筋混凝土受彎構件斜截面抗剪理論綜述

1、鋼筋混凝土受彎構件斜截面抗剪理論綜述摘要：關于預應力鋼筋混凝土梁斜截面的抗剪強度計算，在國內(nèi)、外現(xiàn)行規(guī)范中已有多種設計理論和設計方法。但是，人們不滿足于以前規(guī)范中的抗剪強度設計, 所以想出各種辦法加以改進。盡管在國內(nèi)外這樣的努力看來己得到了一些成功， 但是還沒有哪一種改進得到普遍承認，以作為當前規(guī)范修訂的依據(jù)。因此，現(xiàn)在的 研究重點主要集中在鑒別各國研究的共同特點，以期協(xié)調(diào)它們的不同，并提出可 以接受的修正。近百年來，國內(nèi)外很多學者針對鋼筋混凝土結構的抗剪機理已提 出眾多的抗剪理論和計算模型，其中主要有統(tǒng)計分析法、極限平衡理論、桁架模Abstract型理論、塑性理論方法及非線性有限元方法等。A

2、bstract:on the prestressed reinforced concrete beam inclined section of shearstrength calculation, in the current specifications at home and abroad for a variety of design theory and design method. However, people are not satisfied with the previous shear strength design specification is, so to come

3、 up with ways to improve it. Despite such efforts at home and abroad seems to have got some success, but which has not improved, is generally recognized as the basis of the current specification revision. Therefore, the research emphasis is now focused on identification of study characteristics, in

4、order to coordinate their different, and can accept correction is put forward. Over the past century, many scholars at home and abroad based on the shear mechanism of reinforced concrete structure has put forward many shear theory and calculation model, including statistical analysis method, limit e

5、quilibrium theory, main truss model theory, theory of plasticity method and nonlinear finite element method (fem), etc.關鍵詞：斜截面抗剪分析方法計算模型Keywords:Oblique section shearKeywords:Oblique section shearAnalysis method Calculation model正文：對于有腹筋鋼筋混凝土梁，承受剪力時其截面同時承受正應力和剪應力的作用，屬于復合受力狀態(tài)，分析時要比正截面計算復雜的多，尤其是在混凝土 開

6、裂后，截面上發(fā)生應力重分布，其剪力傳遞機理非常復雜，影響因素眾多，使 問題進一步復雜化，至今鋼筋混凝土梁的抗剪理論尚不完善，且現(xiàn)行多數(shù)規(guī)范是 半理論半經(jīng)驗，并沒有建立其清晰的抗剪模型，我國規(guī)范亦如此。我國規(guī)范公式 所計算的抗剪強度是采用試驗值的偏下限作為制定設計公式的控制依據(jù)而建立 的，計算結果過于保守，適用性較差。因此，我國目前對抗剪理論的研究上應該 著重對理論進行完善，建立力學模型，提出完整而合理的理論方法，準確分析各 因素的抗剪貢獻，建立起斜截面受剪承載力計算公式。從20世紀初至今，有關抗剪的理論和試驗研究一直在不斷深化。通過試驗研 究表明，斜截面在剪跨比、箍筋用量等不同時會發(fā)生不同形式

7、的破壞，主要分為 以下三種破壞形式，即斜拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞。在進行抗剪研究中，主 要研究剪壓破壞，因其破壞是箍筋先屈服，可以保證構件破壞時具有一定的延性， 避免脆性破壞。近百年來，各國研究者提出了許多鋼筋混凝土結構剪切破壞的分析方法，主 要有:統(tǒng)計分析法，極限平衡分析法，塑性理論，桁架理論（含壓力場理論，軟化 桁架理論，桁架一拱理論等）及非線性有限元分析法等，此外，還有一些由各個理 論所演化發(fā)展的更適合抗剪分析的修正理論。（1）統(tǒng)計分析法統(tǒng)計分析法是建立在大量試驗數(shù)據(jù)基礎上的，由于抗剪機理的復雜性,很難準 確的預測構件的抗剪承載力，故以幾個重要的參變量（如剪跨比，配箍率，縱筋率 等）作

8、為構件強度的描述量,通過進行大量的試驗研究和定性的數(shù)理統(tǒng)計分析,從 而總結影響結構抗剪承載力的各主要因素的影響規(guī)律，建立具有一定可靠度保證 的計算結構名義抗剪承載力的經(jīng)驗公式，這些研究工作當然有助于進一步理解彎 剪作用下構件的抵抗機制，但卻不能給出合理的計算模型及完整的理論分析方法, 并且建立的抗剪承載力公式只是防止構件的脆性剪切破壞，不能準確預報構件的 抗剪承載力,不同公式計算結果相差也較大。極限平衡分析法極限平衡法,是通過對剪切機理的研究建立結構剪切破壞極限狀態(tài)時的平衡, 從而求解構件的極限抗剪承載力，1946年,RBosanpeng.B等根據(jù)極限平衡原理提出了“簡單剛體塑性機理”，該理論

9、在其斜截面的計算圖式中考慮了 ：斜裂縫頂端 處受壓混凝土中的縱向力和剪力，與斜裂縫相交的縱向受拉鋼筋的軸力和剪力， 箍筋的軸力及作用在斜裂縫上的混凝土骨料咬合力，通過對隔離體的受力分析， 建立內(nèi)力平衡方程和變形方程來求解未知量，其總的受剪承載力Vu可由以下剪 力組成= V + V + V + V + Vu c sv sb s ay一剪壓區(qū)砼承擔的剪力； c匕一箍筋承擔的剪力；Vsb 一彎筋承擔的剪力的豎向部分；一縱筋的銷栓力總和； sVay 一斜截面骨料咬合力的豎向部分；19世紀80年代，蘇聯(lián)學者A.C.saneco.B等人提出了斜截面極限平衡理論, 通過對隔離體的受力分析，并根據(jù)試驗確定有關

10、內(nèi)力的分布和極值，建立三個平 衡方程求解，在確定極值時,考慮平面應力狀態(tài)下的混凝土強度準則，該方法可以 獲得較高計算精度,但計算復雜。塑性理論塑性理論是將鋼筋和混凝土均視為剛塑性材料，對于鋼筋，忽略縱筋的銷栓 作用，鋼筋僅能承受拉力，屈服條件為a廣f ；對于混凝土的屈服條件采用“庫侖 假定”，即混凝土處于屈服應力狀態(tài)時，一點斜面上的正應力與剪應力之間的關 系為R |=cq tan，當結構破壞時，形成一個機動體系，該體系由若干剛性區(qū)組 合而成,各剛性區(qū)由塑性鉸或塑性鉸線相連,從而建立塑性功方程進行求解，用此 理論來求解,只能得到極限荷載值，不能反映結構正常使用階段的性能,在破壞階 段,不能確定破

11、壞斜截面的位置，也沒有考慮水平腹筋和縱筋對抗剪承載力的影 響。古典桁架理論古典桁架理論是由Ritter及Morsh提出的，該理論的基本假定是:鋼筋混凝 土梁受斜拉應力開裂后，可以簡化為鉸接桁架所代替，桁架的受壓上弦桿為受壓 區(qū)混凝土，受拉的下弦桿為縱向受拉鋼筋，腹桿則由受拉的箍筋及裂縫間受壓混 凝土斜桿構成，且假定斜裂縫的傾角為45，即為45平行弦桿桁架模型，此模 擬通過求解平衡條件來設計梁腹部抗剪鋼筋，方法簡單，但忽略了混凝土的抗拉 強度和剪力作用，假定全部剪力由腹板鋼筋承受，另外，在剪力的分配方面也沒有 考慮各受力階段裂縫分布不同，應力狀態(tài)不同所帶來的差別；在計算箍筋應力時 沒有考慮腹板相

12、對剛度的影響；并且不能滿足變形協(xié)調(diào)條件。為了克服簡單桁架的缺陷,F.Leandardi等建議將模型的受壓弦桿看作傾斜 的或者改變受壓斜腹桿傾角，提出了考慮腹板相對剛度影響的修正桁架模型?？梢酝ㄟ^節(jié)點平衡條件，由斜壓桿內(nèi)力或與斜裂縫相交的各箍筋的內(nèi)力求解 每個桿件的承載力，即：V = C sin a = T sin P式中c -為斜壓桿內(nèi)力；Ts-為與斜裂縫相交的各箍筋內(nèi)力的合力該理論模型計算簡便，但不能滿足變形協(xié)調(diào)條件，也沒有考慮混凝土的抗剪 作用，忽略受力機理的復雜性和破壞時裂縫的差異，其計算結果與實際吻合較差。 桁架-拱理論Park和Pauly,認為構件中不僅存在著“梁作用”（桁架作用）,

13、還存在“拱作 用”（無腹筋構件），把一般不考慮混凝土的抗剪作用的桁架模型和拱作用疊加起 來即為有腹筋構件的抗剪承載力但兩作用之間的變形是不協(xié)調(diào)的，在極限承載 力中所占的比例也是隨著受力形式等差異而難以確定的，桁架-拱模型假定桁架 作用是因為構件腹板混凝土壓碎或腹筋屈服而破壞；而拱作用的破壞是由于塑性 鉸區(qū)骨料咬合作用的減小和混凝土的軟化，且構件抗剪承載力隨著塑性鉸轉(zhuǎn)動的 增大而減小，后來,T.Ichinose提出桁架模型塑性鉸區(qū)腹桿角度不變，其它腹桿 角度則連續(xù)變化，且塑性鉸區(qū)腹桿轉(zhuǎn)角與構件極限轉(zhuǎn)角有關的假定；采用對角直 線型拱模型，拱的角度不受塑性變形影響，重新建立了桁架-拱模型，另一種桁架

14、- 拱模型，認為曲線形壓桿既起桁架上弦壓桿作用又起腹拱的作用，可與梁底縱向 受拉鋼筋一起平衡外荷載產(chǎn)生的彎矩，也可將斜向壓力直接傳遞到支座；腹筋視 為豎向受拉腹桿;箍筋間的混凝土視為斜腹桿;梁底的縱筋則視為受拉下弦桿。 非線性有限元分析非線性有限元分析是對復雜結構行為分析的一種重要方法，由于機理分析方 法的復雜和統(tǒng)計分析方法的局限，及對構件全過程分析的需要，采用非線性有限 元方法的好處顯而易見，它在分析鋼筋混凝土結構時,可以獲得詳盡的分析結果， 進行大量的參數(shù)分析，并可以對大型復雜結構的受力行為進行詳盡分析，但仍存 在一些如收斂性差，計算時間長等問題，隨著有限元理論，基本材料性能研究以 及計算機技術的快速發(fā)展,非線性有限元將更廣泛的應用于計算分析中。以上每一種抗剪理論分析方法都不是孤立存在發(fā)展的，它們相互關聯(lián)影響， 特別是桁架理論的發(fā)展,作為抗剪分析極為重要的理論方法，滲透壓力場理論，轉(zhuǎn) 角和定角的概念以及后來發(fā)展的軟化桁架理論，不斷發(fā)展演變，以更推進材料抗 剪性能的研究。結語：本文介紹了怎樣應對鋼筋混凝土結構剪切破壞的幾種分析方法，盡管它 們不盡相同，但是對抗剪理論的研究產(chǎn)生了很大的推動作用，并建立起了力學模 型，提出了完整而合理的理論方法，準確分析了各因素的抗剪貢獻，這將對以后 鋼筋混凝土受彎構件斜截面抗剪