鋼纖維輕骨料混凝土無腹筋梁的受剪承載力研究

楊慧

摘 要：作為一種新型復(fù)合材料，鋼纖維輕骨料混凝土具有其他混凝土不可比擬的優(yōu)勢，該文根據(jù)收集的試驗資料，采用數(shù)理統(tǒng)計和理論分析相結(jié)合的方法，研究了剪跨比、混凝土強(qiáng)度、縱筋率及鋼纖維摻量對鋼纖維無腹筋梁受剪承載力的影響規(guī)律，提出抗剪承載力的理論計算公式，與試驗結(jié)果符合良好。

關(guān)鍵詞：鋼纖維輕骨料混凝土 梁 受剪承載力 無腹筋

中圖分類號：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（a）-0010-02

自混凝土問世以來，增其韌性、減其自重就一直是研究的熱點。鋼纖維在提高混凝土韌性方面做出了突出的貢獻(xiàn)，而輕骨料混凝土為減輕自重開辟了新的道路。把鋼纖維與輕骨料結(jié)合起來形成的鋼纖維輕骨料混凝土則兼具二者的優(yōu)勢，這一新型復(fù)合材料已經(jīng)引起學(xué)者們的重視，許多學(xué)者已經(jīng)在鋼纖維輕骨料混凝土的力學(xué)性能方面做了部分研究，對于受剪性能目前還很少有人涉及，該文就此先做初步的研究。

由于影響鋼纖維輕骨料混凝土無腹筋梁抗剪承載力的因素眾多，受剪機(jī)理復(fù)雜，且試驗結(jié)果的離散性大，所以至今混凝土梁抗剪承載力的計算理論仍不成熟。故該文對收集的試驗資料與數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析和數(shù)理統(tǒng)計，以期找出適合鋼纖維輕骨料混凝土無腹筋梁抗剪承載力的計算公式。

1 受剪影響因素

1.1 剪跨比

對于直接承受集中荷載的無腹筋梁來說，剪跨比是影響其抗剪承載力最重要的因素。與普通混凝土類似，鋼纖維輕骨料混凝土梁的斜截面破壞形式按剪跨比的大小可分為斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉破壞。大量的試驗研究表明，隨著剪跨比的增大，梁斜截面抗剪承載力明顯呈下降趨勢。剪跨比較小時，大多發(fā)生斜壓破壞，此時斜截面受剪承載力很高；當(dāng)剪跨比中等時，大多發(fā)生剪壓破壞，斜截面受剪承載力次之；當(dāng)剪跨比較大時，一般發(fā)生斜拉破壞，斜截面受剪承載力很低。當(dāng)剪跨比超過3時，則剪跨比對受剪承載力影響不大。

許多學(xué)者如孫敏、朱聘儒及胡巖等對57根剪跨比在1.12～2.83矩形截面鋼筋混凝土簡支梁進(jìn)行了抗剪試驗，高丹盈、趙軍對剪跨比分別為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0和4的試驗梁做了抗剪研究，張川等學(xué)者通過對收集到的集中荷載作用下無腹筋簡支梁試驗數(shù)據(jù)的分析，結(jié)果都證實了上述觀點。

1.2 混凝土強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度反映了混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，因此直接影響斜截面剪壓區(qū)抵抗主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力的能力。大量的試驗及數(shù)據(jù)表明，斜截面受剪承載力隨混凝土抗拉強(qiáng)度的提高而提高，兩者基本呈線性關(guān)系，而斜截面的開裂剪力則與混凝土的抗壓強(qiáng)度正相關(guān)。

1.3 縱筋配筋率

增加配筋率可抑制斜裂縫向受壓區(qū)的伸展，從而提高斜裂縫間骨料咬合力，且增大了剪壓區(qū)高度，使混凝土的抗剪承載力提高，同時也提高了縱筋的銷栓作用。因此，隨著配筋率的增大，梁的斜截面受剪承載力有所提高[1]。石明生，高丹盈對不同配筋率的無腹筋梁抗剪性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，抗剪強(qiáng)度隨配筋率的增大而增大。

1.4 鋼纖維摻量

鋼纖維的主要作用在于它能夠阻礙混凝土內(nèi)部微裂紋的發(fā)展并且阻滯宏觀裂紋的出現(xiàn)和擴(kuò)展。鋼纖維的摻入對混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大，但對其抗折、抗裂、抗彎等強(qiáng)度都有增強(qiáng)作用，抗折強(qiáng)度的增強(qiáng)效果尤為明顯。收集的資料數(shù)據(jù)表明在一定范圍內(nèi)（通常摻量≤2%），隨鋼纖維摻量的增加，混凝土的抗剪承載力近似呈線性增加。

2 抗剪承載力的計算公式

對于鋼纖維輕骨料混凝土無腹筋梁的斜截面抗剪承載力的計算，目前并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，比較常用的計算模型是把鋼纖維看成與輕骨料混凝土及縱向配筋相互獨立的配筋形式進(jìn)行計算，也就是說，把鋼纖維輕骨料混凝土的斜截面受剪承載力V看成是輕骨料混凝土斜截面承載力Vc與鋼纖維所承擔(dān)的剪力Vf之和，用公式表達(dá)如下：

2.1 Vc的計算

對于Vc項的計算，各個學(xué)者得出的結(jié)論也不盡相同，主要有三種模式?！朵摻罨炷猎O(shè)計與施工規(guī)程》中對集中力作用下的獨立梁承載力的計算公式規(guī)定如下：

逯曄等在其文章中也得出了與上式類似的公式，只是將系數(shù)1.5改為了1.53。

邵永健[2]基于對167根梁寬為63.3～200 mm，梁高為150～584 mm，剪跨比為1～4.02，縱筋配筋率為0.77%～3.75%的輕骨料混凝土梁的研究得出的輕骨料混凝土梁斜截面抗剪承載力公式與公式（2）相同，驗證了規(guī)范公式具有較高的保證率。

孫敏[3]在進(jìn)行了57根輕骨料混凝土簡支梁的剪壓試驗，梁截面為矩形，梁寬b=150～200 mm，梁高h(yuǎn)=150～500 mm，混凝土強(qiáng)度C20～C40，縱筋配筋率ρ=0.77%～3.75%，發(fā)現(xiàn)Vc除了與混凝土抗拉強(qiáng)度ft、梁的尺寸b、h0和剪跨比λ有密切關(guān)系外，還與縱筋配筋率ρ有關(guān)，公式如下：

上式是對試驗數(shù)據(jù)回歸分析后得出的，具有95%凝土梁受剪承載力的計算公式。

3 結(jié)語

通過對試驗資料的統(tǒng)計分析，選取合理的計算模式，提出了具有明確物理概念的鋼纖維輕骨料混凝土無腹筋梁受剪承載力計算公式，合理地反映了剪跨比和混凝土強(qiáng)度等的影響規(guī)律，可供工程實踐參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙順波.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2004.

[2] 邵永健.輕骨料混凝土梁受剪承載力的計算及其可靠度分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2006，36（9）：58-60.

[3] 孫敏，朱聘儒.輕骨料混凝土抗剪性能研究[J].混凝土，2002（10）：32-33.

[4] 李鳳蘭，李芳，楊杰蘭.集中荷載鋼筋混凝土無腹筋梁的受剪承載力[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報，1997，18（3）：23-27.