1、鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面抗剪理論綜述摘要：關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁斜截面的抗剪強(qiáng)度計(jì)算，在國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)行規(guī)范中已有多種設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法。但是，人們不滿足于以前規(guī)范中的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì), 所以想出各種辦法加以改進(jìn)。盡管在國(guó)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(jìn)得到普遍承認(rèn)，以作為當(dāng)前規(guī)范修訂的依據(jù)。因此，現(xiàn)在的 研究重點(diǎn)主要集中在鑒別各國(guó)研究的共同特點(diǎn)，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(guó)內(nèi)外很多學(xué)者針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗剪機(jī)理已提 出眾多的抗剪理論和計(jì)算模型，其中主要有統(tǒng)計(jì)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(guān)鍵詞：斜截面抗剪分析方法計(jì)算模型Keywords:Oblique section shearKeywords:Oblique section shearAnalysis method Calculation model正文：對(duì)于有腹筋鋼筋混凝土梁，承受剪力時(shí)其截面同時(shí)承受正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用，屬于復(fù)合受力狀態(tài)，分析時(shí)要比正截面計(jì)算復(fù)雜的多，尤其是在混凝土 開

6、裂后，截面上發(fā)生應(yīng)力重分布，其剪力傳遞機(jī)理非常復(fù)雜，影響因素眾多，使 問題進(jìn)一步復(fù)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(yàn)，并沒有建立其清晰的抗剪模型，我國(guó)規(guī)范亦如此。我國(guó)規(guī)范公式 所計(jì)算的抗剪強(qiáng)度是采用試驗(yàn)值的偏下限作為制定設(shè)計(jì)公式的控制依據(jù)而建立 的，計(jì)算結(jié)果過于保守，適用性較差。因此，我國(guó)目前對(duì)抗剪理論的研究上應(yīng)該 著重對(duì)理論進(jìn)行完善，建立力學(xué)模型，提出完整而合理的理論方法，準(zhǔn)確分析各 因素的抗剪貢獻(xiàn)，建立起斜截面受剪承載力計(jì)算公式。從20世紀(jì)初至今，有關(guān)抗剪的理論和試驗(yàn)研究一直在不斷深化。通過試驗(yàn)研 究表明，斜截面在剪跨比、箍筋用量等不同時(shí)會(huì)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(jìn)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(gòu)件破壞時(shí)具有一定的延性， 避免脆性破壞。近百年來，各國(guó)研究者提出了許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剪切破壞的分析方法，主 要有:統(tǒng)計(jì)分析法，極限平衡分析法，塑性理論，桁架理論（含壓力場(chǎng)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(gè)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(jì)分析法統(tǒng)計(jì)分析法是建立在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，由于抗剪機(jī)理的復(fù)雜性,很難準(zhǔn) 確的預(yù)測(cè)構(gòu)件的抗剪承載力，故以幾個(gè)重要的參變量（如剪跨比，配箍率，縱筋率 等）作

8、為構(gòu)件強(qiáng)度的描述量,通過進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究和定性的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析,從 而總結(jié)影響結(jié)構(gòu)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(jì)算結(jié)構(gòu)名義抗剪承載力的經(jīng)驗(yàn)公式，這些研究工作當(dāng)然有助于進(jìn)一步理解彎 剪作用下構(gòu)件的抵抗機(jī)制，但卻不能給出合理的計(jì)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(gòu)件的脆性剪切破壞，不能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)構(gòu)件的 抗剪承載力,不同公式計(jì)算結(jié)果相差也較大。極限平衡分析法極限平衡法,是通過對(duì)剪切機(jī)理的研究建立結(jié)構(gòu)剪切破壞極限狀態(tài)時(shí)的平衡, 從而求解構(gòu)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(jiǎn)單剛體塑性機(jī)理”，該理論

9、在其斜截面的計(jì)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(duì)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(dān)的剪力； c匕一箍筋承擔(dān)的剪力；Vsb 一彎筋承擔(dān)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(jì)80年代，蘇聯(lián)學(xué)者A.C.saneco.B等人提出了斜截面極限平衡理論, 通過對(duì)隔離體的受力分析，并根據(jù)試驗(yàn)確定有關(guān)

10、內(nèi)力的分布和極值，建立三個(gè)平 衡方程求解，在確定極值時(shí),考慮平面應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度準(zhǔn)則，該方法可以 獲得較高計(jì)算精度,但計(jì)算復(fù)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(duì)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(duì)于混凝土的屈服條件采用“庫(kù)侖 假定”，即混凝土處于屈服應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，一點(diǎn)斜面上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力之間的關(guān) 系為R |=cq tan，當(dāng)結(jié)構(gòu)破壞時(shí)，形成一個(gè)機(jī)動(dòng)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(jìn)行求解，用此 理論來求解,只能得到極限荷載值，不能反映結(jié)構(gòu)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(duì)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(yīng)力開裂后，可以簡(jiǎn)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(gòu)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(shè)計(jì)梁腹部抗剪鋼筋，方法簡(jiǎn)單，但忽略了混凝土的抗拉 強(qiáng)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(yīng)力狀態(tài)不同所帶來的差別；在計(jì)算箍筋應(yīng)力時(shí) 沒有考慮腹板相

12、對(duì)剛度的影響；并且不能滿足變形協(xié)調(diào)條件。為了克服簡(jiǎn)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(duì)剛度影響的修正桁架模型。可以通過節(jié)點(diǎn)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(gè)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(jì)算簡(jiǎn)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(jī)理的復(fù)雜性和破壞時(shí)裂縫的差異，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際吻合較差。 桁架-拱理論P(yáng)ark和Pauly,認(rèn)為構(gòu)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(gòu)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(gòu)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?yàn)闃?gòu)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(gòu)件抗剪承載力隨著塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)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(gòu)件極限轉(zhuǎn)角有關(guān)的假定；采用對(duì)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(rèn)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(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)行為分析的一種重要方法，由于機(jī)理分析方 法的復(fù)雜和統(tǒng)計(jì)分析方法的局限，及對(duì)構(gòu)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(jié)構(gòu)時(shí),可以獲得詳盡的分析結(jié)果， 進(jìn)行大量的參數(shù)分析，并可以對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的受力行為進(jìn)行詳盡分析，但仍存 在一些如收斂性差，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等問題，隨著有限元理論，基本材料性能研究以 及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,非線性有限元將更廣泛的應(yīng)用于計(jì)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(guān)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(chǎng)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(jìn)材料抗 剪性能的研究。結(jié)語(yǔ)：本文介紹了怎樣應(yīng)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剪切破壞的幾種分析方法，盡管它 們不盡相同，但是對(duì)抗剪理論的研究產(chǎn)生了很大的推動(dòng)作用，并建立起了力學(xué)模 型，提出了完整而合理的理論方法，準(zhǔn)確分析了各因素的抗剪貢獻(xiàn)，這將對(duì)以后 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面抗剪