影響鋼筋受力

1、影響斜截面承載力的主要因素和受剪承載力計算學號：2010282100128摘要：影響斜截面承載力的因素很多，因斜截面的抗剪機理十分 復雜，有些因素還很難給出確切的定量關(guān)系。本文將在前人研究 的基礎上對影響混凝土斜截面承載力的因素進行分析，并將各國 梁斜截面受剪承載力計算公式進行對比。一、前言對于許多鋼筋混凝土構(gòu)件有時會遇到斜截面受剪承載力起控 制作用的情況?；炷恋目沽姸鹊目估瓘姸鹊停艨鐓^(qū)段的彎 矩和剪力引起的主拉應力產(chǎn)生斜裂縫，這些斜裂縫隨著荷載的增 加不斷發(fā)展，導致剪跨區(qū)段內(nèi)的應力狀態(tài)十分復雜，至今仍沒有 研究得十分透徹（目前混凝土斜截面的抗剪強度仍是根據(jù)實驗資 料進行數(shù)理統(tǒng)計得出的半

2、經(jīng)驗半理論公式進行計算）。而且由于 影響混凝土斜截面承載力的因素很多，斜截面的抗剪機理十分復 雜，人們對影響鋼筋混凝土梁斜截面的抗剪強度的因素還有著各 種不同的意見。相對于正截面受彎、受壓承載力計算而言，斜截 面受剪承載力計算理論還有很多地方不夠完善，斜截面的破壞機 理還有待于進一步深化。二、影響斜截面抗剪承載力的主要因素剪跨比的影響剪跨比是影響斜截面承載力的一個主要因素，它甚至可以決 定剪切破壞的形態(tài)。當剪跨比較小時，拱作用比較明顯，此時梁 的抗剪承載力很大程度上取決于混凝土的抗壓強度（壓、剪復合 受力）因此可以獲得較高的抗剪能力。當剪跨比較大時，集中荷 載與支座之間不能形成拱作用，此時梁的

3、抗剪承載力更大程度上 取決于混凝土的抗拉強度，特別是無腹筋梁，當主拉力達到混凝 土的抗拉強度時將出現(xiàn)斜裂縫，由于不能形成拱的作用，所以梁 很快發(fā)生斜拉破壞，承載力較低。混凝土強度的影響剪跨區(qū)混凝土處于復合應力狀態(tài)，不論是取決于混凝土受拉 強度的斜拉破壞，還是主要取決于混凝土受壓強度的斜壓或者剪 壓破壞，都與混凝土的強度有關(guān)。清華大學所做的五組不同剪跨 比的試驗曲線，其斜截面尺寸及配筋均相同，僅混凝土強度不同。 可見抗剪強度是隨著混凝土強度的提高而提高的。大剪跨比情況 下，抗剪強度隨混凝土強度提高而增加的速率低于小剪跨比的情 況。因為小剪跨情況的抗剪強度主要與混凝土的抗壓強度有關(guān)。 迄今為止，不

4、同國家的設計規(guī)范在反映混凝土強度對抗剪能力的 影響時，有的采用抗壓強度，有的采用抗拉強度或相當于混凝土 抗拉強度的。究竟采用抗拉強度好還是抗壓強度好目前認識尚不 一致。但有一點應注意到，如果抗剪強度的公式采用混凝土抗壓 強度表達則隨著混凝土的強度的提高，特別是高強混凝土可能會 過高地估計抗剪強度，也即是說對高強混凝土應進行修正。原因 是當抗剪強度要取決于混凝土的抗拉強度時（比如大剪跨比條件 下）高強混凝土抗拉強度的提高并不像抗壓強度提高那么顯著。也就是混凝土的拉、壓強度之比隨著混凝土強度的提高而有逐漸 降低的趨勢。腹筋的影響有腹筋梁中，腹筋作為抗剪的重要組成部分。特別是梁中箍 筋的抗剪作用主要

5、表現(xiàn)在以下幾個方面。（1）箍筋有效地固定和支承縱筋，增強了縱筋的銷栓作用， 并可避免支座附近過早地出現(xiàn)撕裂裂縫。（2）與斜裂縫相交的箍筋，在斜截面破壞時，可以達到很高 的應力水平，甚至屈服。（3）箍筋限制了斜裂縫的擴展，使斜裂縫兩側(cè)的骨料咬合作 用得以維持和加強。（4）配箍量較大時，能夠?qū)炷撂峁﹤?cè)向約束，約束混凝 土的變形能力和抗剪能力均高于非約束混凝土。箍筋對抗剪強度的貢獻主要取決于配筋率和箍筋的強度。試 驗表明當配筋率相同時，梁的抗剪強度隨箍筋強度的提高而提高。 箍筋對抗剪的貢獻是有前提的，這個前提就是必須保證箍筋與斜 裂縫相交，否則就不能抗剪。因此箍筋的細部構(gòu)造是十分重要的， 比如最

6、小配筋率的限制，箍筋最大間距的限制，箍筋最小直徑的 限制等等?？v筋的影響縱筋對抗剪能力是有影響的，縱筋的配筋率高則縱筋的銷栓 作用強。配筋率小時，彎曲裂縫和斜裂縫均發(fā)展較快且寬度較大， 導致寬度較大，導致骨料的咬合作用降低。在相同縱筋配筋情況 下，縱筋的強度越高，對抗剪越有利，但不如配筋率影響顯著。 從不同配筋率無腹筋梁的試驗結(jié)果可見縱筋配筋率的影響隨著 的增大而減弱。這是因為小剪跨時，拱作用較明顯，此時縱筋做 為拱的拉桿，作用非常重要。而對于大剪跨的情況，容易產(chǎn)生斜 拉破壞，此時拱作用不明顯，支座附近的混凝土容易產(chǎn)生撕裂裂 縫，從而降低了箍筋的銷栓作用?？v筋在支座附近突然切斷會是 臨界斜裂縫

7、在縱筋切斷位置產(chǎn)生，降低梁的抗剪強度。所以在縱 筋切斷位置附近宜適當加密箍筋。截面的尺寸效應我國港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范編制組曾于70年代專門研 究過梁的截面尺寸對抗剪強度的影響，試驗梁的截面高度從 400mm至1600mm之間變化。試驗表明隨著梁截面高度增加抗 剪強度不是線性增加，也就是說對于梁的抗剪性能而言，截面的 尺寸效應是比較明顯的，不考慮這一點，有時會過高地估計了梁 的抗剪強度。Kani的試驗結(jié)果也證明了抗剪強度的尺寸效應。試件采用無 腹筋梁，梁寬保持不變，高度逐步增大，其它的、均相同。結(jié) 論是：隨著梁高增加，剪應力強度逐步降低。當由178mm增大 到712mm（增大4倍），剪應力

8、強度降低了 25%30%；當增加到 1220mm時與為152mm的試件相比，剪應力強度約降低了 41% 目前許多國家的規(guī)范在抗剪強度計算方面不同程度上考慮了尺寸效應的影響?？v向力的影響當承受彎、剪作用的梁同時承受軸向壓力或者軸向拉力時， 其抗剪強度要受到軸向力的影響。對于承受軸向壓力的彎剪構(gòu)件，由于壓應力的存在，延緩了 垂直裂縫和斜裂縫的產(chǎn)生，斜裂縫的傾角較大，壓區(qū)面積減小， 抗剪強度明顯降低。軸向力對抗剪強度的影響可寫為式中：為時的抗剪強度；為軸力所引起的抗剪強度的增量（軸壓 為正，軸拉為負）。軸向壓力對抗剪強度的提高是有限的，當壓應力過大時，超過（0.50.6），抗剪強度會逐漸降低。支座約

9、束條件的影響以往的抗剪強度試驗研究主要是針對集中荷載（或等代均布 荷載）作用下的簡支梁。連續(xù)梁和兩端帶懸臂的外伸梁支座約束 條件與簡支梁不同，其抗剪性能也有不同之處。連續(xù)梁與外伸梁 一般情況在支座處產(chǎn)生負彎矩，在跨中處產(chǎn)生正彎矩，在梁中會 出現(xiàn)反彎點。試驗可知，當彎矩比時，裂縫首先在正彎矩區(qū)出現(xiàn)； 當時，裂縫首先在負彎矩處出現(xiàn)；當時，具有隨機性。連續(xù)梁或 外伸梁的斜截面破壞形態(tài)也同樣與廣義剪矩比的大小有關(guān)，連續(xù) 梁在集中荷載作用下，其廣義剪跨比，在理論反彎點的兩側(cè)會出 現(xiàn)兩條大致平行的臨界斜裂縫，分別指向支座和荷載作用點，在 這兩條斜裂縫之間形成一菱形的斜壓體。斜裂縫與縱筋想交后， 沿縱筋又會

10、出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的粘結(jié)裂縫，隨著荷載增加，粘結(jié)裂縫 連貫成通長的裂縫，并延伸到支座和荷載作用點附近。粘結(jié)裂縫 的出現(xiàn)會改變梁截面的應力狀態(tài)。當粘結(jié)裂縫出現(xiàn)前，壓區(qū)混凝 土及鋼筋所受的壓力及和拉筋的拉力相平衡；粘結(jié)撕裂裂縫發(fā)生 后，由于梁頂部縱筋受拉區(qū)延伸，原來的壓筋彎成了拉筋，混凝 土壓力就要和上、下的鋼筋拉力和相平衡。因此壓力加大，進而 產(chǎn)生斜截面破壞。對于連續(xù)梁或外伸梁雖然用廣義剪跨比能更好地區(qū)別斜截面 地破壞形態(tài)，但由于廣義剪跨比地計算相對于取計算剪跨比要復 雜的多（其中為集中荷載至支座地距離）因此對于連續(xù)梁或外伸 梁地抗剪承載力計算有些國家的規(guī)范不采用廣義剪跨比而采用 計算剪跨比，我國規(guī)范

11、就是采用了這種處理方法。試驗表明，在 相同剪跨比的條件下，當截面尺寸及配筋相同時連續(xù)梁和外伸梁 的抗剪強度要高于簡支梁地抗剪強度，因此，這樣處理是偏安全 的。間接加載的影響加載方式對構(gòu)件的抗剪強度有一定的影響，如一簡支梁，當 荷載作用在梁的上部時，稱為直接加載，前面所提到的抗剪試驗 研究都是直接加載的情況，當剪跨比較小，直接加載時，拱作用 比較明顯，構(gòu)件的抗剪強度較高。當荷載不是作用在梁的頂部而是作用在梁下部，特別是梁的 形心軸以下，這種情況稱為間接加載。試驗證明間接加載時，構(gòu) 件的抗剪強度要降低。比較這兩種情況可知兩者的剪跨比相同， 但斜截面承載力卻不同，其原因是間接加載時，即使剪跨比較小

12、的情況供作用也不能形成，易產(chǎn)生斜拉破壞。這個結(jié)論也可從二 種情況下的應力狀態(tài)分析得出，顯然間接加載情況下剪跨區(qū)的主 拉應力大于直接加載的情況。工程上有時會碰到間接加載的情況，對于一般情況主、次梁 頂面是等高的，此時雖與直接加載有一定的區(qū)別但主梁的抗剪強 度降低較小，也就是說次梁如果作用在主梁的壓區(qū)則對主梁的抗 剪沒有多大影響，但如果次梁作用在主梁的拉區(qū)或者如圖6-15 所示的情況，則主梁的抗剪強度就要降低，此時應在集中荷載附 近增設附近箍筋或吊筋。重復加載的影響在許多情況下，結(jié)構(gòu)上作用有重復荷載，例如車輛、動力設 備荷載等，特別是地震區(qū)的結(jié)構(gòu)，在地震發(fā)生時重復加載的影響 更大。當斜截面未開裂或

13、者混凝土的名義剪應力較小時，重復荷載 的作用并沒有引起混凝土抗剪機構(gòu)的退化，箍筋的應力增加很小， 當達到一定循環(huán)次數(shù)時應力趨于穩(wěn)定。在高強交變循環(huán)荷載作用下，混凝土的名義剪應力較大，斜 裂縫寬度較寬。此時，在交變荷載作用下，混凝土的抗剪機構(gòu)退 化較快，比如斜裂縫兩側(cè)的骨料咬合作用逐漸減弱，箍筋的應力 逐漸增加。隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，疲勞破壞的形式最終可能 與斜裂縫相交的箍筋斷裂，其斜截面承載力明顯低于靜載的情況?？傊貜图虞d對抗剪強度的影響主要取決于應力比、荷載 水平、循環(huán)次數(shù)、箍筋的含量和箍筋的表面形狀（是光面還是變 形鋼筋）等。在許多國家的抗震設計規(guī)范中已經(jīng)反映了在地震荷 載（也是一種

14、重復荷載）作用下構(gòu)件抗剪強度的降低，比如我國 規(guī)范規(guī)定當考慮地震時，采取在靜力抗剪強度的基礎上打八折的 辦法。也有的國家規(guī)范規(guī)定當考慮地震作用時，箍筋的細部構(gòu)造 采用更嚴格的限制（如配箍率和箍筋間距等），以彌補地震作用 下構(gòu)件的抗剪強度的降低。三、國內(nèi)外各規(guī)范斜截面承載力公式1.美國規(guī)范（ACI318M-1989,1992年修訂版）鋼筋混凝土構(gòu)件：簡化公式為（1）精確公式為（2）式中參數(shù)不應小于1。公式上限：不大于公式下限：當總設計剪力大于混凝土提供的抗剪強度之半， 要求抗剪鋼筋的最小面積不小于。英國規(guī)范(BS8110,1990年)(3)(4)(5)式中，為鋼筋的標準強度；為混凝土立方強度標準

15、值，且；為材 料分項系數(shù)，對無腹筋構(gòu)件?。粸榭v筋率，且不大于3；為截面 高度修真系數(shù)，且不小于1。公式上限：在任何情況下不應超過與二者的較小值。公式下限：時，對梁配最少箍筋。歐洲規(guī)范(Eurocode2)的標準方法，1990年(6)(7)(8)式中，為無腹筋構(gòu)件受剪承載力設計值；為抗剪強度設計基 本值，且；為混凝土圓柱體特征抗壓強度；為材料分項系數(shù)，取 1.5，；。為系數(shù)，取且不小于1。公式的上限：式中為斜壓撐桿混凝土平均壓應力，為有效系數(shù)， 為圓柱體的抗壓強度設計值。4.日本規(guī)范(日本建筑學會，1975)(9)式中，為系數(shù)，且，為梁的應力中心距，為混凝土的允許剪應 力，為鋼箍的抗剪用允許拉應

16、力值，且；公式上限：5.新西蘭規(guī)范(MZS3101,1982)(10)(11)(12)式中，為規(guī)定的混凝土抗壓強度；公式上限：公式下限：當時，按構(gòu)造配筋。前蘇聯(lián)規(guī)范(1984年)(13)(14)(15)式中，為混凝土受剪承載力，對于無腹筋梁，規(guī)范的計算公式為； 為系數(shù)，為混凝土軸心抗拉強度；，為與混凝土類別有關(guān)的系數(shù)， 為考慮軸向力(包括預應力)作用的系數(shù)，在所有情況下不得大于 1.5。我國規(guī)范GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范對鋼筋混凝土構(gòu)件斜 截面受剪承載力計算公式規(guī)定：一般受彎構(gòu)件，當僅配箍筋時， 其斜截面的受剪承載力應滿足：(16)對集中荷載作用下（包括作用有多種荷載，其中集中荷載對 支座截面或節(jié)點邊緣所產(chǎn)生的剪力值占總剪力值的75%以上的 情況）的獨立梁，當僅配箍筋時，其斜截面的受剪承載力應滿足：（17）式中為計算截面剪跨比，當時，取，當時，取。四、總結(jié)（1）影響斜截面承載力的因素很多，主要在以下幾個方面： 1.剪