国内外钢筋混凝土平板抗冲切承载力计算公式对比分析.pdf

43第3 8 卷2023年第8 期CONSTRUCTiONSAFETY结构安全建筑驾全国内外钢筋混凝土平板抗冲切承载力计算公式对比分析李兆鹏鸡1，2（1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100；2.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川750021)摘要：针对国内外抗冲切承载力计算公式形式不一，且对影响冲切承载力的因素考虑各不相同，各国抗冲切承载力计算公式计算结果相差较大的情况，选取混凝土强度、配筋率、有效高度、加载面积等主要影响抗冲切承载力计算结果的因素，对比各国公式的计算结果，发现中国规范和美国规范公式在混凝土强度等级较低的时候计算结果相较于欧洲规范公式计算结果较小；对于纵向配筋率，中国规范与美国规范并未考虑，存在一定的安全隐患；在有效高度方面，三种规范公式计算值相差较小；对于加载面积的对比，当加载面积较小时，各规范公式计算结果相差较小，随着加载面积逐渐增大，欧洲规范公式计算值相较于美国和中国规范最大，美国规范次之，中国规范最小。对比分析可知，中国规范抗冲切承载力计算公式相对保守，且并没有考虑纵向配筋率的影响，这在某些不利情况下可能会出现计算结果失真。关键词：钢筋混凝土平板；抗冲切承载力；影响因素；规范公式中图分类号：TU312*.1文献标志码：A0引言钢筋混凝土平板冲切破坏的结构机理复杂，影响因素多，目前还没有一套完整的理论分析可以解释钢筋混凝土平板冲切破坏破坏机理，因此国内外抗冲切承载力计算公式都是半理论半经验计算公式。目前抗冲切承载力规范公式主要考虑了混凝土强度、纵向配筋率、有效高度、临界截面周长、尺寸效应等因素2 ，各规范抗冲切承载力计算公式形式不一,且对于各个影响因素考虑的比重不一致，导致计算结果相差较大3-4,因此本文针对这一区别对欧洲、美国、中国抗冲切承载力计算公式进行比较分析。1三种抗冲切承载力计算公式对比目前国内外混凝土结构设计规范中对混凝土测试试件尺寸要求各不相同，因此在抗冲切承载力计算公式中所使用的混凝土强度标准有所差异，我国与欧洲规范在构件承载力计算中使用材料强度均为设计强度值，而美国规范使用标准强度值，并按照构件不同受力形式对计算结果作相应折减，以保证计算结果安全可靠。中国规范5 混凝土强度取边长1 50 mm立方体试件抗压强度，美国规范6 与欧洲规范7 均取150mm高3 0 0 mm圆柱体试件抗压强度。本文以我国规范规定的混凝土强度等级为基准，换算出对应的美国、欧洲混凝土强度值,其换算公式为式(1)【8 O卫=0.56 +0.697(1)P6h6hdd式中：p为抗压强度;P6为1 50 mm立方体试件抗压强度；u为试件体积；h为试件高度；d为试件最大横向尺寸。1.1中国规范中国GB500102010混凝土结构设计规范中规定在集中荷载或局部受力情况下，钢筋混凝土板在不配置抗冲切筋时的承载力计算公式为式(2)、式(3)。F,0.7f.numho(2)1.2n1=0.4+。n=min(3).h。72=0.5+4um作者简介：李兆鹏，1 9 9 3 年生，硕士研究生，助教，主要从事钢筋混凝土结构研究工作。E-mail：8 9 8 9 548 9 2 q q.c o m44第3 8 卷CONSTRLICTiONSAFETY2023年第8 期结构安全建筑安全式中：F，为承载力或集中反力设计值；h为截面高度影响系数，当截面高度不大于8 0 0 mm时，取h为1.0；当截面高度不小于2 0 0 0 mm时，取h为0.9,其间按线性内插法取用;f，为混凝土的抗拉强度标准值;u为临界截面的周长,取距离局部荷载或集中反力作用面积周边h。/2 处板垂直截面的最不利周长；。为加载位置影响系数，中柱取40,边柱取3 0,角柱取2 0;。为加载板形状影响系数;ho为截面后效高度；，为局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数；2 为计算截面周长与板截面有效高度之比的影响系数。1.2美国规范美国规范ASCE（A CI 3 1 8 1 4）规定对于不配置抗冲切筋的钢筋混凝土板在集中荷载或局部荷载作用下的承载力计算公式为式（4）、式（5）。V.0.85V(4)0.083(2+)入/F.boho;V=min.d0.083+2入/F.boho;(5)boLo.333入fb。h。式中：V为临界截面处的抗剪设计值,MPa;V。为名义剪应力,MPa;。为加载柱位置影响因素,中柱取40,边柱取3 0,角柱取2 0；。为加载面积影响系数,为集中荷载或加载柱为矩形时的长边与短边的比值；f。为美国规范规定的混凝土圆柱体抗压强度设计值；入为混凝土密度影响系数，一般正常混凝土取1;b。为抗剪临界截面周长,取距加载面周边ho/2处为临界截面周长；h。为截面有效高度。1.3欧洲规范欧洲规范（EN1992一1）规定在不配置抗冲切筋的钢筋混凝土板在集中荷载或局部荷载作用下的抗冲切承载力计算公式为式（6）、式（7）。V.=CRd.c200(100pf)Vmin(6)h0.5200V=0.0351.+(7)min式中：V，为临界截面的抗剪切应力，MPa；板的平均有效高度为h。=（h+h,)/2,h、h，分别为水平方向和竖直方向的有效高度；f为混凝土圆柱体抗压强度的标准值;p为板的配筋率,取p=Vp,p,0.02,PxP分别为平行于板面的两个方向的配筋率；当临界截面周长的取值，当中置局部荷载面积为矩形,其临界截面周长为u。=2（b+2 h。）+2（d+2h。），b 为加载面水平方向长度；d为加载面竖直方向长度；其承载力为：F,=uoV。各规范公式考虑的影响因素见表1。表1各规范公式考虑的影响因素影响因素中国规范美国规范欧洲规范混凝土强度抗拉强度圆柱体抗压强度圆柱体抗压强度板有效高度hohoho=(hx+h,)/2纵筋配筋率p=Vpp,0.02纵筋屈服强度临界截面周长WmWmum尺寸效应1+(200/h。)0.5临界截面距离ho/2ho/22ho注：“一 表示该计算方法没有考虑此因素影响。2三种规范计算对比2.1混凝土强度图1 为其他因素相同，三种抗冲切承载力公式在不同混凝土强度下其承载力变化。由图1 可知，随着混凝土强度增加，三种规范公式计算值也随之增大，总体呈正相关。在混凝土强度为C15C50时，中国规范GB500102010与美国规范ACI318一1 4的计算值较为接近，而欧洲规范EN19921计算值最大，当混凝土强度在C50C80范围内时三种规范公式计算值相差逐渐缩小。290-*-GB500102010EN19921ACI31814240NY/4律19014090发1030507090混凝土立方体抗压强度/MPa图1三种规范在不同混凝土强度下的承载力变化2.2纵向配筋率图2 为三种规范在不同配筋率下的承载力变化。由图2 可知，由于中国规范GB500102010公式与美国规范ACI31814公式没有考虑纵向45下转第55页李兆鹏：国内外钢筋混算公式对比分析340-*-GB500102010-EN19921290ACI31814240190140900.001.002.003.00配筋率/%图2三种规范在不同配筋率下的承载力变化配筋率的影响，因此图线为水平直线；欧洲规范规定了临界截面处的最小抗剪应力值，当配筋率较小时其临界截面处抗剪应力并未达到规范规定临界抗剪应力，因此在配筋率较小时欧洲规范计算值为水平直线。总体来看，欧洲规范公式计算值随配筋率的增大逐渐增加,其变化规律为承载力与配筋率的三次根呈正比2.3有效高度图3 为不同有效高度对三种冲切规范承载力公式的影响。1000-*-GB500102010EN19921800-ACI318146004002000150100 150 200 250300350有效高度/mm图3不同有效高度对三种冲切规范承载力的影响由图3 可知，抗冲切承载力随着有效高度的增加逐步增大，增长趋势为二次曲线，其主要原因为临界截面为有效高度的一次函数,因此在承载力公式中,承载力与有效高度的函数关系为二次函数。对比发现，欧洲规范公式计算值最大，美国规范次之，中国规范最小。需要说明的是，本文采用冲切承载力而非冲切强度（承载力/临界截面面积）对比各规范公式计算差异，这主要是因为各规范公式所取临界截面周长和截面位置不同，冲切强度没有对比性。2.4加载板边长（面积）图4为加载板边长（面积）对三种规范公式计算值的影响500r-*-GB500102010EN19921400-*-*ACI31814300200100050150250350450加载板边长/mm图4加载板边长对三种规范的承载力影响由图4可知，加载面积较小（加载板边长小于150mm）时三种规范公式计算值相差不大，但中国规范和欧洲规范计算值略大于美国规范。随着加载面积增加，各规范公式计算值也随之增加，加载面积与承载力呈线性关系；随着加载面积的增加，各规范公式计算值也出现较大不同。可以看出随着加载板面积增加，中国规范公式计算值最大，美国规范次之，欧洲规范最小。3结论通过对比分析影响钢筋混凝土平板承载力的几个主要因素,发现欧洲规范EN19921在混凝土强度较低时（C15C50）相较于美国规范ACI31814和中国规范GB500102010计算结果较大，在混凝土强度较高时（C50C80）三种规范公式计算值差异较小；对于纵向配筋率，中国规范与美国规范并未考虑,因此纵向配筋率对两种规范公式的计算值并没有影响，这也是中国规范与美国规范公式欠缺的地方；在有效高度方面，欧洲规范公式计算值最大，美国规范公式计算值次之，中国规范计算值最小；在加载面积方面，当加载面积较小时，三种规范公式计算值相差不大，随着加载面积增大，中国规范公式计算值最大，美国规范公式计算值次之，欧洲规范计算值最小。综合以上分析可知，中国规范抗冲切承载力计算公式相对保守,且并没有考虑纵向配筋率对冲切承载力的影响，这在某些情况下可能会出现计算结果失真的危险。参考文献1郭晓林，刘广义，曹声远.钢筋混凝土板冲切破坏机理的试验研究及冲切承载力计算J.哈尔滨建筑工程学院学报，1 9 9 3（6）：7 4-8 0.5503-04)（本文收稿：2 0 2 3上接第45页）（本文收稿：2 0 2 3-0 3-0 6）刘长伟，等路基中的应用5结束语本项目立足于毕节至二龙关高速公路YK24+710一YK24+780段高填方路基支挡工程，引入超高新型柔性支挡技术一一加筋格宾挡墙，为山区公路建设过程中遇到的复杂地形条件下的路基处理提供了一种新型的支挡思路,其在融合普通加筋土挡墙和干砌挡墙优点的同时，弥补了传统工挡墙的不足，是一种值得推广和进一步研究其力学行为的支挡结构。参考文献1王瑞甫，杨胜波，陆瑜.加筋格宾挡土墙受力与变形的数值模拟研究J.交通科技，2 0 1 7(1：9-1 2.2王儒飞.普通国省道改建工程中加筋格宾挡墙设计J.北方交通,2 0 2 3(2)：6 4-6 8.2魏巍巍，贡金鑫，田磊.钢筋混凝土板受冲切承载力对比分析J.建筑科学与工程学报,2 0 1 0,2 7(4)：44-56.3毛明杰，李兆鹏，杨秋宁，等.混凝土强度对钢筋混凝土桥面板抗冲切性能的影响J.建筑结构,2 0 2 1,51(20):115-123+6.4李兆鹏，毛明杰，杨秋宁.配筋率对钢筋混凝土桥面板冲切承载力的影响J.工业建筑，2 0 2 0,50（5）：44-51+176.5中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范：GB500102010S.北京：中国建筑工业出版社,2 0 1 0.3杨浩.格宾挡墙发展综述J.探矿工程（岩土钻掘工程),2 0 1 6,43(1 0):9 6 -9 9.4朱春华.公路高填方边坡格宾体系加固技术应用研究D.北京：中国地质大学（北京）,2 0 1 3.5中国公路协会.公路柔性挡土墙设计与施工技术应用研究：T/CHTS100432021S.北京：人民交通出版社,2 0 2 1.6杨文江.加筋格宾挡墙在山区公路填方路基中的应用J.山西交通科技,2 0 1 8(6：1 0-1 3.7林宇亮，杨果林，李昀，等.绿色加筋格宾挡墙工程特性试验研究J.岩土力学，2 0 1 0,3 1（1 0）：3 1 1 3-3 1 1 9.8程林林.格宾加筋挡土墙的稳定性分析与综合性评价D.重庆：重庆交通大学，2 0 1 2.9黄保荣，徐仁山.浅谈加筋格宾挡墙在高填土边坡中的应用J.低碳世界,2 0 1 7（3 4）：2 1 1-2 1 3.10曹桂霞.加筋格宾挡墙加固高填方路基施工关键技术分析J.交通世界，2 0 1 9（3 5）：3 0-3 1.6ACI 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