輕骨料混凝土深梁抗剪性能研究★

丁雅博 戚利平 蔣凌云 羅 雯

(吉首大學(xué)張家界學(xué)院，湖南 張家界 427000)

0 引言

目前，由于對(duì)現(xiàn)代建筑空間使用功能要求增大，結(jié)構(gòu)所能承受荷載增加，故對(duì)梁的高度要求不斷的增大，當(dāng)梁構(gòu)件的截面高度和其長(zhǎng)度之比達(dá)到一定界限，便會(huì)形成高度較大的梁構(gòu)件。現(xiàn)階段的梁構(gòu)件由于其有效的截面廣泛的應(yīng)用于工程中，例如空間較大的結(jié)構(gòu)、高層建筑的地下室墻梁、轉(zhuǎn)換層梁、大型基礎(chǔ)梁以及水池的側(cè)墻等都是屬于深梁的內(nèi)容。

對(duì)于輕骨料混凝土深梁來(lái)說(shuō)，我國(guó)規(guī)范暫未有效的對(duì)輕骨料混凝土深梁的設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)定，因而輕骨料混凝土深梁暫時(shí)處于研究探索階段，對(duì)輕骨料混凝土梁的抗剪性能的影響研究較少。影響輕骨料混凝土梁抗剪承載力的因素有很多，現(xiàn)階段的研究主要針對(duì)混凝土的不同區(qū)別普通混凝土和輕骨料混凝土的抗剪性能，因此類(lèi)似于普通混凝土，輕骨料混凝土梁的主要因素包括截面高度、縱筋配筋率、混凝土強(qiáng)度、剪跨比等；輕骨料混凝土深梁受力機(jī)理較為復(fù)雜，現(xiàn)階段的混凝土抗剪試驗(yàn)結(jié)果離散性比較大，因此對(duì)于輕骨料混凝土深梁抗剪性能的研究是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題。本文通過(guò)已有的無(wú)腹筋輕骨料混凝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究混凝土強(qiáng)度、剪跨比、縱筋配筋率和截面高度對(duì)輕骨料混凝土深梁的影響，探討我國(guó)規(guī)范在深梁構(gòu)件當(dāng)中的運(yùn)用。

1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

我國(guó)規(guī)范GB 50010—2010[1]附錄G規(guī)定：當(dāng)梁的跨度與高度之比小于等于5時(shí)，可以按照深受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，這是由于這種構(gòu)件不再符合平截面假定的內(nèi)容，其受力性能與一般梁存在著差異，故我國(guó)規(guī)范通過(guò)單列附錄對(duì)深受彎構(gòu)件的抗剪加以區(qū)別，并給出專(zhuān)門(mén)的定義予以解釋。

同樣，在國(guó)外的規(guī)范當(dāng)中也有類(lèi)似的規(guī)定,比如美國(guó)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范ACI 318—11中規(guī)定：當(dāng)梁的跨高比小于等于4或從支座點(diǎn)到構(gòu)件中心加載點(diǎn)兩倍高度范圍內(nèi)存在集中荷載的梁即為深梁；而對(duì)于歐洲混凝土規(guī)范EN2004—1—1規(guī)定了深梁的定義為構(gòu)件跨度小于截面高度的3倍[2,3]。

由于各國(guó)規(guī)范對(duì)深梁的定義不統(tǒng)一，本文收集的總計(jì)53根輕骨料混凝土試件[4-11]均要求滿(mǎn)足以下條件：1)試件的剪跨比均不大于2.5；2)試件為矩形的簡(jiǎn)支梁，且截面高度不少于100 mm；3)輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度不少于20 MPa；4)試件為無(wú)腹筋混凝土梁，且縱筋為非預(yù)應(yīng)力鋼筋；5)加載方式為集中荷載作用下的加載；6)試件破壞結(jié)果為剪切破壞且數(shù)據(jù)滿(mǎn)足計(jì)算分析的需要。

2 輕骨料混凝土深梁影響因素分析

2.1 混凝土強(qiáng)度的影響因素分析

為分析混凝土強(qiáng)度對(duì)輕骨料深梁構(gòu)件受剪承載力的影響，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與混凝土強(qiáng)度的計(jì)算分析，得到試件的混凝土強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度(Vu/bh0)的影響如圖1a)所示，由圖1a)可知，試件主要集中在C20～C40，結(jié)果呈不均勻性，總的來(lái)說(shuō)，隨著混凝土強(qiáng)度的增大，試件剪切強(qiáng)度呈增大的趨勢(shì)，即表明混凝土抗壓強(qiáng)度能顯著的影響輕骨料混凝土深梁構(gòu)件的受剪承載力。

2.2 剪跨比的影響因素分析

為分析剪跨比對(duì)輕骨料混凝土試件的受剪承載力的影響，通過(guò)對(duì)試件數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，圖1b)給出了剪跨比與試件名義剪切強(qiáng)度的影響關(guān)系圖；圖1b)表明，隨著剪跨比的增加，輕骨料混凝土試件的名義剪切強(qiáng)度有減小趨勢(shì)，這說(shuō)明了剪跨比對(duì)輕骨料混凝土深梁的影響顯著，并影響著深梁的破壞模式。

2.3 縱筋配筋率的影響因素分析

已有的研究表明，鋼筋混凝土梁將隨著縱筋配筋率的增加，構(gòu)件受剪承載力呈線(xiàn)性增加，特別是對(duì)于剪跨比較小梁來(lái)說(shuō)，縱筋配筋率將會(huì)顯著影響梁構(gòu)件的受剪承載力。故為分析配筋率對(duì)輕骨料混凝土深梁受剪承載力的影響，圖1c)給出了縱筋配筋率與試件名義剪切強(qiáng)度的變化規(guī)律，由圖1c)可知，隨著縱筋配筋率的增加，名義剪應(yīng)力呈上升趨勢(shì)。

2.4 截面高度的影響因素分析

我國(guó)規(guī)范GB 50010—2010對(duì)試件高度考慮了“尺寸效應(yīng)”的現(xiàn)象，但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)深梁構(gòu)件的抗剪能力的試驗(yàn)開(kāi)展較少，故對(duì)高度引起的“尺寸效應(yīng)”研究資料比較匱乏。通過(guò)對(duì)試件的計(jì)算分析，輕骨料混凝土試驗(yàn)梁有效高度與試件名義剪切強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖1d)所示，由圖1d)可知，隨著截面高度的增大，試件名義剪切強(qiáng)度略呈下降的趨勢(shì)，這是由于截面高度主要集中在200 mm～400 mm，截面高度較小，且變化較小，影響不顯著。

3 我國(guó)規(guī)范關(guān)于深受彎構(gòu)件抗剪的設(shè)計(jì)

現(xiàn)行規(guī)范GB 50010—2010附錄G規(guī)定集中荷載作用的深受彎構(gòu)件的受剪承載力公式為：

(1)

其中,a為集中荷載作用點(diǎn)到深受彎構(gòu)件支座處的水平距離；λ的上限值為(0.92l0/h-1.58)，其下限值為(0.42l0/h-0.58)，當(dāng)跨高比小于2時(shí)，取2。

對(duì)于輕骨料混凝土深梁來(lái)說(shuō)，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的JGJ 12—2006輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[12]，我國(guó)規(guī)范暫未有效的對(duì)輕骨料混凝土深梁的設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)定，根據(jù)淺梁的相關(guān)規(guī)定，將混凝土項(xiàng)折減0.85，對(duì)已搜集到的輕骨料混凝土深梁數(shù)據(jù)根據(jù)我國(guó)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算分析，分析結(jié)果如圖2所示：平均值為1.61，標(biāo)準(zhǔn)差為0.68，變異系數(shù)為0.42，不合格率為13.2%，表明我國(guó)規(guī)范較為保守，準(zhǔn)確度和離散程度均不夠理想。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)輕骨料混凝土深梁抗剪承載力影響關(guān)系分析表明：隨著混凝土強(qiáng)度的增大，試件剪切強(qiáng)度呈增大的趨勢(shì)；并且隨著剪跨比的增加，試件名義剪切強(qiáng)度呈減小的趨勢(shì)；剪跨比和混凝土強(qiáng)度均對(duì)輕骨料混凝土深梁構(gòu)件受剪承載力影響較為顯著；縱筋配筋率的增加，名義剪應(yīng)力呈上升趨勢(shì)，隨著截面高度的增大，試件名義剪切強(qiáng)度略呈下降的趨勢(shì)，由于截面高度較小，且變化較小，影響不顯著。通過(guò)采用我國(guó)規(guī)范公式的計(jì)算模型，對(duì)無(wú)腹筋輕骨料混凝土的抗剪承載力進(jìn)行分析，結(jié)果表明，我國(guó)規(guī)范預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度和離散程度均不夠理想,關(guān)于無(wú)腹筋輕骨料混凝土深梁抗剪承載力的研究還有待進(jìn)一步的完善。