640.9644.7559.540.0068747.7791.7706.550.0089854.5961.3876.260.0113961.41153.61068.470.01401068.21368.41283.31500.01300.01100.0900.0700.0一中国规范美国规范500.0欧洲规范300.00.00000.00500.01000.0150箍筋配筋率/%图2箍筋配筋率对截面抗剪承载力影响随着箍筋配筋率增加，均有美国规范 欧洲规范，但按照中国规范和欧洲规范计算的抗剪承载力，当箍筋配筋率较小时，中国规范 欧洲规范；随着箍筋配筋率增加，欧洲规范中国规范。6.3主筋配筋率假定截面的混凝土强度为C40，箍筋配筋率为0.35%，变化截面的主筋配筋率，计算结果如表5和图3所示。表5主筋配筋率对截面抗剪承载力影响抗剪承载力/kN编号主筋配筋率中国规范美国规范欧洲规范10.005502.3520.3403.720.01534.1520.3435.130.015564.1520.3457.240.02592.5520.3474.850.025619.7520.3489.660.03645.7520.3502.670.035670.7520.3514.1700.0650.0600.0550.0500.0450.0一中国规范400.0一美国规范350.0一一欧洲规范300.000.010.020.030.04主筋配筋率/%图3主筋配筋率对截面抗剪承载力影响由于美国规范计算的截面承载力和主筋配筋率无关，图中为强度为一条直线。计算结果表明，随着主筋配筋率增加，截面承载能力逐渐增强，一般情况下，中国规范 美国规范 欧洲规范，因此，采用中国规范计算得到的截面承载能力最大。7结论（1）中美欧规范截面抗剪承载能力计算时均考虑了混凝土强度、截面尺寸、箍筋强度和配筋率4项因素，但对于纵向钢筋配筋率、截面内力水平等考虑则不尽相同。（2）随着混凝土强度增加，截面承载能力逐渐增强，同等情况下，中国规范 美国规范 欧洲规范，因此，采用中国规范计算得到的截面承载能力最大。（3）随着箍筋配筋率增加，均有美国规范 欧洲规范，但按照中国规范和欧洲规范计算的抗剪承载力，当箍筋配筋率较小时，中国规范 欧洲规范；随着箍筋配筋率增加，欧洲规范中国规范。（4）随着主筋配筋率增加，截面承载能力逐渐增强，一般情况下，中国规范 美国规范 欧洲规范，因此，采用中国规范计算得到的截面承载能力最大。（5）不同规范对于截面承载力的计算不尽相同，在基于国外规范开展设计的过程中，要严格按照规范中所规定的各个参数确定，且不能简单地按照国内规范经验下定论。参考文献1叶列平，王宇航.中美规范钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的计算对比J.建筑科学与工程学报，2 0 0 8，2 5（1）：8.2李祥华.国内外规范对于钢筋混凝土梁抗剪承载力公式的比较J】.建材世界，2 0 16，37（1）：4.3叶见曙.结构设计原理（第二版）【M.北京：人民交通出版社，2008.4贡金鑫，魏巍巍，胡家顺.中美欧混凝土结构设计M.北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 7.5梁程亮.中美混凝土桥梁设计规范对比与分析研究【D.南京：东南大学，2 0 15.6王涛.中欧钢筋及预应力混凝土梁桥设计规范对比研究【D.南京：东南大学，2 0 15.