钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力研究.pdf

5 8 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 8 期( 总第 1 5 8 期) 钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力研究 赵娜 ， 史庆轩 ( 西安建筑科技大学土木工程学 院。 西安7 1 0 0 5 5) 【 摘要】 至今为止 ， 钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力的计算仍缺乏完善的理论。本文对 比分析了中美 欧规范中斜截面受剪承载力设计公式的特点。通过 比较得出， 中国规范受剪承载力的计算仍存在一些不足， 需要 进一步的完善。 【 关键词】 钢筋混凝土； 斜截面； 受剪承载力 【 中图分类号】 T U 3 1 2 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 5 8 0 3 I NV E S T I G AT E S HE A R C A P A CI T Y OF OB L I QU E S E CT I ON O F RC B E A MS Z H A O N a ， S H I Q i n g x u a n ( S c h o o l o f C i v i l E n g i ， X i h n U n i v o f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y ， X i a n 7 1 0 0 5 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： S o f a r ，c a l c u l a t i o n o f s h e a r c a p a c i t y o f o b l i q u e s e c t i o n o f RC b e a ms i s s t i l l l a c k o f p e r f e c t t h e o r y I n t h i s p a p e r the c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e d e s i g n f o r mu l a a b o u t o b l i q u e s e c t i o n s h e a r c a p a c i t y o f C h i n a U S a n d E U s t a n d a r d c o mp a r a t i v e l y a n a l y s e d I t i s i n d i c a t e d tha t t h e r e a r e s o me u n r e a s o n a b l e p r o b l e ms f o r s h e a r s e n g t h c a l c u l a t i o n i n C h i n e s e c o d e ，a n d the mo d i fi c a t i o n s h o u l d b e f u r t h e r a d o p t e d Ke y wo r d s ： r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m；o b l i q u e s e c t i o n；s h e a r c a p a c i t y 相对于混凝土构件正截面承载力而言， 受剪承载 力的计算理论还有很多不完善的地方。混凝土受弯 构件剪切破坏的机理 比较复杂， 至今仍然是一个正在 深入研究中的课题 ， 这也表现在各 国设计规范抗剪计 一2 o 0 - 2 0 0 炙 一， = ； ； O 0 唾螽 1 0 0 0 0 2 0 0 a 誊 ， 位移 ram 图7 荷载一 位移曲线 L 3U UU 0 0 1 0 0 0 o 0 0 O l o 0 O 0 2 0 o I 、 ： 二 u ： 位移 ram 图8 荷载一 位移 曲线 规范规定的 1 6 0 ， 但梁端的转动能力较差， 总转角只 有0 0 4 1 r a d ， 低于工程界认为的 0 0 5 r a d的总转角是 算公式的多样性。不同国家有关斜截面的抗剪计算， 考虑的因素各不相同， 也有不同的表达形式。 目前， 各国规范的斜截面受剪承载力计算大都采用半理论 半经验 的计算公式。本文中对我 国 G B 5 0 0 1 02 0 0 2 抗震性 能好 的标准。 3结语 刚架在循环荷载下最终破坏模式为梁柱连接节 点处及梁梁连接节点处的梁翼缘屈 曲及腹板凸曲破 坏。刚架的耗能能力较差， 建议按弹性设计， 不建议 利用其屈曲后强度。按标准图集设计的刚架满足强 节点弱构件的抗震性能要求。 参考文献 1 C E C S 1 0 2 ： 2 0 0 2 ， 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 s 2 G B 5 0 0 1 l 一 2 0 0 1 ， 建筑抗震设计规范 s 3 0 2 G 5 1 8 1 ， 门式刚架轻型房屋钢结构标准图集 M 4 王新敏 A N S Y S工程结构数值分析【 M 北京： 人民交通出版 社 ， 2 0 0 7 收稿 日期】 作者简介 2 0 1lO 31 6 庞 振( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 山赛菏泽人， 硕士研究生， 研究 方向 ： 结构工程 。 z 】 I ， 柩挺 z 柩挺 赵娜等 ： 钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力研究 5 9 混凝土结构设计规范 和美国规范 A C I 3 1 80 5 以及欧洲规范 E N 1 9 9 2一I 一1 ： 2 0 0 4 中钢筋混凝土构 件斜截面受剪承载力的计算进行了对 比和分析。 1 我国规范、 美国规范、 欧洲规范中无腹筋构件的受 剪承载 力 无腹筋构件的受剪承载力主要 由混凝土受压区 承受的剪力、 骨料的机械咬合作用和纵 向钢筋的销栓 作用提供， 三部分所 占比例分别为 2 0 一 4 0 ， 3 5 一 5 0 和 1 5 2 5 ， 与混凝土强度、 轴 向荷载、 剪跨 比、 纵向钢筋配筋率及梁高( 尺寸效应) 等多种因素有 关。在无腹筋构件受剪承载力计算方 面， 没有统一的 理论模式 ， 主要是根据试验结果进行回归分析 ， 得出 经验计算公式 ， 各国差别很大。 1 1 我 国规 范 ( 1 ) 均布荷载作用下的受剪承载力。 对于均布 荷载作用下的无腹筋钢筋混凝土受弯构件 ， 我 国规范 采用 的简化公式为 ： = 0 7 卢 b h 。 ( 1 ) 式 中， 为混凝土抗拉强度 ； 6 为构件截面宽度； 为构件截面有效高度 ； 为截面高度影响系数 ， 按下 式计算 ： 卢h_ 【 8 0 0 ，, - 4 ， 0 当 h 02 0 0 0 m m时， 取 2 0 0 0 mm。 ( 2 ) 集中荷载作用下的受剪承载力为 ： 6 k ( 2 ) 式中， A为计算截面的剪跨 比， 可取 A =a h 。 ， 此 处 ， 0为集中荷载至支座截面或节点边缘之间的距离。 当 A3时， 取 A=3 。 1 2 美 国规范 美 国规 范规定 的矩形 截 面无 腹 筋 构件 的受 剪 承 载力为 ： = ( o 1 5 8 +1 7 2 p w ) 6 w d 0 2 9 1 b w d ( 3 ) 式中， 厂 为混凝土圆柱体抗压强度， MP a ； p = A 。 ( b w d ) ； A 。 为纵向钢筋面积， m m ； 为截面乘系数 的剪力 ， N； d为从受压边缘纤维至纵向受拉钢筋重心 的距离 ， mm； M 为与所考虑截面的 同时存在的乘系 数的弯矩， N m m； b 为腹板宽度或圆形截面直径， m m； 式( 3 )中 ， V u d M 不大于 1 0 。 1 3 欧洲规范 欧洲规范 E N 1 9 9 2 - 1 1 ： 2 0 0 4规定 ， 无腹筋受弯构 件斜截面受剪承载力的设计值 按下式计算 ： d 。= C d ， ( 1 0 0 p k ) 力+k l O r 。 6 d ( 4 ) 最小值为： V R d =( +k l 。 ) b w d ( 5 ) 式中， 厂 c k 为混凝土抗压强度特征值， MP a 。 Ii： 1+ 2 0 、 d 4 p 0 0 2 ， A 为延伸超出所考虑截面 ( f +d ) 的受拉钢筋的截面面积( z M为受拉钢筋A 。 。 的 锚固长度) ； b 为受拉 区截面最小宽度， mm； d为截面 有效高度 ， m m； 6 r 。 =A ， E d ,4 。0 ) ， 可忽略强加变形对 E 的影响 ； A 为混凝土 的截面面积 ， m m 。 式( 4 ) 、 ( 5 )中 C 蹦 和 后 。 的值由执行欧洲规 范国家的国家附录规定。 欧洲规范对 C 蹦 。的建议值为 0 1 8 7 ( 。 为混凝土材料分项系数) ， 。 的建议值为 0 1 5 ， 口 按下式计算 ： 1I； =0 0 3 5 k 以 k 2 我国规范、 美国规范、 欧洲规范无腹筋构件的受剪 承载力比较 ( 1 ) 由收集到的资料和试验数据知三个规范利 用公式算出的受剪承载力均为试验结果的偏下限值。 ( 2 ) 剪跨比 A是影响斜截面承载力 的主要因 素， 它决定无腹筋构件的斜截面破坏形式。 随着 A的增 加， 承载力将迅速下降， 但A 3以后影响减小。 我国规 范仅在集中荷载作用的情况下引入了剪跨 比的影响， 美国规范一直考虑剪跨 比的影响， 而欧洲规范没有 考虑。 ( 3 ) 由于纵筋的销栓作用， 斜截面承载力与纵 筋的配筋率有一定的关系， 但影响不是很大， 我 国规 范没有考虑这一影响， 而美国规范和欧洲规范均有所 体现 。 ( 4 ) 随着截面高度的增加， 构件的受剪承载力 会降低。 我国规范和欧洲规范均考虑了尺寸效应 的影 响， 而美国规范没有考虑。 3 我 国规范、 美 国规范 、 欧洲规范 中有 腹筋构件 的受 剪承载力 有腹筋构件的受剪承载力与无腹筋构件不 同， 主 要是 出现斜裂缝后， 箍筋或弯起钢筋承担部分剪力， 从而提高了构件的受剪承载力。 3 1 我 国规范 ( 1 ) 对于承受均布荷载为主的受弯构件， 混凝 土和箍筋的受剪承载力按下式计算 ： 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 8期( 总第 1 5 8期) = 0 7 f ,b h 。 +1 2 5 L 。 ( 6 ) 式中， A 为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截 面面积 ： A 。 =n A ， 此处 ， n为在同一截面内箍筋的肢 数 ， A 为单肢箍筋的截面面积； s 为沿构件长度方 向 的箍筋间距 为箍筋抗拉强度设计值， 按 值采用。 ( 2 ) 对于承受集 中荷载为主的受弯构件 ， 混凝 土和箍筋的受剪承载力按下式计算 ： 。 = f , b h 。 + 厶 A 。 ( 7 ) 式 中， A为计算截面的剪跨比， 可取A：a h 。 ， a 为 集 中荷载作用点至支座或节点边缘的距离 ； 当A3时， 取 A=3 ； 集中荷载作用点 至支座之 间的箍筋 均匀 配置。 3 2 美 国规 范 美国规范的计算公式为： 咖 =咖( + ) ( 8 ) 式中， 为乘系数的荷载在梁上验算截面产生的 总剪力； 为名义受剪承载力， 等于混凝 土和腹筋的 贡献之和； V o 为混凝土的受剪承载力， 按式( 3 ) 计算 ； ( b 为受剪承载力折减 系数， 取为 0 7 5 ； 为由抗剪钢筋 提供的受剪承载力， 按下式计算： V =A d ( s i n s+C O $ O ) s 美国采用的受剪承载力桁架模型。 式中， A 为间距 s 内抗剪钢筋的面积； s 为平行于 纵向钢筋方向的抗剪钢筋间距 为规定的非预应力 钢筋屈服强度。 3 3 欧洲规范 欧洲规范 E N 1 9 9 2 1 - 1 ： 2 0 0 4给出的构件受剪承载 力计算公式， 取下面两式的较小值。 箍筋屈服时 的剪力 为 ： 。 = Z lswJ y w d Z ( c o t 0+c o t o t ) s i n s ( 9 ) 混凝土压杆压碎 时的剪力 为 ： z ( 1 0 ) E N 1 9 9 2 1 1 ： 2 0 0 4中桁架模型的受力状态。 式中， A 为箍筋截面面积 为箍筋屈服强度设 计值； b 拉杆和压杆的最小宽度 ； z 为对于高度不变的 构件为所考虑单元最大弯矩的内力臂 ， 近似取 0 9 d ； 为系数， 由执行欧洲规范国家的国家附录规定。 对 于钢筋混凝土结构 ， 欧洲规范的建议值为 1 0 ； 。 按式 。=0 6 ( 1一 k 2 5 0 )取值。 4我国规范 、 美国 规范 、 欧洲规 范有腹 筋构件 的受 剪 承载力比较 ( 1 ) 我国规范中有腹筋的受弯构件斜截面承载 力计算基于半理论半经验给出的； 我国规范中提供了 两种计算方法， 一种是按压杆 一拉杆模型进行计算 ， 另一种是采用简化的计算方法， 即上文中给出的， 简 化方法是 以修正 的桁架模 型为基础的， 在桁架模型 中， 斜裂缝之间的混凝土小柱为压杆 ， 与斜裂缝相交 的钢筋为拉杆； 欧洲规范的计算方法也是 以桁架模型 为基础 的。 ( 2 ) 我国规范中的斜截面受剪承载力只考虑了 混凝土的抗拉强度和箍筋的抗拉强度； 美 国规范考虑 了纵筋 的影 响、 混凝 土 的抗 压强 度和 箍筋 的影 响 ， 考 虑的比较全面； 欧洲规范则只考虑了箍筋的屈服强度 和混凝土的抗压强度中的其中一种。 ( 3 ) 我国规范采用的是混凝土的抗拉强度， 而 美国规 范和欧洲规范均采用 混凝土的抗压强度。 ( 4 ) 我国规范受剪承载力计算公式中有集 中荷 载和均布荷载之分， 这使得实际设计 中需要区别对 待， 并且在均布荷载下， 未考虑剪跨比和纵筋配筋的 影响， 而美国规范对于采用 由计算截面弯矩和剪力的 比值来统一剪跨比的计算 ， 将各种荷载情况的受剪承 载力计算用一个公式表达 ， 避免了实际设计 中的混淆。 5结语 基于国内外钢筋混凝土梁受剪切的4 1 8个试验数 据 ， 比较国内外各规范斜截面承载力设计公式， 分 析得出， 欧洲规范、 美国规范 的设计公式是偏于安全 和稳健的， 而我国规范安全度水准与国际相比， 仅仅 能满足最低的使用要求。 影响混凝土构件抗剪强度的因素众多， 其破坏形 态复杂， 目前对混凝土构件受剪机理的认识 尚不完 善 ， 至今尚未建立一套较完整的理论体系。这还有待 于进一步的研究。 参考文献 1 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 S 2 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 3 李艳艳 ， 牟玲玲 钢筋混凝土梁斜截厩受剪承载力各国规范 公式对比 J 四川建筑科学研究， 2 0 1 0 ， ( 4 ) 收稿日期】 2 0 1 1 0 4 1 1 作者简介 赵娜( 1 9 8 4一) ， 女， 河北保定人， 硕士研究生 主要从事高层建筑研究。