钢筋混凝土梁抗剪理论研究

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钢筋混凝土梁抗剪理论研究

钢筋混凝土梁抗剪理论研究

钢筋混凝土梁抗剪理论研究摘要:根据国内外已有的钢筋混凝土梁抗剪性能研究成果,阐述了各种抗剪理论的基本分析方法,评述了各理论之间的内在联系及适用性;指出了各种研究方法的优缺点;探讨了该领域的研究发展趋势,对剪切破坏机理的认识具有一定的参考价值。

研究表明:现有的抗剪理论都不是孤立存在的,它们之间相互联系、相互影响并不断演变,正确认识其特点才能合理运用于不同结构形式的抗剪性能分析。

关键词: 钢筋混凝土梁; 抗剪理论; 研究钢筋混凝土梁在剪力和弯矩共同作用区段可能会沿斜截面发生脆性剪切破坏,这种破坏将导致结构突然失稳并引发巨大灾难,只有清晰认识剪切破坏机理的实质,才能有效避免此类破坏的发生。

目前,国内外混凝土结构设计规范[1,2]中关于抗剪承载力计算公式大多是以试验数据为依据的半理论半经验公式,在一定程度上反映了混凝土抗压强度、钢筋屈服强度、截面几何特征及荷载类型等主要参数的影响。

本文总结了国内外已有的钢筋混凝土梁抗剪性能研究成果,对其存在的优缺点及适用范围进行了阐述,为抗剪问题的认识提供了一定的参考价值。

1 桁架理论1.1 古典桁架模型古典桁架模型是Ritter为设计钢筋混凝土梁腹筋而提出来的,在该模型中,将梁理想化为具有平行弦杆和斜压杆的桁架结构,上部弯压混凝土作为桁架上弦杆,底部纵向钢筋作为桁架下弦杆,腹杆则由受拉箍筋及裂缝间受压混凝土斜杆构成。

该方法简单、概念清晰,但完全没考虑混凝土的抗剪作用,全部剪力均由箍筋承担,这样使得箍筋的利用率较低,并造成很大的浪费。

1.2 斜压场理论Wagner认为剪力由斜拉场承担,假定主拉应力、应变方向一致,由此提出了斜拉场理论。

Mitchell[3]等以斜拉场理论为基础,在对受扭构件进行分析时,假定纯扭作用下的混凝土开裂后不承受任何拉力,扭矩由斜压场承担,由此提出了斜压场理论。

随后,Collins[4]在变角桁架模型的基础上,通过引入变形协调条件及应力-应变关系,将斜压场理论应用于钢筋混凝土梁的抗剪性能分析,并解决了桁架模型中裂缝倾角难以确定的难题。

钢筋混凝土梁抗剪加固的试验研究

钢筋混凝土梁抗剪加固的试验研究

800
2 4 00
裂缝 , 至 荷 载 加 至 2 0k 时 发 生 弯 曲 破 坏 。 用 直 6 N 采 修 复 胶 泥 粘 贴 钢 板 网 可 大 大 降 低 钢 筋 混 凝 土 梁 的挠 度 , 高 钢筋 混 凝 土 梁 的 整 体 刚 度 和抗 变 形 能 力 , 提 以
及斜截面开裂荷载 和极限承载力 。 2 3 梁 侧 螺 栓 固定 钢 板 加 固 梁 抗 剪 试 验 .
试验 I 口
钢筋混凝土梁抗剪加固的试验研究
张习美, 陈广超, 贾士日, 0但河友
( 国矿 业大 学 建 筑工 程学 院 , 苏 徐州 21 0 ) 中 江 2 0 8
摘 要 : 过 对 1 根 钢 筋 混凝 土 梁 的 斜 截 面抗 剪 试 验 , 究 了采 用 外 加 螺 栓 箍 筋 、 侧 膨 胀 螺 栓 通 2 研 梁
近 年 来 , 着 科 学 技 术 的 发 展 , 建 筑 和 土 木 随 在 工 程 领 域 出现 了 一 些 新 型 的 加 固材 料 和 加 固方 法 。
外 加 螺 栓 箍 加 固 梁 ( 图 1 , 按 图 1 示 位 置 见 )并 所 粘 贴 电 阻 应 变 片 。 构 修 复 胶 泥 粘 贴 钢 板 网 ( 图 结 见 2 : 构 修 复 胶 泥 采 用 中 国 矿 业 大 学 研 制 的 HP R )结 S 一 3 修 复胶 泥 。 胀 螺 栓 梁 侧 固定 钢 板 加 固 ( 图 3 : 型 膨 见 ) 钢 板 采 用 A 钢 , 测 厚 度 为 3 4mm , 测 屈 服 强 3 实 . 实 度 为 2 0N/ 3 mm 螺 栓 直 径 选 用 8mm 。 , 梁侧 粘 贴 碳 纤 维 加 固 ( 图 4 : 用 梁 侧 贴 条 带 加 压 条 锚 固 的 加 见 )采 固方 法 , 粘 贴 一 层 。 仅

既有钢筋混凝土梁抗剪性能试验研究

既有钢筋混凝土梁抗剪性能试验研究

击6 2 8 3 @ 4 . 击7 8 @l 6 击7 l 3 i @ 8 .
3 5 3 5 3 5
梁 单侧 箍筋 露 筋 锈 蚀 梁 单侧 箍筋 露筋 锈 蚀 梁 单侧 箍 筋 露 筋 锈 蚀 梁 单侧 箍筋 露筋 锈 蚀
击6 5 i 6 9 3 . @ 8 . 5
L 6
2. 2辅 助试 验 情 况
中 图分 类 号 :T 5 U4 92
文 献标 识 码 : A
文 章编 号 :6 1 90 (0 6 0 - 0 2 0 17 - 1 72 0 )8 03 -1
作 者 单位 1重 庆 市 建筑 科 学研 究 院 2国 防 科 技大 学

3 9 4 3 队 29部
2试 验 构 件 及 辅 助 试 验 情 况
2 1试件 情 况 .
收 稿 日期 :0 6 7 4 2 0 — —1
由于 建 设 年代 、 工程 条 件 等 因 素 的 影 响 , 验 所 用构 件 为 8 既 有 钢 筋 试 根 混凝 土 梁 ( 部 分 为 过 梁 )部分 构 件 为 阳 台 梁 , 侧 钢 筋存 在 锈 蚀 现 象 , 件 大 , 外 构 实际 情 况 见 表 1 示 。 所
多, 相应 的试 验 资料 也 非 常 有 限 。 此 , 过 对 从 旧建 筑 物 上 拆 除 下 来 的既 有 为 通 钢 筋 混 凝 土梁 的抗 剪 试 验 . 者 探 讨 了 混 凝 土 碳 化 、 蚀 钢 筋 对 既 有 混 凝 土 作 锈 构件承载 力、 缝、 裂 延性 、 坏 形 式 等性 能 的 影 响 , 试 验 数 据 可 供 有 关 工 程 破 其 技 术 人 员 和 理论 研 究参 考
1前 言
国 内外 对 既 有 混 凝 土 结 构构 件 的 正截 面 力 学性 能 的研 究 已有 大 量 的试

钢筋混凝土梁的局部剪切和弯曲破坏机理研究

钢筋混凝土梁的局部剪切和弯曲破坏机理研究

钢筋混凝土梁的局部剪切和弯曲破坏机理研究钢筋混凝土梁是建筑结构中常见的承载元件,其局部剪切和弯曲破坏机理对于保障结构安全具有重要意义。

本文将研究钢筋混凝土梁的局部剪切和弯曲破坏机理,旨在深入了解其工作原理,为结构设计和维护提供理论依据。

钢筋混凝土梁的局部剪切破坏机理是指梁的截面出现剪力超过抵抗能力而导致的破坏现象。

在挤压区域,混凝土受到剪力作用,产生剪应力,这会引起混凝土的局部剪切破坏,并在极限状态下导致梁的失稳。

剪切破坏主要取决于混凝土的强度、钢筋配筋数量和布置方式以及施加在梁上的剪力大小。

钢筋混凝土梁的弯曲破坏机理是指梁在受到弯矩作用下,出现截面的破坏现象。

当梁受弯矩作用时,混凝土受到压力和拉力的反复作用,而钢筋具有良好的抗拉性能,能够承担拉力。

当弯矩达到一定程度时,混凝土截面会产生压力区和拉力区,由于混凝土的抗拉强度较低,拉力区的混凝土容易破坏,从而导致梁整体弯曲破坏。

钢筋混凝土梁的剪切和弯曲破坏机理可以通过理论分析和试验研究来探究。

理论分析方法主要包括承载力设计方法和极限状态设计方法。

承载力设计方法是通过安全系数法计算梁的最大承载能力,常用的方法有三角形法和矩形法。

极限状态设计方法是根据梁在极限状态下的破坏机理进行设计,常用的方法有理论力学方法和塑性充实约束方法。

试验研究是理论分析的重要补充,通过对钢筋混凝土梁进行物理试验,可以验证理论分析的结果,并深入了解剪切和弯曲破坏的过程。

试验方法主要包括静力试验和动力试验。

静力试验通过施加静力荷载,观察梁的变形和破坏模式,获取其力学性能参数。

动力试验通过施加冲击荷载或地震荷载,研究梁的动力响应和破坏机理,为结构对地震荷载的抗震性能提供参考。

开展钢筋混凝土梁的局部剪切和弯曲破坏机理研究对于结构设计和维护具有重要意义。

通过对破坏机理的深入了解,可以合理选择材料和施工工艺,提高梁的抗剪和抗弯能力。

同时,对剪切和弯曲破坏过程的研究,可以为结构破坏预测和健康监测提供依据,及时采取维护措施,保证结构的安全可靠。

钢筋混凝土梁的抗剪性能试验研究

钢筋混凝土梁的抗剪性能试验研究

钢筋混凝土梁的抗剪性能试验研究一、研究背景钢筋混凝土结构是现代建筑中广泛采用的一种结构形式。

在钢筋混凝土结构中,梁扮演着承载荷载的重要角色。

梁在荷载作用下受力,其中抗剪性能是影响梁承载力的主要因素之一。

因此,研究钢筋混凝土梁的抗剪性能对于保证建筑结构的安全性具有重要意义。

二、研究目的本研究的目的是通过试验研究,探究不同参数对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响,为钢筋混凝土结构设计提供理论依据。

三、研究方法本研究采用试验研究的方法,通过制作不同参数的钢筋混凝土梁,对其抗剪性能进行测试,并分析其受力特点和破坏模式。

四、试验设计1.试验样品制作本次试验制作的钢筋混凝土梁为T型梁,其截面尺寸为200mm×300mm,长度为1000mm。

在制作过程中,使用混凝土强度等级为C30、钢筋品种为HRB400的材料。

2.试验参数设置本次试验设置了以下参数:(1)纵向钢筋直径:10mm、12mm、14mm(2)箍筋间距:100mm、150mm、200mm(3)箍筋直径:6mm、8mm、10mm设置以上参数的目的是探究不同参数对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响。

3.试验方法本次试验采用四点弯曲试验法,按照GB/T50081-2002《混凝土结构设计规范》的要求进行。

试验过程中记录梁的位移、载荷等数据,以便后续分析。

五、试验结果分析1.梁的受力特点试验结果显示,随着纵向钢筋直径的增加,梁的承载力逐渐增加;随着箍筋间距的增加,梁的承载力逐渐降低;随着箍筋直径的增加,梁的承载力逐渐增加。

2.梁的破坏模式试验结果显示,在大多数样品中,梁的破坏模式为剪切破坏。

在一些样品中,还出现了箍筋断裂和钢筋拉断等破坏形式。

六、结论本次试验研究了不同参数对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响,并得出以下结论:(1)随着纵向钢筋直径的增加,梁的承载力逐渐增加;(2)随着箍筋间距的增加,梁的承载力逐渐降低;(3)随着箍筋直径的增加,梁的承载力逐渐增加;(4)大多数样品中,梁的破坏模式为剪切破坏,还出现了箍筋断裂和钢筋拉断等破坏形式。

钢筋混凝土梁斜截面受剪实验

钢筋混凝土梁斜截面受剪实验

钢筋混凝土梁斜截面受剪实验(一)实验目的1.了解钢筋混凝土梁受剪破坏的过程,加深理解箍筋在斜截面抗剪中的作用。

2.了解对钢筋混凝土结构进行试验研究的方法。

(二)实验记录1、斜拉破坏:当剪跨比λ>3且箍筋配置过少,间距太大时,斜裂缝一旦出现,该裂缝往往成为临界斜裂缝,迅速向集中荷载作用点延伸,将梁沿斜裂缝劈成两部分,而导致梁的破坏斜拉破坏,实际上是混凝土被拉坏。

2、剪压破坏:当剪跨比1≤λ≤3且配筋量适当故金间距不大发生剪压破坏。

当斜裂缝中的某一条发展成为临界斜裂缝后,随着荷载的增加,斜裂缝向荷载作用点缓慢发展,剪压区高度逐渐减小,斜裂缝宽度变大,最后剪压区混凝土被压碎量,丧失承载能力。

3、斜压破坏:当剪跨比λ很小(一般λ≤1)时,发生斜压破坏。

首先在荷载作用点与支座间的梁腹部出现若干条平行的斜裂缝,随着荷载的增加量,梁腹被这些斜裂缝分割为斜向“短柱”,最后因混凝土短柱被压碎而破坏。

(三)实验结果1.整个斜拉破坏的过程急速而突然,破坏荷载与出现斜裂缝时的荷载相当接近,破坏前梁的变形很小,且往往只有一条斜裂缝,斜拉破坏具有明显的脆性。

2.剪压破坏有一定的预兆,破坏时箍筋屈服,破坏荷载比出现裂缝时的荷载高,承载力随配箍筋配箍量的增大而增大,但与适筋梁的正截面破坏相比,剪压破坏仍属于脆性破坏。

3.发生斜压破坏时,破坏荷载很高,但变形很小,箍筋不会屈服,属于脆性破坏。

为什么出现正截面破坏?受弯构件正截面破坏性质与其配置的纵向受拉钢筋的多少有关,当配筋率大小不同时,受弯构件正截面可能产生三种不同的破坏形式。

为什么出现斜截面破坏?弯矩和剪力的共用作用。

1.当剪跨比较大,且箍筋配置过少,间距太大时的斜拉破坏。

2.当剪跨比适中及配骨量适当箍筋间距不大时的剪压破坏。

3.发生在剪跨比很小或腹版宽度很窄的T形梁或I型梁上的斜压破坏。

钢筋混凝土T型组合梁抗剪性能研究

钢筋混凝土T型组合梁抗剪性能研究
度选择为 C 5 C 5和 C 5 3、2 A。 1 2 数值模 拟结果 . 从 图 2可 以看 出, 随着箍筋间距的增大 , 结合面的
剪应力也 在增 大 。这与 实际 情况 完 全相 符 。从 增 大 的情况来看 , 在箍 筋间距 为 4 0 m 时 , 合面 的剪应 0m 结
力值基本小于平均破坏 剪应力 , 明规 范 中对 于箍筋 说 间距的规定能满足要求 。当箍筋间距为 30 m 时 , 5m 相
1 1 模型 的建立 .
钢筋混凝土 T型组合梁整体为 T型截面。采用叶 r 点耦合的方法来模拟。由于结构是对称的, 因此采用 了
半跨模型。对于预制梁 的加载是 根据预制梁所 承担的
14 .
g 1 . 2
z 1
茴 0 . 8
06 .
后浇混凝土的重量进行 , 把后浇混凝 土的重量分配到每
钢 筋混 凝 土组合 结 构是 在预 制 构件 上加 浇一 层
现浇混凝 土而形成 的一种装 配整体式 结构 形式 , 组合
结构也 称叠合 结 构。钢 筋混凝 土 组合 梁 桥在 中小 跨 径的桥梁 中有着广泛 应用 , 是腹板 采用预 制梁 而翼 它
缘与桥 面板整 体 现浇 而形 成 的桥梁 结 构形 式 。组 合
‘ 一 ’

图 1 结 合 面上 的 向 剪应 力
合梁桥发展的 主要原 因。因此 , 组合 梁桥 承载性 能 对 的研究 主要是对组合梁结合面抗剪性能的研究 。
1 T型 组 合 梁 结 合 面抗 剪性 能 的有 限 元分 析
图 2至图 4分别 为箍 筋间距 、 直径 , 预制截 面高 度 与组合截面高度之 比 对结合 面剪应 力的影 响。

乒 至

钢筋混凝土梁的挠度与剪跨比关系研究

钢筋混凝土梁的挠度与剪跨比关系研究

钢筋混凝土梁的挠度与剪跨比关系研究摘要:钢筋混凝土结构广泛应用于建筑领域,而梁是其最常见的构件之一。

挠度是梁结构的重要性能指标之一,对结构的安全可靠性具有重要影响。

而剪跨比则是梁结构设计中一个关键参数,它对梁的受力性能和挠度性能都有较大的影响。

本文通过归纳和总结已有的研究成果,探讨了钢筋混凝土梁的挠度与剪跨比之间的关系,并分析了其影响因素和设计方法。

1. 引言钢筋混凝土梁作为一种常见的结构构件,在建筑领域广泛应用。

挠度是衡量结构变形的重要指标之一,对结构的安全性和使用性能具有重要影响。

剪跨比是梁结构设计中一个重要的参数,定义为梁的剪跨力与梁跨度的比值。

梁的剪跨比直接影响梁的抗剪承载力和挠度性能。

2. 挠度与剪跨比的关系2.1 挠度与剪跨比的理论研究挠度与剪跨比之间存在一定的关系,较小的剪跨比可以有效地限制梁的挠度,并提高结构的刚度。

根据梁理论研究,通过适当选择剪跨比,可以使梁在正常使用状态下满足挠度的限制要求。

2.2 挠度与剪跨比的实验研究通过一系列实验研究,研究者们发现,剪跨比对梁的挠度有重要影响。

较小的剪跨比可以降低梁的挠度,提高梁的刚度和受力性能。

然而,当剪跨比过大时,梁的抗剪承载力较小,容易出现剪切破坏。

3. 影响钢筋混凝土梁挠度与剪跨比的因素3.1 材料性能梁的材料性能直接影响着梁的挠度和抗剪承载力。

高强混凝土和高强钢筋的使用可以有效地减小梁的挠度。

3.2 断面形状断面形状的选择直接影响梁的刚度和抗剪承载力。

合理设计的矩形或T形截面可以提高梁的刚度和抗剪承载力,减小梁的挠度。

3.3 配筋率梁的配筋率是影响梁挠度的重要因素之一。

适当的配筋率可以提高梁的抗剪承载力和刚度,降低梁的挠度。

4. 钢筋混凝土梁的设计方法4.1 按规范设计根据国家规范,对于一般情况下的钢筋混凝土梁,可以根据规范提供的公式和方法进行设计,以满足挠度和抗剪的要求。

4.2 增加剪跨比对于希望提高梁的刚度和降低挠度的情况下,可以适当增加剪跨比,但需要注意不要超过规范和设计要求。

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钢筋混凝土梁抗剪理论研究摘要:根据国内外已有的钢筋混凝土梁抗剪性能研究成果,阐述了各种抗剪理论的基本分析方法,评述了各理论之间的内在联系及适用性;指出了各种研究方法的优缺点;探讨了该领域的研究发展趋势,对剪切破坏机理的认识具有一定的参考价值。

研究表明:现有的抗剪理论都不是孤立存在的,它们之间相互联系、相互影响并不断演变,正确认识其特点才能合理运用于不同结构形式的抗剪性能分析。

关键词: 钢筋混凝土梁; 抗剪理论; 研究钢筋混凝土梁在剪力和弯矩共同作用区段可能会沿斜截面发生脆性剪切破坏,这种破坏将导致结构突然失稳并引发巨大灾难,只有清晰认识剪切破坏机理的实质,才能有效避免此类破坏的发生。

目前,国内外混凝土结构设计规范[1,2]中关于抗剪承载力计算公式大多是以试验数据为依据的半理论半经验公式,在一定程度上反映了混凝土抗压强度、钢筋屈服强度、截面几何特征及荷载类型等主要参数的影响。

本文总结了国内外已有的钢筋混凝土梁抗剪性能研究成果,对其存在的优缺点及适用范围进行了阐述,为抗剪问题的认识提供了一定的参考价值。

1 桁架理论1.1 古典桁架模型古典桁架模型是Ritter为设计钢筋混凝土梁腹筋而提出来的,在该模型中,将梁理想化为具有平行弦杆和斜压杆的桁架结构,上部弯压混凝土作为桁架上弦杆,底部纵向钢筋作为桁架下弦杆,腹杆则由受拉箍筋及裂缝间受压混凝土斜杆构成。

该方法简单、概念清晰,但完全没考虑混凝土的抗剪作用,全部剪力均由箍筋承担,这样使得箍筋的利用率较低,并造成很大的浪费。

1.2 斜压场理论Wagner认为剪力由斜拉场承担,假定主拉应力、应变方向一致,由此提出了斜拉场理论。

Mitchell[3]等以斜拉场理论为基础,在对受扭构件进行分析时,假定纯扭作用下的混凝土开裂后不承受任何拉力,扭矩由斜压场承担,由此提出了斜压场理论。

随后,Collins[4]在变角桁架模型的基础上,通过引入变形协调条件及应力-应变关系,将斜压场理论应用于钢筋混凝土梁的抗剪性能分析,并解决了桁架模型中裂缝倾角难以确定的难题。

斜压场理论假定开裂后混凝土拉应力(包括裂缝面及裂缝间混凝土拉应力)为零,致使挠度和承载力的计算值偏大和偏小。

从试验观察和分析得知,虽然裂缝面上无拉应力,但裂缝之间的混凝土中仍存在残余拉应力,该应力对抗剪承载力的影响不容忽视。

为此,Vecchio和Collins[5]对斜压场理论进行了改进,通过受拉硬化来反映拉应力的存在及影响,由此提出了修正压力场理论。

斜压场理论忽略了裂缝处混凝土的拉应力影响,则可能低估抗剪承载力;修正压力场理论充分考虑了拉应力影响,能较精确地模拟裂缝形式、变形、钢筋应力、极限强度和破坏模式。

1.3 软化桁架模型Hsu等[6]在对薄膜元结构受剪性能进行分析时,有机地将平衡方程、协调方程和软化应力-应变关系结合起来,建立了转角软化桁架模型。

Hsu[7]通过进一步研究发现,转角软化桁架模型只在裂缝倾角-范围内有效,为考虑混凝土的抗剪作用,进而提出了定角软化桁架模型。

这两种模型不仅可以较准确地计算抗剪强度,而且可以描述加载全过程的变形。

转角软化桁架模型中假定裂缝角度与主应力方向一致,故没有考虑混凝土对抗剪作用的贡献,导致沿裂缝处剪应力也被忽略。

试验表明,薄膜元的抗剪强度由两部分组成:属于钢筋的主要部分和属于混凝土的次要部分。

定角软化桁架模型中假定初始裂缝的角度保持不变,但考虑了混凝土抗剪作用的影响。

定角软化桁架模型和转角软化桁架模型提供了真实状况的两个边界,破坏时的开裂角处于这两个边界之间,只是前者的计算公式比后者更复杂。

1.4 桁架拱模型Park[8]认为构件中不仅存在“梁作用”(桁架作用),还存在“拱作用”(无腹筋构件),二者叠加即为有腹筋构件的抗剪承载力。

桁架+拱模型假定桁架作用的破坏是因为构件腹板混凝土压碎或腹筋屈服,而非纵向钢筋受拉屈服;拱作用的破坏由于塑性铰区骨料咬和作用的减小和混凝土的软化,且抗剪强度随塑性铰转动的增大而减小。

刘立新[9]认为曲线形压杆既起桁架上弦压杆的作用又起拱腹的作用,它与梁底受拉钢筋共同平衡荷载产生的弯矩,也可将斜向压力直接传递到支座;垂直腹筋可视为竖向受拉腹杆;腹筋间的混凝土可视为斜腹杆;梁底的纵筋可视为受拉下弦杆。

1.5 压杆-拉杆模型钢筋混凝土梁的抗剪分析采用的基本力学模型是桁架模型,这种模型将钢筋混凝土梁简化为静定结构,通过分析桁架的内力来确定抗剪强度。

这类模型在对深梁抗剪分析中,虽然考虑了许多不协调因素,但是销栓作用及骨料咬合作用等多种作用力由受压杆直接传递剪力时产生了困难。

深梁设计的另一种有效方法压杆-拉杆模型由此产生。

压杆-拉杆模型是一种基于塑性下限值理论的平衡模型,设计过程中必须选择一个合理的荷载传递路径,保证结构任何一部分的应力不超过其强度。

同时还应保证选用的材料和局部构造是合适的,以避免构件破坏之前发生过度变形、脆性撕裂和锚固破坏。

从理论上讲,压杆-拉杆模型较使用于深梁的抗剪分析[10]。

2 塑性理论塑性理论作为材料研究的一个分支,被用来解决钢筋混凝土结构在复杂受力状态下的强度问题。

Zhang [11]运用塑性理论对钢筋混凝土构件的抗剪性能进行分析,并取得了不少成果。

塑性理论来分析钢筋混凝土梁的抗剪强度是一种研究动态,这种方法的概念明确、理论性和系统性较强、计算比较简洁。

但是该理论的求解,只能获得极限荷载值,而不能反映结构在使用阶段的性能,如裂缝的开展情况。

即使在破坏阶段,由于采用了理想化的应力场或破坏结构,计算简图与结构的实际受力状态也不完全一样,且不能确定破坏斜截面的位置。

3 极限平衡理论极限平衡理论主要研究了钢筋混凝土构件剪切破坏机理,并通过极限破坏状态下的平衡求解抗剪承载力。

就其本质而言,主要是采用试验统计公式,并给公式中的每一项赋予一定的物理概念和解释[12]。

斜截面极限平衡理论有如下特点:(1)联立求解斜截面上内力平衡方程组(轴力、剪力及弯矩平衡方程),而不是孤立地求解平衡方程。

(2)计算过程中不仅考虑了箍筋内力,还考虑了混凝土的咬合力及纵向受拉钢筋的轴力和剪应力。

(3)混凝土的压力和剪力不是按照经验公式确定的,而是按照斜裂缝形成和发展过程中,由正应力和剪应力的分布图形及平面应力状态下混凝土的强度准则确定的。

虽然极限平衡理论可以获得相当高的计算精度,但这种理论需建立多个联立方程,计算过程比较复杂,应用不方便。

4 统计分析法由于抗剪机理的复杂性,想要准确预测构件的抗剪承载力比较困难,目前尚未获得比较统一的理论计算公式,而统计分析法一般是基于大量试验数据的回归分析,给出形式比较简单的计算公式,更易于应用。

目前国内外规范中关于有腹筋钢筋混凝土梁抗剪承载力计算公式大多是以试验结果偏下限作为依据,考虑各个主要因素的影响,建立有一定可靠度保证的半理论半经验公式[13]。

这种模型建立的基本出发点并非要准确预测构件的抗剪承载力,而是防止构件的剪切破坏。

统计分析法的公式比较简单、有效,但并不能反映构件实际抗剪承载力的变化规律,计算结果相对保守,且不够经济。

同时该公式中只具有定量的物理概念,缺乏明确的力学模型。

5 非线性有限元法随着计算机技术在土木工程中应用的深入,鉴于抗剪机理的复杂性和统计分析方法的局限性,采用非线性有限元法对复杂受力状态及临界状态下构件抗剪性能研究已成为一种重要的方法。

通过选择合适的理论方法、单元模型和材料本构模型,非线性有限元法能较准确地描述构件在复杂受力状态下(压、弯、剪共同工作)各阶段的受力性能,逐渐凸现出处理问题能力强、适用范围广的优势。

由于剪切性能影响因素太多(如粘结力和滑移量的不确定性、裂缝开展的离散性、骨料咬合力的复杂性、断裂和破坏机理不完善性),可能造成计算结果不收敛而导致分析失败。

结语近百年来,国内外学者一直努力通过各种理论及方法对剪切破坏机理进行诠释,提出了多种可行的抗剪承载力计算方法,并取得了显著的成效。

各种抗剪理论和方法都不是孤立存在的,它们之间相互联系、相互影响并不断演变,正确认识其特点才能合理运用于不同结构形式的抗剪性能分析。

参考文献:GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.Mitchell D and Collins M P. Diagonal compression field theory-a rational model for structural concrete in pure torsion [J].ACI Structural Journal, 1974, 71(5):396-408.Collins M P. Toward a rational theory for RC members in shear [J]. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1978, 104(4):649-666.Vecchio F J and Collins M P. The modified compression field theory for reinforced concrete elements subjected to shear [J]. ACI Structural Journal, 1986, 83(22):219-231.Mau S T and Hsu T T C. Shear design and analysis of low-rise shear walls [J]. ACI Structural Journal, 1986, 83(2):306-315.徐增全. 钢筋混凝土薄膜元理论[J].建筑结构学报,1995,16(5):10-19.Park R. Capacity design of ductile RC building structure for earthquake resistance [J]. The Structural Engineering, ASCE, 1992, 70(16): 279-289.刘立新.钢筋混凝土深梁、短梁和浅梁受剪承载力的统一计算方法[J]. 建筑结构学报, 1995, 16(4): 13-21.魏巍巍,贡金鑫.按我国规范的压杆-拉杆设计方法[J].建筑结构学报,2008,(SI):287-293.Zhang J P. Diagonal cracking and shear strength of reinforced concrete beams [J]. Magazine of Concrete Research, 1997, 49(178):55-65.喻永言,谢育良.用极限平衡原理解释考虑剪跨比抗剪强度公式的力学意义[J]. 同济大学学报,1981.贡金鑫,魏巍巍,赵尚传.现代混凝土结构基本理论及应用[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2009.。

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