馮浩雄，張為民，黃 河

(1．益陽市交通建設工程試驗檢測有限公司，湖南 益陽 413000；2．湖南城市學院 土木工程工程學院，湖南 益陽413000；3．新田縣城市建設投資發(fā)展集團公司，湖南 新田 425700；4．益陽市市政工程建設公司，湖南 益陽 413000)

基于橋梁設計規(guī)范的鋼筋混凝土T梁抗剪承載力尺寸效應影響研究

馮浩雄1,2，張為民3*，黃 河4

(1．益陽市交通建設工程試驗檢測有限公司，湖南 益陽 413000；2．湖南城市學院 土木工程工程學院，湖南 益陽413000；3．新田縣城市建設投資發(fā)展集團公司，湖南 新田 425700；4．益陽市市政工程建設公司，湖南 益陽 413000)

結合橋梁設計規(guī)范對鋼筋混凝土T梁的抗剪承載力進行了研究﹒收集整理了60根T形梁試驗數據和1根矩形梁抗剪試驗數據，對不同尺寸效應影響的鋼筋混凝土T梁抗剪承載力進行了分析研究，結果表明了翼緣寬度、腹板寬度、梁高對鋼筋混凝土T梁的抗剪有明顯的尺寸效應.

橋梁設計規(guī)范；鋼筋混凝土T梁；抗剪承載力；尺寸效應

鋼筋混凝土梁的抗剪承載力是混凝土結構中的經典問題之一．影響鋼筋混凝土梁的抗剪承載力因素很多，如混凝土強度、縱筋率、配箍率、預應力度、尺寸大小、剪跨比等．鋼筋混凝土梁的破壞形態(tài)復雜，抗承載理論模型也很多，如桁架模型、(修正)壓力場理論、桁架-拱模型、極限平衡理論、統(tǒng)計分析法等．各國規(guī)范對抗剪承載力的計算也各不相同，國內有混凝土結構設計規(guī)范和橋梁設計規(guī)范，國外有美國的ACI、AASHTO、歐洲規(guī)范、英國規(guī)范、加拿大規(guī)范CSA等，均沒有建立一套較完整的理論體系，對鋼筋混凝土梁的受剪機理研究不足．

幾百年前達·芬奇用概率統(tǒng)計學解釋了長繩的強度低于短繩的理由，這稱為尺寸效應的統(tǒng)計模型，也是最早的關于尺寸效應的描述．混凝土強度的尺寸效應就是指混凝土的配合比、制作工藝、養(yǎng)護條件、試件形狀和試驗方法都相同，但試件的尺寸不同，得到不同的強度試驗結果[1]．尺寸效應是混凝土力學性能的主要特點之一．20世紀 20年代混凝土受壓的尺寸效應有了系統(tǒng)的研究．Bazant對無腹筋混凝土梁的試驗數據考慮尺寸效應進行了歸納，現(xiàn)有的86%的試驗數據來自高度600 mm以下的梁的試驗結果，而實際工程中梁的高度達到6 m以上．20世紀60年代，混凝土抗壓強度的尺寸效應有了較為統(tǒng)一的認識．50多年前，德國斯圖加特大學的 Leonhardt和 Walther進行了一系列鋼筋混凝土梁、板的受剪性能試驗和研究，其中就包括梁的高度對受剪承載力的影響 ．1967年Kani做了具有實際工程意義的試驗，試驗梁高按照1︰2︰4︰8進行設計，最大梁高達到122 cm，試驗結果表明鋼筋混凝土簡支梁的剪切破壞表現(xiàn)出顯著的尺寸效應[3]．近20年來，Reineck等總結了439根無腹筋梁抗剪試驗結果，證明了梁的受剪承載力隨著梁的有效高度增加而有下降的趨勢．本文結合我國橋梁設計規(guī)范對不同翼緣寬度的鋼筋混凝土T梁的抗剪承載力與其他影響因素進行了分析研究．

1 鋼筋混凝土T梁抗剪承載力影響因素

影響鋼筋混凝土T梁抗剪承載力的因素很多，其中主要的有混凝土強度、剪跨比、縱筋率、配箍率、預應力度(軸向壓力)、尺寸大小和縱筋與鋼筋的銷栓力、混凝土骨料粒徑、荷載類型等．研究表明，隨著混凝土強度的增加，鋼筋混凝土 T梁的抗剪承載力也會增加，梁的抗剪強度與混凝土的抗拉強度呈近似的線形關系．縱筋配筋率對梁的抗剪承載力有顯著提高，在文獻[4]中的抗剪承載力計算公式

剪跨比對梁的剪切破壞形態(tài)影響很大，在相同的破壞形態(tài)下，剪跨比同樣對抗剪強度產生影響，試驗研究表明，隨著剪跨比的增大，抗剪承載力減弱，剪跨比小于2時，梁的拱起主要作用，抗剪承載力下降幅度最大，當剪跨比超過4以后，抗剪承載力值變化不大．梁的抗剪強度隨著有效預應力的增加而增加，預應力可以提高梁的開裂荷載，增加剪壓區(qū)的面積，從而提高預應力梁的抗剪承載力．但當梁中換算截面重心處混凝土有效預應力與混凝土軸心抗壓強度之比達到0.3～0.4時，預應力的有利作用有下降的趨勢，軸向力對抗剪的有利作用是有限的．文獻[4]抗剪承載力計算公式增加了1個預應力提高系數，對預應力混凝土受彎構件，=1.25．配置箍筋后，梁的抗剪承載力提高，箍筋對受壓區(qū)混凝土形成約束作用，并限制斜裂縫的開展，從而使混凝土承擔的剪力增加；其次，箍筋能使縱筋的銷栓力增加，因此配筋后混凝土和縱向鋼筋分擔的剪力都有增加，從而提高了梁的抗剪承載力．文獻[4]抗剪承載力計算公式中規(guī)定了箍筋的作用．

2 尺寸效應對鋼筋混凝土T梁抗剪承載力的影響

尺寸效應對鋼筋混凝土T梁抗剪承載力的影響圍繞T梁高度、腹板寬度兩方面在研究．2011年，Yu和Bazant在ASCE的結構工程雜志Journal of Structural Engineering上發(fā)表論文討論腹筋梁的尺寸效應，證明有腹筋梁的剪切破壞存在尺寸效應，大尺寸鋼筋混凝土梁表現(xiàn)更加明顯[4]．孫闊[5]在鋼筋混凝土深梁受剪承載力與尺寸效應中的研究結果證明，鋼筋混凝土深梁受剪承載力存在顯著的尺寸效應，該尺寸效應會導致我國規(guī)范深梁抗剪計算安全性降低，使設計結果偏于不安全．于磊[6]在大尺寸鋼筋混凝土梁受剪試驗研究中考慮尺寸效應和縱筋配筋率對梁抗剪承載力的影響，在文獻[8]提出梁抗剪承載力計算經驗公式．

文獻[4]中考慮尺寸效應的影響主要有三個方面．第一是在規(guī)范公式中考慮了受壓翼緣的影響系數，在文獻[4]中偏于經驗地取=1.1；第二是在規(guī)范公式中有 T梁的腹板寬度b；第三是考慮了考慮了斜截面受壓端正截面的有效高度．從鋼筋混凝土T梁的受剪機理上看，在箍筋屈服之前，梁的受壓區(qū)混凝土發(fā)生剪壓破壞從而導致梁的剪切破壞，這是有鋼筋混凝土T梁剪切破壞尺寸效應的主要原因，鋼筋混凝土T梁的剪切破壞不是由箍筋屈服控制，而是由混凝土剪壓破壞控制，混凝土存在尺寸效應，因此，鋼筋混凝土T梁也存在尺寸效應．

3 基于橋梁設計規(guī)范試驗數據分析

鋼筋混凝土T梁抗剪承載力不僅受到剪跨比、混凝土強度、配筋率等因素的影響，而且與翼緣寬度、腹板寬度、梁高存在尺寸效應關系．文章收集了60根鋼筋混凝土T梁的抗剪承載力試驗數據[9-12]，按照不同的腹板寬度、梁高、翼緣寬度進行了分類，并對數據進行了分析整理，建立了抗剪承載力與不同尺寸效應之間的關系圖，見圖1～圖3．

圖1 試驗值與理論值之比

圖2 剪力值與腹板寬度關系圖

圖3 剪力值與梁高關系圖

圖1～圖3是試驗值與橋規(guī)理論計算值之比與不同的腹板寬度、梁高和翼緣寬度之間的關系圖．由圖1可知，試驗結果與文獻[4]計算結果之比幾乎均大于 1，在 45°線以上，文獻[4]對鋼筋混凝土T梁的設計偏于保守，文獻[4]還有很大的優(yōu)化空間．圖1中，翼緣寬度相同的T梁，隨著腹板厚度的增加，其抗剪承載力值也隨著增加．從圖 2也可看出，試驗梁的翼緣寬度與腹板寬度()之比在 1～6 之間，隨著值的減小，的值也隨著減小，但值幾乎均大于 1，翼緣寬度對鋼筋混凝土T梁的抗剪承載力有一定的貢獻．鋼筋混凝土T梁的抗剪承載力與梁高存在一定的關系，隨著梁高度的增加，T梁的抗剪承載力有逐漸降低趨勢，如圖3所示．

4 結語

橋梁設計規(guī)范中考慮了諸多因素對鋼筋混凝土T梁的抗剪承載力的影響．但尺寸效應對鋼筋混凝土T梁的抗剪承載力的影響局限于經驗數據，而且沒有綜合考慮尺寸效應的影響和尺寸效應的限值，因此需要更多的試驗和理論來研究尺寸效應對鋼筋混凝土 T梁的抗剪承載力的影響研究，建立更加準確的能表達尺寸效應對T梁抗剪承載力影響的計算公式，滿足現(xiàn)代工程的設計需要．

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(責任編校：徐贊)

Study on Size Effect Impact of Shear Strength of Reinforced Concrete T Beams Based on the Bridge Design Specification

FENG Hao-xiong1,2,ZHANG Wei-ming3,HUANG He4
1. Yiyang Communications Construction Testing ＆ Measuring CO., LTD, Yiyang, Hunan 413000, China; 2. School of Civil Engineering,Hunan City University, Yiyang 413000, China; 3. Xintian City Investmnet ＆ Development Group CO., LTD, Xintian, Hunan 425700,China; 4. Yiyang Municipal Engineering Construction Company, Yiyang, Hunan 413000, China)

The shear capacity of reinforced concrete T beams that combining with bridge specification was studied in the article. The experimental shear test datas of 60 T beams and 1 root rectangle beam were collected and analyzed, the other size effect factors that influence the shear bearing capacity of reinforced concrete T beams were analyzed. The results show that the flange width, the web width,beam depth of reinforced concrete T beams have obvious size effect on shear.

bridge design specification; reinforced concrete T beams; shear capacity; size effect

TU375.1

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.03.0003

1672–7304(2017)03–0012–03

2016-12-09

湖南省教育廳科研項目(15C0258)

馮浩雄(1979-)，男，湖南湘鄉(xiāng)人，工程師，主要從事公路橋梁設計與檢測工作﹒E-mail: 28237619@qq.com；＊通訊作者簡介：張為民(1978-)，男，湖南新田人，工程師，主要從事公路橋梁施工與管理工作．