高強箍筋混凝土簡支梁受剪性能試驗研究

虞瓊芳，陳長冰，花長城

（1.安徽審計職業學院 工程管理系，合肥 230601；2.合肥學院 城市建設與交通學院 ，合肥 230000；3.安徽合易建筑科技有限公司，合肥 230000）

梁構件是鋼筋混凝土結構中重要的組成部分，其不僅能為結構提供一定的承載力，而且能夠有效傳遞荷載作用。在建筑結構構件的強度設計中，除了進行必要的抗彎設計外，抗剪承載能力設計也必不可少。眾所周知，剪切破壞是典型的脆性破壞，在發生破壞時沒有明顯的征兆，極易造成重大安全事故[1-2]。1955年，美國Wilkins空軍倉庫發生了屋頂垮塌事故，事故調查結果表明屋頂的鋼筋混凝土梁所發生的剪切破壞是導致事故發生的最直接原因[3]。由于鋼筋混凝土構件的剪切破壞受到眾多因素的影響，受力機理復雜，現階段主流的抗剪設計計算理論在實際應用過程中均產生了一定的局限性，使得剪切破壞問題成為混凝土結構中最具特色的問題之一[4]。

為了降低建筑業對資源的消耗，現階段建筑材料正逐漸向高強、高性能方向發展[5]。在混凝土構件中用高強箍筋約束住混凝土，可以顯著減少鋼筋用量，提高混凝土的受力和變形性能；同時可以減小構件截面尺寸，顯著改善目前鋼筋混凝土框架結構構件中鋼筋擁擠的現象，符合建筑節能、綠色建筑以及可持續發展戰略目標的要求[6,7]。高強箍筋在結構構件受剪作用下能否充分利用其強度，同時在正常使用階段能否滿足裂縫寬度的要求，是高強箍筋工程應用需關注的問題。本文針對高強鋼筋配置箍筋的混凝土簡支梁受剪承載力進行了研究。

1 試驗概況

1.1 試件

為探究不同混凝土強度及不同配箍率作用下配置高強箍筋梁的受剪力學性能，依據《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）[8]中相關條文規定，設計了6根矩形截面簡支梁試件，剪跨比為2.5，其中梁長為3 600 mm，凈跨為3 200 mm，截面尺寸為200 mm×400 mm，截面有效高度為360 mm。混凝土強度為C30、C40、C50，配箍率分別為0.30%、0.40%。圖1展示了配箍率為0.40%試驗梁截面尺寸及配筋情況，試件基本參數如表1所示。

表1 試件基本參數

1.2 加載與量測方案

試驗通過兩點對稱的集中力方式進行加載，具體加載方案依據《混凝土結構試驗方法標準》（GB/T 50152-2012）[9]來確定。為探究高強箍筋在剪力作用下能夠充分發揮作用，在試驗梁試件的加載點至支座位置處連線與箍筋相交處粘貼箍筋應變片。為觀察試驗中的撓度變化情況，在試件跨中位置處布置了位移測點，同時采用裂縫測寬儀來測量裂縫寬度，鋼筋的應變片布置位置見圖1。

本組患者采用表面麻醉,于術前8h開始腸道準備,其中胃鏡治療患者使用利多卡因膠漿進行表面麻醉,腸鏡治療患者使用卡丁因膠漿進行表面麻醉。

圖1 試驗梁截面尺寸及鋼筋應變片布置（單位：mm）

1.3 材性試驗

試驗中混凝土強度等級為C30、C40和C50，依據《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB/T 50081-2002）[10]，在澆筑梁試件時預留了6個標準立方體試塊（150 mm×150 mm×150 mm），與試驗梁同條件下共同養護28 d后，測得預留的混凝土立方體抗壓強度，得到混凝土材性試驗結果見表2。

表2 混凝土材性試驗結果

試驗梁在正常使用極限狀態下的剪力對比情況如表6所示。

表3 鋼筋材性試驗結果

2 試驗結果分析

2.1 試驗現象與破壞形態

調查顯示，非英語專業本科生學習英語詞匯主要依賴于教師的課堂教學和教材的內容，教師的詞匯教學方法就顯得尤為重要。比如，關于構詞法的策略，不管是好學生多的A班還是差學生多的B班，作為授課教師，筆者在這個學年高度重視講授和強調，調查顯示已經有很大一部分學生能經常運用構詞法策略來學習單詞。所以，教師要注重教授學生詞匯學習的策略，以幫助他們更有效地學習英語詞匯。

對于配置500 MPa箍筋的鋼筋混凝土梁，除了考慮承載力極限狀態外，還要考慮其能否滿足正常使用狀態的要求，根據6根試驗梁的試驗數據來探究在外荷載作用下，500 MPa箍筋能否在正常使用階段限制斜裂縫寬度上起到積極作用并符合規范要求。文中利用混凝土結構設計規范中計算公式，分別代入混凝土和箍筋的強度值，從而求得試驗梁的抗剪強度，用梁的抗剪強度除以鋼筋混凝土梁的安全系數1.55，即可求得梁構件在正常使用階段的剪力，對比分析正常使用階段的剪力Vs和試驗測得的最大斜裂縫寬度為0.2 mm時所對應的的剪力值V0.2。

繼續加載至極限荷載的90%時，斜裂縫的發展進入了不穩定的裂縫擴展階段，此時斜裂縫寬度顯著增加，并逐漸向加載點和支座處延伸，箍筋所受拉力逐漸增加，大部分箍筋的應變均達到了屈服應變，即箍筋強度能夠得到有效利用，此時跨中受彎裂縫的高度和寬度發展較為緩慢。繼續加載，斜裂縫寬度突然增加，上部剪壓區混凝土被壓碎，荷載急劇下降，試驗梁發生剪切破壞，圖2、圖3分別展示了試驗梁L6-0.30-50的破壞形態及其裂縫開展情況。

圖2 試驗梁L6-0.30-50的破壞

圖3 試驗梁L6-0.30-50的裂縫分布情況

2.2 荷載-撓度曲線

圖4給出了6根試驗梁試件的荷載-撓度變化曲線。在試驗梁加載的全過程中，最初裂縫為細微裂縫，應力主要用混凝土承擔，此時縱筋所承擔的應力很小，逐級加載過程中，試驗梁在純彎段和彎剪段的細微裂縫逐漸發展成為梁體的主要裂縫。與此同時，荷載的承擔對象由混凝土逐漸轉向箍筋，梁體的撓度不斷增加，在逐步加載至極限荷載過程中，試驗梁產生明顯的撓度直至發生破壞。

由圖4的荷載-撓度曲線可以看出，6根試驗梁試件的荷載-撓度增長規律基本一致，只是在極限荷載和最大撓度有所差異，其中配箍率為0.40%的L1、L2和L3的3根試驗梁的撓度值比配箍率為0.30%的3根試驗梁更大，展現出更好的延性性能。

在開始加載初期，梁試件處于彈性工作階段，梁體表面尚未出現斜裂縫，此時試件的撓度及箍筋應變均較小。繼續加載至極限荷載的10%～20%時，梁跨中純彎段首先出現受拉裂縫，裂縫首先在梁底部出現，自下向上逐漸延伸，受彎區裂縫寬度約為0.01 mm～0.05 mm，裂縫高度約保持在40 mm～60 mm，相對于跨中位置處的受彎裂縫，剪跨區中部的裂縫寬度和高度增長較為緩慢。由于縱筋可以有效提供承載力并抑制裂縫的發展，此時純彎段內的裂縫寬度較小，增長也較為緩慢，但隨著逐級繼續加載，裂縫的條數迅速增加，并向試件的兩端逐漸發展。在斜裂縫正式形成之前，剪跨段內的受彎裂縫無明顯傾斜，裂縫的發展方向基本沿垂直方向向上。

圖4 試驗梁試件荷載-撓度曲線

2.3 荷載-箍筋應變曲線

圖5給出了試驗梁的荷載-箍筋應變曲線變化關系。

圖5 試驗梁試件荷載-箍筋應變曲線

從圖5中試件荷載-箍筋應變變化關系中可以看出，在試件開始加載后，試驗梁中的箍筋應變很小，并未參與受力，甚至由于加載點與支座位置處局部集中荷載的作用，在斜裂縫出現之前，箍筋甚至會處于受壓的應力狀態，此時梁試件所承受的剪力近乎全部由混凝土來承擔。繼續加載至極限荷載的30%左右時，斜裂縫開始逐漸在試件的剪跨區段內出現，此時混凝土慢慢退出工作，與斜裂縫相交處的箍筋開始逐步取代混凝土來承受剪力。剪跨區段內箍筋其應變值逐漸增長，靠近加載點處的箍筋應變隨著逐級加載而逐漸增加，而支座附近箍筋應變的變化并不顯著。箍筋尚未屈服時，能顯著限制斜裂縫的開展和延伸，這保證了荷載值可以繼續增加。同時，箍筋應變值和梁的撓度隨著試驗加載也逐漸增大，這直接導致梁腹部區段的箍筋應力達到了最大值，首先發生屈服，隨后剪切斜裂縫繼續向兩側延伸，生成剪跨段通長的斜裂縫，此時梁上部剪壓區的混凝土被壓碎，最終梁試件產生破壞。

3 受剪性能分析

3.1 不同國家混凝土結構設計規范

① 中國GB 50010-2010規范 我國GB 50010-2010混凝土結構設計規范分混凝土項和箍筋項相疊加的形式中給出了集中荷載作用下的矩形、T形和I形截面的受彎構件斜截面受剪承載力計算方法，具體計算公式如下

②美國ACI 318-14規范 美國ACI 318-14混凝土結構設計標準[12]根據斜截面裂縫寬度隨縱向受拉鋼筋應力的增大而增大的現象，同時其會導致剪力沿斜裂縫傳遞能力的降低，因此采用了縱筋配筋率與廣義剪跨比倒數乘積形式考慮該應變效應，在計算受彎構件受剪承載力時顯式考慮了縱筋配筋率的影響，計算公式為：

ABB集團亞洲、中東及非洲區總裁顧純元博士表示：“我們對中國經濟發展的未來充滿信心，并持續投資于這一充滿前景的關鍵市場，進一步優化ABB在華業務布局和提升本土創新能力，踐行我們‘在中國，為中國和世界’的長期承諾和發展戰略。未來，ABB將繼續致力于成為中國用戶的優選合作伙伴，利用ABB AbilityTM數字化解決方案全力支持中國企業提升能效和生產效率，加快轉型升級和開拓海外市場。”

式中：Vc為受剪承載力設計值；λ為剪跨比，當λ＜1.5，取λ=1.5，當λ＞3.0時，取λ=3.0；βh為截面高度影響系數，0.8≤βh≤1.0；ft混凝土抗拉強度；b為截面寬度；h0為截面有效高度；ft為箍筋抗拉強度設計值；Asv為配置在同一截面內箍筋各肢的全部截面面積；s為沿構件長度方向的箍筋間距。

2017年12月，新加坡大華銀行（中國）有限公司昆明分行，至此云南已匯集了大華、馬來亞、渣打、匯豐、恒生、東亞、泰京、開泰等8家外資銀行（代表處）。外資銀行的落戶豐富了我省金融組織體系，有利于推動云南建設面向南亞東南亞輻射中心。

式中：fc’為混凝土圓柱體軸心抗壓強度標準值；ρw為縱筋配筋率；Vu、Mu分別為計算截面的剪力值和彎矩值（對剪跨比大于2情況下，計算截面選取彎矩最大截面d處的截面）；bw為截面腹板寬度；d為截面有效高度；Av為箍筋截面面積；fyt為箍筋屈服強度。

③歐洲規范EN 1992-1-1: 2004 歐洲規范EN 1992-1-1: 2004[13]是在MC-90的基礎上于2002年進行修訂，對于有腹筋梁，規范計算公式忽略混凝土對受剪承載力的貢獻，基于變角桁架模型得到箍筋屈服時的受剪承載力計算公式：

式中：Asv為箍筋截面積；fywd為箍筋屈服強度；θ為混凝土壓桿傾角，其中1≤cotθ≤2.5。

我國《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）中規定，在一類環境下，鋼筋混凝土梁其最大裂縫寬度限值取0.3 mm，以上為長期荷載作用下的限值，而在短期荷載作用下，普通鋼筋混凝土梁的最大裂縫寬度限值應為0.2 mm。

3.2 受剪承載力分析

為了驗證中美歐規范對于配置500 MPa箍筋的鋼筋混凝土受彎構件的斜截面受剪承載力的計算的適用性，根據上述各國規范承載力計算公式計算了6根試驗梁試件的受剪承載力，預測結果與試驗實測值結果對比見表5。

表5 試驗梁試件受剪承載力對比

由表5可見，試驗梁實測的受剪承載力大小均大于規范計算值，由此可見中美歐規范公式都屬于偏于安全的設計公式，試驗實測值與預測值之比保持在0.36～0.58范圍內，平均值有中國＞歐洲＞美國規范的相對關系，在這些規范中，美國規范設計公式最為安全，其次是歐洲規范和我國規范。同時美國規范的變異系數為0.05，在這些規范中最小，其預測計算穩定性最好。由此可見，配置500 MPa箍筋的混凝土梁其受剪承載力仍可按我國現行規范公式進行計算。

3.3 正常使用狀態分析

孕產婦于入院后由護理人員介紹院內環境、責任護理人員、主管醫生等,為孕產婦制定飲食計劃,規劃好作息時間,對孕產婦提出的問題耐心詳細地解答,告知其在分娩中可能遇到的各種情況,提高孕產婦對分娩的認識度。

當加載至30%～40%極限荷載時，剪跨區段內突然出現斜裂縫，裂縫出現的初期，便有著較大的延伸長度，約為80 mm～150 mm。在斜裂縫出現時，箍筋的應力發生突變，此時剪力的承擔對象由混凝土逐漸轉向箍筋。在箍筋尚未屈服的條件下，由于箍筋能夠較好地限制斜裂縫的發展與延伸，此時荷載可以進一步增加，與此同時，斜裂縫的發展則進入了一個較為穩定的階段。

夫妻倆當然也有不同的地方，張允和是“詩化的人”，富于傳統文化韻味，周有光則是“科學的人”，條理明晰，滔滔善辯。性格不同，并不相互抵觸，而是相互補充，以音樂為例，他跟著她去聽昆曲，她則跟著她一起聽西洋音樂。

水云天蘇醒過來，臉上已經顯出辭世的倦容。老人睜開眼睛，顯現出生命跡象，深情地望著林志。林志坐在床前，輕輕地說：“老師，您有什么事，吩咐我啊！”

試驗選取了HPB 300級和HRB 500級兩種鋼筋，分別用作縱筋、箍筋和架立筋，直徑分10 mm和20 mm四種，依據GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》[11]中測試方案要求，在進行材性試驗過程中計算相同類型相同直徑3根鋼筋的屈服強度和極限強度的平均值，材性試驗所得的強度實測值見表3。

表6 試驗梁使用階段剪力比較

由表6中試驗梁在正常使用階段的受剪承載力對比可以看出，采用500 MPa鋼筋作為抗剪箍筋時，6根試驗梁的Vs/V0.2比值保持在0.81～0.97范圍內，由此可見采用500 MPa箍筋的鋼筋混凝土梁能夠滿足正常使用極限狀態下斜裂縫寬度限值的要求。

在診斷符合情況方面,100例患者中,診斷符合78例,其概率為78.00%,缺鐵性貧血組、地中海貧血組數據對比性不佳,P>0.05,詳細情況如表二所示:

2.2 兩組患者疼痛情況對比 干預前，兩組患者VAS評分比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。干預后，觀察組患者評分低于對照組（P＜0.05）。見表2。

4 影響因素分析

4.1 配箍率

試驗中設計了兩種不同配箍率，分別為0.30%和0.40%，圖6展示了試驗梁的受剪承載力隨箍筋配箍率的變化關系，由變化曲線可知受剪承載力隨配箍率的增大而增大，在混凝土為C30、C40、C50的情況下，當配箍率由0.30%提高到0.40%時，受剪承載力分別提高了7.77%、18.68%、14.82%。分析曲線的變化趨勢可以看出，在配置高強箍筋的鋼筋混凝土梁中提高箍筋配置量可以顯著提高構件的受剪承載力，但配箍率增大到一定程度時，其對受剪承載力的有效貢獻作用不再顯著。

圖6 配箍率對試件受剪承載力的影響

4.2 混凝土強度

為探究混凝土強度對受剪承載力的影響規律，試驗試件中設置有3種常用的混凝土強度，分別為常用的C30、C40、C50，圖7給出了試驗梁的受剪承載力隨混凝土強度的變化關系。

分析圖7中試驗梁受剪承載力隨混凝土強度的變化關系，可以看出受剪承載力隨混凝土強度提高有著顯著的提高趨勢，但當混凝土強度超過一定值后，提高混凝土強度對受剪承載力的貢獻作用不再顯著。由機理分析可知，當混凝土強度達到一定值后，混凝土材料的脆性顯著提升，其極易導致鋼筋混凝土梁構件發生脆性破壞。

圖7 混凝土強度對試件受剪承載力的影響

5 結論

①箍筋是鋼筋混凝土梁受剪性能的主要影響因素之一，箍筋在梁抗剪中能夠有效抑制斜裂縫的發展并改善裂縫表面的剪力傳遞性能，一定程度上直接決定混凝土剪壓區高度；

②配置500 MPa箍筋的混凝土梁的受剪力學特征及破壞形態與普通鋼筋混凝土梁相同，高強箍筋在受力過程中能夠達到屈服，箍筋的強度可以得到充分利用，同時能夠較好的滿足正常使用階段裂縫寬度要求；

③此類構件的受剪承載力仍可按照我國現行混凝土規范進行設計計算，且具有足夠的安全儲備；中美歐規范計算公式都屬于偏于安全的設計公式，試驗實測值與預測值之比保持在0.36～0.58，其中美國規范設計公式最為安全，其次是歐洲規范和我國規范，同時美國規范在這些規范中計算穩定性最好；

④隨著配箍率的增大，配置500 MPa箍筋的混凝土梁受剪承載力隨之增大，試驗梁的受剪承載力約增長7.77%～18.68%；同時試驗梁的受剪承載力隨著混凝土強度提高而顯著提高，但當混凝土強度超過一定值后，提高混凝土強度對受剪承載力的貢獻作用不再顯著。