高强箍筋混凝土简支梁受剪性能试验研究

虞琼芳，陈长冰，花长城

（1.安徽审计职业学院 工程管理系，合肥 230601；2.合肥学院 城市建设与交通学院 ，合肥 230000；3.安徽合易建筑科技有限公司，合肥 230000）

梁构件是钢筋混凝土结构中重要的组成部分，其不仅能为结构提供一定的承载力，而且能够有效传递荷载作用。在建筑结构构件的强度设计中，除了进行必要的抗弯设计外，抗剪承载能力设计也必不可少。众所周知，剪切破坏是典型的脆性破坏，在发生破坏时没有明显的征兆，极易造成重大安全事故[1-2]。1955年，美国Wilkins空军仓库发生了屋顶垮塌事故，事故调查结果表明屋顶的钢筋混凝土梁所发生的剪切破坏是导致事故发生的最直接原因[3]。由于钢筋混凝土构件的剪切破坏受到众多因素的影响，受力机理复杂，现阶段主流的抗剪设计计算理论在实际应用过程中均产生了一定的局限性，使得剪切破坏问题成为混凝土结构中最具特色的问题之一[4]。

为了降低建筑业对资源的消耗，现阶段建筑材料正逐渐向高强、高性能方向发展[5]。在混凝土构件中用高强箍筋约束住混凝土，可以显著减少钢筋用量，提高混凝土的受力和变形性能；同时可以减小构件截面尺寸，显著改善目前钢筋混凝土框架结构构件中钢筋拥挤的现象，符合建筑节能、绿色建筑以及可持续发展战略目标的要求[6,7]。高强箍筋在结构构件受剪作用下能否充分利用其强度，同时在正常使用阶段能否满足裂缝宽度的要求，是高强箍筋工程应用需关注的问题。本文针对高强钢筋配置箍筋的混凝土简支梁受剪承载力进行了研究。

1 试验概况

1.1 试件

为探究不同混凝土强度及不同配箍率作用下配置高强箍筋梁的受剪力学性能，依据《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）[8]中相关条文规定，设计了6根矩形截面简支梁试件，剪跨比为2.5，其中梁长为3 600 mm，净跨为3 200 mm，截面尺寸为200 mm×400 mm，截面有效高度为360 mm。混凝土强度为C30、C40、C50，配箍率分别为0.30%、0.40%。图1展示了配箍率为0.40%试验梁截面尺寸及配筋情况，试件基本参数如表1所示。

表1 试件基本参数

1.2 加载与量测方案

试验通过两点对称的集中力方式进行加载，具体加载方案依据《混凝土结构试验方法标准》（GB/T 50152-2012）[9]来确定。为探究高强箍筋在剪力作用下能够充分发挥作用，在试验梁试件的加载点至支座位置处连线与箍筋相交处粘贴箍筋应变片。为观察试验中的挠度变化情况，在试件跨中位置处布置了位移测点，同时采用裂缝测宽仪来测量裂缝宽度，钢筋的应变片布置位置见图1。

本组患者采用表面麻醉,于术前8h开始肠道准备,其中胃镜治疗患者使用利多卡因胶浆进行表面麻醉,肠镜治疗患者使用卡丁因胶浆进行表面麻醉。

图1 试验梁截面尺寸及钢筋应变片布置（单位：mm）

1.3 材性试验

试验中混凝土强度等级为C30、C40和C50，依据《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T 50081-2002）[10]，在浇筑梁试件时预留了6个标准立方体试块（150 mm×150 mm×150 mm），与试验梁同条件下共同养护28 d后，测得预留的混凝土立方体抗压强度，得到混凝土材性试验结果见表2。

表2 混凝土材性试验结果

试验梁在正常使用极限状态下的剪力对比情况如表6所示。

表3 钢筋材性试验结果

2 试验结果分析

2.1 试验现象与破坏形态

调查显示，非英语专业本科生学习英语词汇主要依赖于教师的课堂教学和教材的内容，教师的词汇教学方法就显得尤为重要。比如，关于构词法的策略，不管是好学生多的A班还是差学生多的B班，作为授课教师，笔者在这个学年高度重视讲授和强调，调查显示已经有很大一部分学生能经常运用构词法策略来学习单词。所以，教师要注重教授学生词汇学习的策略，以帮助他们更有效地学习英语词汇。

对于配置500 MPa箍筋的钢筋混凝土梁，除了考虑承载力极限状态外，还要考虑其能否满足正常使用状态的要求，根据6根试验梁的试验数据来探究在外荷载作用下，500 MPa箍筋能否在正常使用阶段限制斜裂缝宽度上起到积极作用并符合规范要求。文中利用混凝土结构设计规范中计算公式，分别代入混凝土和箍筋的强度值，从而求得试验梁的抗剪强度，用梁的抗剪强度除以钢筋混凝土梁的安全系数1.55，即可求得梁构件在正常使用阶段的剪力，对比分析正常使用阶段的剪力Vs和试验测得的最大斜裂缝宽度为0.2 mm时所对应的的剪力值V0.2。

继续加载至极限荷载的90%时，斜裂缝的发展进入了不稳定的裂缝扩展阶段，此时斜裂缝宽度显著增加，并逐渐向加载点和支座处延伸，箍筋所受拉力逐渐增加，大部分箍筋的应变均达到了屈服应变，即箍筋强度能够得到有效利用，此时跨中受弯裂缝的高度和宽度发展较为缓慢。继续加载，斜裂缝宽度突然增加，上部剪压区混凝土被压碎，荷载急剧下降，试验梁发生剪切破坏，图2、图3分别展示了试验梁L6-0.30-50的破坏形态及其裂缝开展情况。

图2 试验梁L6-0.30-50的破坏

图3 试验梁L6-0.30-50的裂缝分布情况

2.2 荷载-挠度曲线

图4给出了6根试验梁试件的荷载-挠度变化曲线。在试验梁加载的全过程中，最初裂缝为细微裂缝，应力主要用混凝土承担，此时纵筋所承担的应力很小，逐级加载过程中，试验梁在纯弯段和弯剪段的细微裂缝逐渐发展成为梁体的主要裂缝。与此同时，荷载的承担对象由混凝土逐渐转向箍筋，梁体的挠度不断增加，在逐步加载至极限荷载过程中，试验梁产生明显的挠度直至发生破坏。

由图4的荷载-挠度曲线可以看出，6根试验梁试件的荷载-挠度增长规律基本一致，只是在极限荷载和最大挠度有所差异，其中配箍率为0.40%的L1、L2和L3的3根试验梁的挠度值比配箍率为0.30%的3根试验梁更大，展现出更好的延性性能。

在开始加载初期，梁试件处于弹性工作阶段，梁体表面尚未出现斜裂缝，此时试件的挠度及箍筋应变均较小。继续加载至极限荷载的10%～20%时，梁跨中纯弯段首先出现受拉裂缝，裂缝首先在梁底部出现，自下向上逐渐延伸，受弯区裂缝宽度约为0.01 mm～0.05 mm，裂缝高度约保持在40 mm～60 mm，相对于跨中位置处的受弯裂缝，剪跨区中部的裂缝宽度和高度增长较为缓慢。由于纵筋可以有效提供承载力并抑制裂缝的发展，此时纯弯段内的裂缝宽度较小，增长也较为缓慢，但随着逐级继续加载，裂缝的条数迅速增加，并向试件的两端逐渐发展。在斜裂缝正式形成之前，剪跨段内的受弯裂缝无明显倾斜，裂缝的发展方向基本沿垂直方向向上。

图4 试验梁试件荷载-挠度曲线

2.3 荷载-箍筋应变曲线

图5给出了试验梁的荷载-箍筋应变曲线变化关系。

图5 试验梁试件荷载-箍筋应变曲线

从图5中试件荷载-箍筋应变变化关系中可以看出，在试件开始加载后，试验梁中的箍筋应变很小，并未参与受力，甚至由于加载点与支座位置处局部集中荷载的作用，在斜裂缝出现之前，箍筋甚至会处于受压的应力状态，此时梁试件所承受的剪力近乎全部由混凝土来承担。继续加载至极限荷载的30%左右时，斜裂缝开始逐渐在试件的剪跨区段内出现，此时混凝土慢慢退出工作，与斜裂缝相交处的箍筋开始逐步取代混凝土来承受剪力。剪跨区段内箍筋其应变值逐渐增长，靠近加载点处的箍筋应变随着逐级加载而逐渐增加，而支座附近箍筋应变的变化并不显著。箍筋尚未屈服时，能显著限制斜裂缝的开展和延伸，这保证了荷载值可以继续增加。同时，箍筋应变值和梁的挠度随着试验加载也逐渐增大，这直接导致梁腹部区段的箍筋应力达到了最大值，首先发生屈服，随后剪切斜裂缝继续向两侧延伸，生成剪跨段通长的斜裂缝，此时梁上部剪压区的混凝土被压碎，最终梁试件产生破坏。

3 受剪性能分析

3.1 不同国家混凝土结构设计规范

① 中国GB 50010-2010规范 我国GB 50010-2010混凝土结构设计规范分混凝土项和箍筋项相叠加的形式中给出了集中荷载作用下的矩形、T形和I形截面的受弯构件斜截面受剪承载力计算方法，具体计算公式如下

②美国ACI 318-14规范 美国ACI 318-14混凝土结构设计标准[12]根据斜截面裂缝宽度随纵向受拉钢筋应力的增大而增大的现象，同时其会导致剪力沿斜裂缝传递能力的降低，因此采用了纵筋配筋率与广义剪跨比倒数乘积形式考虑该应变效应，在计算受弯构件受剪承载力时显式考虑了纵筋配筋率的影响，计算公式为：

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式中：Vc为受剪承载力设计值；λ为剪跨比，当λ＜1.5，取λ=1.5，当λ＞3.0时，取λ=3.0；βh为截面高度影响系数，0.8≤βh≤1.0；ft混凝土抗拉强度；b为截面宽度；h0为截面有效高度；ft为箍筋抗拉强度设计值；Asv为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；s为沿构件长度方向的箍筋间距。

2017年12月，新加坡大华银行（中国）有限公司昆明分行，至此云南已汇集了大华、马来亚、渣打、汇丰、恒生、东亚、泰京、开泰等8家外资银行（代表处）。外资银行的落户丰富了我省金融组织体系，有利于推动云南建设面向南亚东南亚辐射中心。

式中：fc’为混凝土圆柱体轴心抗压强度标准值；ρw为纵筋配筋率；Vu、Mu分别为计算截面的剪力值和弯矩值（对剪跨比大于2情况下，计算截面选取弯矩最大截面d处的截面）；bw为截面腹板宽度；d为截面有效高度；Av为箍筋截面面积；fyt为箍筋屈服强度。

③欧洲规范EN 1992-1-1: 2004 欧洲规范EN 1992-1-1: 2004[13]是在MC-90的基础上于2002年进行修订，对于有腹筋梁，规范计算公式忽略混凝土对受剪承载力的贡献，基于变角桁架模型得到箍筋屈服时的受剪承载力计算公式：

式中：Asv为箍筋截面积；fywd为箍筋屈服强度；θ为混凝土压杆倾角，其中1≤cotθ≤2.5。

我国《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）中规定，在一类环境下，钢筋混凝土梁其最大裂缝宽度限值取0.3 mm，以上为长期荷载作用下的限值，而在短期荷载作用下，普通钢筋混凝土梁的最大裂缝宽度限值应为0.2 mm。

3.2 受剪承载力分析

为了验证中美欧规范对于配置500 MPa箍筋的钢筋混凝土受弯构件的斜截面受剪承载力的计算的适用性，根据上述各国规范承载力计算公式计算了6根试验梁试件的受剪承载力，预测结果与试验实测值结果对比见表5。

表5 试验梁试件受剪承载力对比

由表5可见，试验梁实测的受剪承载力大小均大于规范计算值，由此可见中美欧规范公式都属于偏于安全的设计公式，试验实测值与预测值之比保持在0.36～0.58范围内，平均值有中国＞欧洲＞美国规范的相对关系，在这些规范中，美国规范设计公式最为安全，其次是欧洲规范和我国规范。同时美国规范的变异系数为0.05，在这些规范中最小，其预测计算稳定性最好。由此可见，配置500 MPa箍筋的混凝土梁其受剪承载力仍可按我国现行规范公式进行计算。

3.3 正常使用状态分析

孕产妇于入院后由护理人员介绍院内环境、责任护理人员、主管医生等,为孕产妇制定饮食计划,规划好作息时间,对孕产妇提出的问题耐心详细地解答,告知其在分娩中可能遇到的各种情况,提高孕产妇对分娩的认识度。

当加载至30%～40%极限荷载时，剪跨区段内突然出现斜裂缝，裂缝出现的初期，便有着较大的延伸长度，约为80 mm～150 mm。在斜裂缝出现时，箍筋的应力发生突变，此时剪力的承担对象由混凝土逐渐转向箍筋。在箍筋尚未屈服的条件下，由于箍筋能够较好地限制斜裂缝的发展与延伸，此时荷载可以进一步增加，与此同时，斜裂缝的发展则进入了一个较为稳定的阶段。

夫妻俩当然也有不同的地方，张允和是“诗化的人”，富于传统文化韵味，周有光则是“科学的人”，条理明晰，滔滔善辩。性格不同，并不相互抵触，而是相互补充，以音乐为例，他跟着她去听昆曲，她则跟着她一起听西洋音乐。

水云天苏醒过来，脸上已经显出辞世的倦容。老人睁开眼睛，显现出生命迹象，深情地望着林志。林志坐在床前，轻轻地说：“老师，您有什么事，吩咐我啊！”

试验选取了HPB 300级和HRB 500级两种钢筋，分别用作纵筋、箍筋和架立筋，直径分10 mm和20 mm四种，依据GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》[11]中测试方案要求，在进行材性试验过程中计算相同类型相同直径3根钢筋的屈服强度和极限强度的平均值，材性试验所得的强度实测值见表3。

表6 试验梁使用阶段剪力比较

由表6中试验梁在正常使用阶段的受剪承载力对比可以看出，采用500 MPa钢筋作为抗剪箍筋时，6根试验梁的Vs/V0.2比值保持在0.81～0.97范围内，由此可见采用500 MPa箍筋的钢筋混凝土梁能够满足正常使用极限状态下斜裂缝宽度限值的要求。

在诊断符合情况方面,100例患者中,诊断符合78例,其概率为78.00%,缺铁性贫血组、地中海贫血组数据对比性不佳,P>0.05,详细情况如表二所示:

2.2 两组患者疼痛情况对比 干预前，两组患者VAS评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。干预后，观察组患者评分低于对照组（P＜0.05）。见表2。

4 影响因素分析

4.1 配箍率

试验中设计了两种不同配箍率，分别为0.30%和0.40%，图6展示了试验梁的受剪承载力随箍筋配箍率的变化关系，由变化曲线可知受剪承载力随配箍率的增大而增大，在混凝土为C30、C40、C50的情况下，当配箍率由0.30%提高到0.40%时，受剪承载力分别提高了7.77%、18.68%、14.82%。分析曲线的变化趋势可以看出，在配置高强箍筋的钢筋混凝土梁中提高箍筋配置量可以显著提高构件的受剪承载力，但配箍率增大到一定程度时，其对受剪承载力的有效贡献作用不再显著。

图6 配箍率对试件受剪承载力的影响

4.2 混凝土强度

为探究混凝土强度对受剪承载力的影响规律，试验试件中设置有3种常用的混凝土强度，分别为常用的C30、C40、C50，图7给出了试验梁的受剪承载力随混凝土强度的变化关系。

分析图7中试验梁受剪承载力随混凝土强度的变化关系，可以看出受剪承载力随混凝土强度提高有着显著的提高趋势，但当混凝土强度超过一定值后，提高混凝土强度对受剪承载力的贡献作用不再显著。由机理分析可知，当混凝土强度达到一定值后，混凝土材料的脆性显著提升，其极易导致钢筋混凝土梁构件发生脆性破坏。

图7 混凝土强度对试件受剪承载力的影响

5 结论

①箍筋是钢筋混凝土梁受剪性能的主要影响因素之一，箍筋在梁抗剪中能够有效抑制斜裂缝的发展并改善裂缝表面的剪力传递性能，一定程度上直接决定混凝土剪压区高度；

②配置500 MPa箍筋的混凝土梁的受剪力学特征及破坏形态与普通钢筋混凝土梁相同，高强箍筋在受力过程中能够达到屈服，箍筋的强度可以得到充分利用，同时能够较好的满足正常使用阶段裂缝宽度要求；

③此类构件的受剪承载力仍可按照我国现行混凝土规范进行设计计算，且具有足够的安全储备；中美欧规范计算公式都属于偏于安全的设计公式，试验实测值与预测值之比保持在0.36～0.58，其中美国规范设计公式最为安全，其次是欧洲规范和我国规范，同时美国规范在这些规范中计算稳定性最好；

④随着配箍率的增大，配置500 MPa箍筋的混凝土梁受剪承载力随之增大，试验梁的受剪承载力约增长7.77%～18.68%；同时试验梁的受剪承载力随着混凝土强度提高而显著提高，但当混凝土强度超过一定值后，提高混凝土强度对受剪承载力的贡献作用不再显著。