疊合梁的疊合面及斜截面抗剪效應特征分析★

姜 宇 丁圣果

(1.貴州省城鄉規劃設計研究院,貴州 貴陽 550003； 2.貴州大學土木建筑工程學院，貴州 貴陽 550025)

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疊合梁的疊合面及斜截面抗剪效應特征分析★

姜 宇1丁圣果2

(1.貴州省城鄉規劃設計研究院,貴州 貴陽 550003； 2.貴州大學土木建筑工程學院，貴州 貴陽 550025)

基于無腹筋梁疊合面剪應力理論，分析了受彎構件疊合面的抗剪承載力，并將國內外對無腹筋梁(板)斜截面混凝土抗剪承載力的規范要求進行了比較，為我國相關規范的修訂提供參考。

疊合面，剪應力，承載力，混凝土構件

0 引言

在既有建筑加固改造工程中，梁、板常采用增大截面加固，在裝配式建筑工程中,二次現澆的疊合樓蓋板應用也頗為頻繁。根據現行規范[1]中有關彎曲疊合構件抗剪的設計規定，并結合我們的加固工程經驗，應用經典材料力學理論對混凝土疊合梁進行了計算分析，并總結這類梁在彎、剪狀態的效應特征。

1 基本假設

1)平截面假設，梁彎曲變形后的截面仍保持平面;2)內力及變形遵循彈性規律，對無腹筋梁抗剪按材料力學理論分析。

2 疊合面的抗剪分析

2.1 無腹筋梁疊合面剪應力理論分析

對于無腹筋疊合梁、板構件，按材料力學理論分析正截面剪應力計算式為：

(1)

根據剪應力互等定侓，該式也是距中性軸y處疊合面的剪應力(見圖1)。

代入式(1)可計算得疊合面處剪應力：

(2)

(3)

2.2 受彎構件疊合面抗剪承載力比較

按現行規范[1]對板疊合面抗剪強度條件為：

(4)

對于疊合梁混凝土的疊合面抗剪強度條件為：

(5)

我國現行規范[1]對疊合面受剪承載力計算式(4)，式(5)是以摩擦傳力模型為基礎，根據疊合構件試驗結果和剪切摩檫試驗結果給出的，式(4)暫不與混凝土強度等級掛勾，是考慮為今后將集中力與分布力引起的抗剪承載力公式統一的后繼發展研究留有余地，是一個過渡性公式。而加固規范[2]對疊合面抗剪未作明確規定。

無論是疊合梁或疊合板，設置垂直于疊合面拉結筋的做法從構造要求上是必要的。對于加固梁，在原梁箍上逐一焊接延伸到疊合層內，一般能達到這一構造要求。但對于疊合板，規范[1]僅在9.5.2.2條中對承受較大荷載板提出宜在預制底板上設置伸入疊合層的構造鋼筋，文獻[3]也要求垂直于疊合面植入φ6@600構造筋。但根據本文前面的分析， 板加厚截面的加固工程中有可能造成剪力較大的板邊疊合層抗剪薄弱。這種新舊混凝土間的拉結不僅能顯著提高組合構件的抗彎承載力，且拉結鋼筋的銷釘作用對疊合面的抗剪承載力貢獻也是十分重要的。美國規范[4]在摩擦抗剪設計方法的11.7.4.1條中明確給出摩擦抗剪所需垂直于剪切面鋼筋量：

(6)

其中，Vn為名義剪力； fy為鋼筋屈服強度設計值；μ為摩擦系數,按規范[4]要求：μ=0.6λ，φ=0.75。對于常規板[7]，取Vn=(0.4～1.1)×105N，試按式(6)計算疊合面所需HPB300拉結筋，計算得每米板寬新、舊混凝土間拉結筋：Avf=(0.4～1.1)×74.074mm2，相當于φ6@100～φ12@100。我國規范[1,2]對新舊混凝土之間的拉結未提出定量標準。根據我們在眾多板加固工程中的經驗總結，建議板疊合層植入φ6@100～200梅花布置的拉結筋。

3 國內外對無腹筋梁(板)斜截面混凝土抗剪承載力的比較

與歐美規范的比較。我國規范[1]對受彎構件的剪切抗力項是分混凝土和腹筋的貢獻分列的,無腹筋梁的混凝土抗剪切應力為：

fcu=0.7βhft

(7)

fuc=ck(100ρlfck)1/3

(8)

按美國規范[4],斜截面混凝土抗剪切應力為:

(9)

表1給出按式(7)～式(9)計算得出的斜截面抗剪許容應力比較。

表1 不同規范斜截面抗剪應力比較

式(8)及式(9)表現出歐美規范對混凝土梁板斜截面抗剪強度與縱筋配筋率、混凝土強度等級、構件可靠度、截面高度的相關性。相對于按歐、美規范，我國規范計算的混凝土剪切抗力值大11%～30%,表現出國外規范較國內具有更高的安全儲備。事實上，由于受彎構件受剪破壞的因素較多，破壞形態復雜，至今對混凝土構件受剪破壞的機理認識尚不充分，未能像正截面承載力計算一樣建立完整的理論體系。圖2給出歐規范1992-1-1∶2004的無腹筋抗剪強度頻率分布的試驗結果統計[7]，表現出受彎構件抗剪承載力離散性較大特點。

4 結論

2)在加固工程中，無論是疊合梁或疊合板，在疊合面設置垂直于疊合面拉結筋是必要的構造措施，這一措施不僅能有效提高疊合面摩擦抗剪性能，且對有效提高正截面抗彎、斜截面抗剪性能也是十分必要的。

4)無腹筋受彎構件斜截面上混凝土的抗剪強度不僅與混凝土強度相關，尚與縱筋配筋率、截面高度、構件可靠度、剪跨比等因素相關。

5)歐洲規范與美國規范計算的無腹筋受彎構件的混凝土斜截面抗剪強度較為接近，且均顯著小于我國現行規范對斜截面混凝土抗剪強度的限值：fuc=0.7βhft。

[1]GB50010—2010，混凝土結構設計規范[S] .

[2]GB50367—2013，混凝土結構加固設計規范[S].

[3]TU370.4/46,混凝土結構加固構造圖集[M].北京：中國電力出版社,2008.

[4]ACI318M-05，Buldingcoderequirementsforstructuralconcreteandcommentary[S].

[5] 貢金鑫,車 軼,李榮慶.混凝土結構設計:按歐洲規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[6]Exampleforthedesignofconcretebuildings.basedonpublicationDDENV1992-1-1:1992Eurocode2 .publishedbybritithcementAssociationOVEApruandpartenerandS.BTietzpartener.

[7] 黃菊華, 錢應平, 李厚民.不同形式疊合梁的應力分析[J].湖北工業大學學報,2008,23(6)：3.

Analysis of shear effect of superposition surface for superposition beam★

Jiang Yu1Ding Shengguo2

(1.Urban and Rural Planning and Design Institute of Guizhou Province, Guiyang 550003, China; 2.College of Civil Engineering of Guizhou University, Guiyang 550025, China)

Based on the non-reinforced beam superposition shear theory, the paper analyzes the shear loading capacity of the superposition of the bended component, and compares the shear loading capacity of the non-reinforced beam inclined section concrete at home and abroad, so as to provide some reference for the related regulations in China.

superposition, shearing stress, loading capacity, concrete component

1009-6825(2017)08-0037-03

2017-01-06★：貴州省科學技術基金項目(合同編號：黔科合J字[2011]2014號)

姜 宇(1979- )，男，碩士，工程師，國家一級注冊結構工程師； 丁圣果(1947- )，男，碩士，教授

TU311

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