桁架--拱模型计算钢筋混凝土剪切承载力

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b (mm ) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250
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h (mm ) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250
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c (mm ) 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 20 20 20 20 20 20
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d (mm ) 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12
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ρsv 0.63% 0.63% 0.63% 0.63% 1.05% 0.39% 0.39% 0.63% 0.63% 0.47% 0.47% 0.31% 0.31% 1.06% 1.00% 1.34% 0.85% 1.00% 1.34% 0.86%
普通强度钢筋作为箍筋，由于强度较低，构件 受力后钢材很快达到屈服，钢材的变形成为无限 大，对混凝土的约束作用降低。为了提高箍筋对混 凝土的约束作用，日本开始采用中高强预应力钢材 做箍筋并对其混凝土构件做了大量的试验研究。研 究表明，高强钢材做箍筋有效的改善了箍筋对混凝 土的约束，对混凝土的脆性有较大的改善，混凝土 构件变形性能有较大的提高。这项研究成果在日本 称之为“新混凝土” ，并成立了新混凝土研究全国 委员会，开展了广泛研究，前期已编制出多本相关 规程[1-5]。西安建筑科技大学、中冶建筑研究总院也 试验结果 对高强箍筋混凝土做了一些试验研究[6-7]， 表明，高强箍筋混凝土具有良好的抗震性能。 20 世纪 80 年代我国在修订《混凝土结构设计 规范》[8]时，研究人员对钢筋混凝土构件受剪破坏 为混凝土 89 规范提供了 的极限状态进行了分析[9]， 理论支持，但总体上 89 规范公式仍是以统计回归 为基础的公式，这一公式沿用至今 [10]。20 世纪 80
Vmax (kN) 334.70 301.05 346.88 426.67 393.00 419.00 386.00 393.00 405.00 378.00
极限转角 1/93 ---1/95 1/292 1/29 1/27 1/37 1/45 1/38 1/57
破坏 形态
剪切粘结 剪切破坏 剪切破坏 剪切破坏 剪切粘结 剪切粘结 剪切粘结 剪切粘结 剪切粘结 剪切粘结
图 5 承载力与 sv f sv 的关系 Fig.5 Curves of shear capacity and sv f sv
3.桁架—拱模型 3.1 桁架模型 桁架模型最早由 Ritter 和 Morsch 提出[16]，后 经众多学者研究和演绎，目前形成了多种桁架理论 并被不同国家规范所采用，如美国[11]、欧洲[12]、日 本[13]等规范等分别采用了拉压杆、变角桁架模、桁
破坏 形态
剪切破坏 剪切粘结 剪切粘结 剪切粘结 剪切粘结 剪切破坏 剪切破坏 剪切粘结 剪切破坏 剪切破坏
试件 编号 HHSC11 HHSC12 HHSC13 HHSC14 DHC-1 DHC-2 DHC-3 DNC-1 DNC-2 DNC-3
ρsvfyv 4.70 3.13 3.13 2.49 11.88 15.85 9.72 4.87 6.51 3.92
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表 1 试件参数一览表，单位（N、mm） Table1 Detailed information of specimens，units（N、mm） 编号 HHSC1 HHSC2 HHSC3 HHSC4 HHSC5 HHSC6 HHSC7 HHSC8 HHSC9 HHSC10 HHSC11 HHSC12 HHSC13 HHSC14 DHC-1 DHC-2 DHC-3 DNC-1 DNC-2 DNC-3 fcu (N/mm ) 71.6 71.6 71.6 71.6 71.6 71.6 71.6 90.0 90.0 71.6 71.6 71.6 71.6 71.6 59.30 59.30 59.30 59.30 59.30 59.30
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桁架-拱模型计算高强箍筋混凝土剪切承载能力
白力更 1，史庆轩 2，姜维山 2，冯永伟 1，李 宁 1 （1 中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088；2 西安建筑科技大学，西安 710055） [摘要]本文对采用高强度钢筋做箍筋的混凝土构件受剪进行了试验研究，试验表明高强箍筋混凝土构件具有良好的抗震性能，结合本文 推导的钢筋混凝土构件受剪承载力桁架—拱模型计算公式， 采用桁架—拱模型计算高强箍筋混凝土， 计算结果与试验结果相比较为符合， 本文最后给出了高强箍筋混凝土抗剪计算的实用理论公式。 [关键词]桁架-拱模型；受剪承载力；高强箍筋 Shear calculation method researching on concrete members with high-strength stirrup based on truss-arch model Bai ligeng1,Shi qingxuan2,Jiang weishan2,Feng yongwei1,Li ning1 ( 1.Center Research Institute of building and Construction Co. Ltd，MCC，Beijing 100088 ； 2 Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an,710055,China) Abstract：This paper is based on experimental research on shear capacity of concrete members confined with high-strength stirrups. The experimental result indicates that concrete members with high-strength stirrups have good seismic performances. The truss-arch model, which is derived in this paper, is used to calculate the shear capacity of concrete members confined with high-strength stirrups. The calculation results are comparable with the experimental results, and shear calculation formula of the practical theory about concrete members confined with high-strength stirrups was proposed in this paper. Keywords：truss-arch model; shear capacity; high-strength stirrup
图 4 承载力与配筋率关系 图 2 剪切破坏 Fig.2 Shear failure model 图 3 剪切粘结破坏 Fig.3 Shear-bond failure model Fig.4 Curves of shear capacity and reinforcement ratios
DHC 系列与 DNC 系列配箍率基本相同，破坏 形态均为剪切粘结破坏，但配置高强箍筋的 DHC 系列变形性能高于配置普通箍筋的 DNC 系列；配 置高强箍筋的 HHSC5 破坏形态为剪切粘结破坏， 但其变形性能好于配箍率相同的 HHSC14 普通箍筋 试件。从表 2 试验中看，高强箍筋似乎对承载力贡 献不大。 高强箍筋混凝土受剪承载力计算时，由于箍筋 强度较高，因此重要的问题是极限状态时箍筋是否 屈服、箍筋应力值是多少？日本对高强箍筋混凝土 做了大量的研究，文献[14]对这些试验结果做了综 （图 4） ， 合性论述。 试验表明， 当配箍率 ρsv≥1.2%时 箍筋不再屈服，这一结论不仅适用于高强箍筋，普 ，箍筋亦不 通箍筋亦然[15]；当 ρsvfyv>4.0 时（图 5） 能屈服，也就是说 ρsvfyv 的最大值为 4.0。本次试验 ρsvfyv 绝大部分接近或超过 4.0，因此也证实了文献 [141 Loading device
2.2 试验结果 试件在反复荷载作用下分别出现剪切破坏和剪切粘结破坏，试验结果列于表 2。
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表 2 试验结果一览表
Table2 Detailed results information of specimens 试件 编号 HHSC1 HHSC2 HHSC3 HHSC4 HHSC5 HHSC6 HHSC7 HHSC8 HHSC9 HHSC10 ρsvfyv 6.27 6.27 6.27 6.27 10.45 3.92 3.92 6.27 6.27 4.70 Vmax (kN) 423.27 360.54 331.00 289.38 384.52 321.97 346.54 353.10 352.42 341.02 极限转角 1/55 1/61 1/68 1/45 1/46 1/70 1/211 1/59 1/73 1/64
λ 1 1.5 1.5 2 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
n0 0.5 0.5 0.7 0.5 0.5 0.5 0.7 0.5 0.7 0.5 0.7 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
年代后期世界各国对混凝土受剪能力计算重新开 始了理论研究，目前比较成功的理论研究成果是为 修正的桁架比拟法，为基础的公式，这一公式沿用 20 世纪 80 年代后期世界各国对混凝土受 至今 [10]。 剪能力计算重新开始了理论研究，目前比较成功的 理论研究成果是为修正的桁架比拟法， 美国、 欧洲、 [11-13] ，不同之处在于所采取 日本都都相继列入规范 的修正方法则有所不同。我国目前规范公式主要依 赖于试验数据，当结构材料与原建立试验公式时的 材料差异较大时， 仍需大量的试验予与验证， 因此， 我国建立以理论分析为主、试验验证为辅的理论公 式势在必行。 本文拟采用桁架—拱模型，结合试验研究建立 高强箍筋混凝土受剪承载力计算公式。 2.试验研究 2.1 试验 试验在西安建筑科技大学进行，试验共进行两 批 20 个构件试验[6-7]，其中 4 个构件为普通强度箍 筋，其余为高强度箍筋，试件参数如表 1：