配置500MPa箍筋的混凝土梁抗剪性能試驗(yàn)研究

周建民，司 遠(yuǎn)，王 眺，熊學(xué)玉（同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海200092）

?

配置500MPa箍筋的混凝土梁抗剪性能試驗(yàn)研究

周建民，司 遠(yuǎn)，王 眺，熊學(xué)玉
（同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海200092）

對(duì)12根配置500MPa箍筋的鋼筋混凝土梁進(jìn)行抗剪性能試驗(yàn)，并對(duì)其抗剪性能、裂縫寬度和撓度進(jìn)行分析.在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—-2010）提出相應(yīng)的修改意見(jiàn).試驗(yàn)與分析結(jié)果表明：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》能很好地預(yù)測(cè)高強(qiáng)箍筋混凝土梁的抗剪承載力；在驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)時(shí)，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過(guò)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)值的80%；在應(yīng)用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算構(gòu)件受剪切產(chǎn)生的撓度時(shí)，應(yīng)考慮剪切變形的影響.

鋼筋混凝土剪切梁；500 MPa箍筋；抗剪性能；裂縫寬度；撓度

隨著《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）［1］的頒布和實(shí)施，500MPa的高強(qiáng)鋼筋得到了推廣和使用.但對(duì)于配置高強(qiáng)箍筋的混凝土梁，仍有以下幾個(gè)問(wèn)題尚未解決：①梁發(fā)生剪切破壞時(shí)，高強(qiáng)箍筋是否屈服，即高強(qiáng)箍筋能否充分發(fā)揮作用；②使用階段的斜裂縫寬度是否過(guò)大；③撓度變形是否過(guò)大.研究結(jié)果［2－4］表明：高強(qiáng)箍筋可用于混凝土梁抗剪中，但大部分試驗(yàn)梁抗剪承載力的試驗(yàn)值與計(jì)算值的比值為0.88左右，安全儲(chǔ)備不高；25%～30%的試驗(yàn)梁抗剪承載力試驗(yàn)值與計(jì)算值比值小于1.0，偏于不安全.文獻(xiàn)［5－7］的研究結(jié)果表明：高強(qiáng)箍筋用于混凝土梁中，箍筋可以發(fā)揮作用，但裂縫寬度會(huì)超限；試驗(yàn)梁最大斜裂縫寬度隨著配箍率的增加而減小，配箍率的大小直接制約著斜裂縫的開(kāi)展寬度.李娟［6］和李艷艷［8］進(jìn)行了配置500 MPa箍筋混凝土梁的抗剪性能試驗(yàn)，但這些試驗(yàn)資料都非常有限.還有一些高強(qiáng)箍筋的研究資料是基于400MPa箍筋，對(duì)500MPa箍筋混凝土梁的參考價(jià)值不大.在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，我國(guó)現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的斜截面受剪承載力計(jì)算模式所依據(jù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也大多源于普通箍筋混凝土梁試驗(yàn).因此，迫切需要對(duì)配置500MPa箍筋的混凝土梁抗剪性能進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，以確定其抗剪承載力、裂縫發(fā)展和裂縫寬度、撓度變形等是否滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的相關(guān)要求.在此分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提出相應(yīng)的修正建議，使它更好地滿足工程設(shè)計(jì)的需求.本文對(duì)12根配置500MPa箍筋的混凝土梁的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)抗剪承載力計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較［9］，在此基礎(chǔ)上，評(píng)估配置500MPa箍筋混凝土梁裂縫寬度和撓度計(jì)算的合理性.

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試件設(shè)計(jì)

研究資料表明，配筋率和剪跨比是影響混凝土梁抗剪的重要參數(shù).本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)正交設(shè)計(jì)法，以剪跨比、箍筋配筋率和混凝土強(qiáng)度等級(jí)為參變量設(shè)計(jì)了12根矩形梁，具體參數(shù)如表1所示，試件尺寸和配筋如圖1所示.表1中，B1～B9表示第1批混凝土梁，混凝土等級(jí)為C35；B10～B12表示第2批混凝土梁，混凝土等級(jí)為C50.

表1 試件詳情Tab.1_The_details_of_specimens

圖1 試件配筋情況（單位：mm）Fig.1 Reinforcement of specimens（unit：mm）

1.2 加載方案

1.2.1 加載裝置

本次試驗(yàn)在同濟(jì)大學(xué)建筑工程系建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行，采用100t的千斤頂進(jìn)行加載，荷載通過(guò)分配梁分配到2個(gè)加載點(diǎn)上，實(shí)際加載裝置如圖2所示.在本次試驗(yàn)中，規(guī)定試驗(yàn)梁的加載點(diǎn)必須位于2個(gè)箍筋中間，從而明確剪彎段每根箍筋的具體位置，避免了以往其他試驗(yàn)中箍筋在梁中位置模糊不清的問(wèn)題，如圖3所示.

圖2 加載裝置（單位：mm）Fig.2 Schematic diagram of loading device（unit：mm）

1.2.2 加載制度

試驗(yàn)過(guò)程中的加載分為預(yù)加載和正式加載2個(gè)過(guò)程.預(yù)加載時(shí)，先試加一級(jí)荷載F＝20kN，以檢查儀器是否正常工作以及試驗(yàn)梁是否對(duì)中.正式加載時(shí)，試驗(yàn)梁開(kāi)裂以前，每級(jí)荷載約為極限荷載的10%.當(dāng)達(dá)到預(yù)估開(kāi)裂荷載的80%后，緩慢加載，以便捕捉實(shí)際開(kāi)裂荷載.混凝土開(kāi)裂后，每級(jí)荷載約為極限荷載的10%，以便捕捉斜裂縫的發(fā)展趨勢(shì).箍筋屈服后，不再觀測(cè)斜裂縫和進(jìn)行分級(jí)加載，而是緩慢加載，直至梁破壞，記錄極限荷載.

圖3 箍筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)Fig.3 Arrangement of measuring points for stirrup strain

1.2.3 試驗(yàn)內(nèi)容

本次試驗(yàn)中，重點(diǎn)觀測(cè)箍筋應(yīng)變和試驗(yàn)梁極限荷載.根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50152—2012）［10］，混凝土梁可能出現(xiàn)斜裂縫的位置以加載點(diǎn)和支座的連線為準(zhǔn)，如圖3所示.因此，根據(jù)支座點(diǎn)和加載點(diǎn)之間的連線，在梁前后左右布置箍筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn).

除了箍筋應(yīng)變和試驗(yàn)梁極限荷載以外，本次試驗(yàn)其他測(cè)量?jī)?nèi)容有：縱向鋼筋應(yīng)變（分為跨中和剪彎段2個(gè)部分）、試驗(yàn)梁撓度、開(kāi)裂荷載、裂縫發(fā)展和裂縫寬度等.

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象

由試驗(yàn)觀察到，試件B1～B9都發(fā)生典型的剪壓破壞，試件B11和B12發(fā)生彎曲破壞，試件B10發(fā)生彎剪破壞，即極限受剪承載力大于鋼筋混凝土梁縱筋屈服荷載，但小于極限受彎承載力.本次試驗(yàn)中12根梁雖然箍筋配筋率、剪跨比和混凝土強(qiáng)度都不相同，但是試驗(yàn)現(xiàn)象基本一致，最終的破壞結(jié)果如圖4所示.

圖4 試驗(yàn)梁經(jīng)典剪壓破壞Fig.4 Classical shear－compression failure of the beams

加載初期，試驗(yàn)梁表現(xiàn)為彈性.當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載的10%～20%時(shí)，梁出現(xiàn)正截面裂縫.當(dāng)加載到20%～30%極限荷載時(shí)，在加載點(diǎn)梁底出現(xiàn)兼具正截面裂縫和斜截面裂縫共同特點(diǎn)的裂縫，這是因?yàn)榧虞d點(diǎn)處的截面彎矩和剪力同時(shí)為最大.當(dāng)加載到40%～50%極限荷載時(shí)，剪彎段突然出現(xiàn)典型斜裂縫.此階段剪切變形顯著，正截面裂縫不再發(fā)展，斜裂縫穩(wěn)定發(fā)展.當(dāng)達(dá)到極限荷載的60%～70%時(shí)，裂縫寬度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的0.3mm.當(dāng)達(dá)到極限荷載后，試驗(yàn)梁突然脆性破壞.剪跨比較大的梁，箍筋應(yīng)力迅速增大，斜裂縫經(jīng)過(guò)的箍筋會(huì)拉斷；剪跨比較小的梁，箍筋應(yīng)力也迅速增加，但在箍筋拉斷之前，梁頂混凝土先受壓破壞.

試驗(yàn)梁發(fā)生剪壓破壞的過(guò)程為：加載初期在剪彎段出現(xiàn)裂縫，該裂縫兼具正截面裂縫和斜截面裂縫的共同特點(diǎn)，沿斜向延伸為一條貫穿的較寬的主要斜裂縫，這便是臨界斜裂縫.臨界斜裂縫迅速延伸，使斜裂縫剪壓區(qū)高度減小，最后導(dǎo)致剪壓區(qū)混凝土破壞.

當(dāng)達(dá)到以下4種情況時(shí)，認(rèn)為試驗(yàn)梁已經(jīng)達(dá)到極限狀態(tài)：①斜裂縫端部受壓區(qū)混凝土剪壓破壞；②斜截面混凝土斜向受壓破壞；③箍筋拉斷；④油壓千斤頂不能繼續(xù)加載.

2.2 試驗(yàn)梁鋼筋應(yīng)力結(jié)果

本文以B2梁的箍筋和縱筋的應(yīng)力結(jié)果為例，如圖5所示，其他梁的應(yīng)力和B2梁結(jié)果相似.縱筋應(yīng)力σ根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式計(jì)算得到，如下所示：

式中：σ為試驗(yàn)梁縱筋應(yīng)力；M為對(duì)應(yīng)截面的彎矩；h0為截面有效高度；As為縱筋面積.圖5中，σZW1、σZW2表示跨中縱筋應(yīng)力，σZJ1、σZJ2、σZJ3、σZJ4表示剪彎段縱筋應(yīng)力，下標(biāo)數(shù)字表示位置.箍筋采用另一種表示方法：如對(duì)于σSR（L）F（B）80，S表示箍筋，R或L表示梁的右側(cè)或左側(cè)，F(xiàn)或B表示梁的正面或反面，80表示測(cè)點(diǎn)距梁頂?shù)木嚯x.

對(duì)比圖5以及由式（1）計(jì)算的結(jié)果，可看出對(duì)于B2梁，跨中縱筋應(yīng)力與計(jì)算值符合良好.同時(shí)對(duì)比分析其余11根梁，發(fā)現(xiàn)跨中縱筋應(yīng)力與計(jì)算值均符合良好，說(shuō)明規(guī)范公式對(duì)梁跨中縱筋應(yīng)力預(yù)測(cè)是比較準(zhǔn)確的.分析表明，對(duì)于B1梁到B9梁，破壞處箍筋的應(yīng)力比跨中縱筋應(yīng)力大，且跨中縱筋應(yīng)力未屈服，表明這9根梁全都因箍筋屈服或剪壓區(qū)混凝土壓壞而發(fā)生剪壓破壞.對(duì)于B10梁，跨中縱筋和箍筋一起屈服，表明此處破壞是典型的彎剪破壞.B11梁和B12梁的混凝土強(qiáng)度提高，導(dǎo)致梁抗剪強(qiáng)度提高，從而發(fā)生了彎曲延性破壞，但B11梁和B12梁的箍筋也都發(fā)生屈服.

圖5 B2梁鋼筋應(yīng)力Fig.5 Rebar stress of B2beam

以B2梁為例，分析箍筋應(yīng)力圖可得出，梁斜裂縫出現(xiàn)前，箍筋應(yīng)力幾乎為零，剪力由混凝土承擔(dān).加載到30%～40%極限荷載后，斜裂縫出現(xiàn)，混凝土迅速退出工作，剪力由箍筋承擔(dān)，箍筋應(yīng)力突然出現(xiàn)轉(zhuǎn)折.此后隨著荷載的增加，梁的撓度逐漸加大，箍筋應(yīng)力迅速增大，直至箍筋屈服.在箍筋應(yīng)力發(fā)展過(guò)程中，有些原本應(yīng)力增長(zhǎng)迅速的箍筋會(huì)應(yīng)力增長(zhǎng)減緩，甚至下降.這是因?yàn)槟承┕拷顟?yīng)力過(guò)高后，導(dǎo)致更多的箍筋與斜裂縫相交，梁中箍筋的應(yīng)力也因此重新分配，剪力由更多的箍筋承擔(dān)，從而抑制某些箍筋應(yīng)力增長(zhǎng)速度.

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)梁抗剪承載力分析

為了驗(yàn)證《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)配有500 MPa箍筋的混凝土梁抗剪承載力計(jì)算公式的適用性，本文采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中集中荷載下受剪承載力公式計(jì)算并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于集中荷載作用下獨(dú)立梁，鋼筋混凝土梁抗剪承載力采用如下公式計(jì)算：

式中：Asv為梁配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積；s為箍筋間距；fyv為箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，試驗(yàn)中取箍筋屈服強(qiáng)度f(wàn)y；λ為剪跨比，λ＝a／h0，a為荷載作用點(diǎn)到支座截面邊緣的距離；ft為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，試驗(yàn)中取軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)′t；b為梁的寬度.

將試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算值匯總于表2.其中，試件B11和B12因彎曲破壞，沒(méi)有抗剪極限承載力，不參與表2統(tǒng)計(jì)（括號(hào)內(nèi)數(shù)字是極限抗彎承載力）.

表2 試驗(yàn)梁承載力對(duì)比Tab.2_Comparison of bearing capacity of the experimental beams

以梁抗剪承載力試驗(yàn)值Vu為橫坐標(biāo)，梁抗剪承載力計(jì)算值Vcs為縱坐標(biāo)，得到試驗(yàn)值與計(jì)算值的關(guān)系散點(diǎn)圖，如圖6所示.

圖6 抗剪承載力試驗(yàn)值與計(jì)算值關(guān)系Fig.6 Relationship of experimental and calculated results for shearing capacity

從表2和圖6可知，10根剪切破壞梁的抗剪承載力試驗(yàn)值與計(jì)算值之比的平均值為0.984，變異系數(shù)為0.100.可見(jiàn)，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的抗剪承載力計(jì)算公式能很好地預(yù)測(cè)簡(jiǎn)支梁集中荷載情況，但剪跨比較小時(shí)，規(guī)范計(jì)算公式高估了試驗(yàn)梁的實(shí)際承載力.由于本次試驗(yàn)計(jì)算中，混凝土抗拉強(qiáng)度和箍筋屈服強(qiáng)度都取為試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，而在工程設(shè)計(jì)中，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式值為設(shè)計(jì)值，具有足夠的安全儲(chǔ)備.綜上所述，現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》抗剪承載力計(jì)算模式能很好地預(yù)測(cè)集中荷載下配置500MPa箍筋混凝土梁的抗剪承載力.

3.2 開(kāi)裂荷載和使用荷載下裂縫寬度分析

3.2.1 開(kāi)裂荷載分析

本次試驗(yàn)測(cè)量了正截面開(kāi)裂荷載和斜截面開(kāi)裂荷載，并以此評(píng)估常用的正截面開(kāi)裂荷載計(jì)算公式和斜截面開(kāi)裂荷載計(jì)算公式的準(zhǔn)確度，如表3和圖7所示.表3中，為斜截面開(kāi)裂荷載，為正截面開(kāi)裂荷載，為計(jì)算斜截面開(kāi)裂荷載，為計(jì)算正截面開(kāi)裂荷載.

表3 試驗(yàn)梁開(kāi)裂荷載對(duì)比Tab.3_Comparison of cracked load for the experimental beams

圖7 開(kāi)裂荷載相關(guān)參數(shù)分析Fig.7 Analysis of relevant parameters of cracking load

在計(jì)算開(kāi)裂荷載時(shí)，正截面開(kāi)裂荷載和斜截面開(kāi)裂荷載分別按照《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制》［11］提出的公式計(jì)算，如下所示：

式中：ρ為受拉鋼筋配筋率；ρ′為受壓鋼筋配筋率；αE＝Es／Ec，Es為鋼筋彈性模量，Ec為混凝土彈性模量；l為兩支座的間距；θ為斜裂縫平均傾角；C為平均斜裂縫底點(diǎn)距支座的距離.

對(duì)于斜截面開(kāi)裂荷載，計(jì)算公式中首先并未考慮箍筋的影響，這是由于文獻(xiàn)［11］指出斜截面開(kāi)裂時(shí)箍筋應(yīng)力非常小，所以忽略不計(jì).其次，為計(jì)算簡(jiǎn)化，計(jì)算參數(shù)θ和C為假定的計(jì)算公式，這導(dǎo)致計(jì)算值與實(shí)測(cè)值偏離，并且隨著混凝土強(qiáng)度增加，偏離值增大.

對(duì)于正截面開(kāi)裂荷載，在分析時(shí)為使計(jì)算簡(jiǎn)化，以截面受拉區(qū)矩形應(yīng)力分布代替原來(lái)線性應(yīng)力分布.這種簡(jiǎn)化導(dǎo)致相對(duì)受壓區(qū)高度與試驗(yàn)真實(shí)值偏離，而且隨著混凝土強(qiáng)度增大，偏離值越大，從而正截面開(kāi)裂荷載大于實(shí)測(cè)值.

3.2.2 使用荷載下裂縫寬度分析

為了滿足正常使用極限狀態(tài)的要求，斜裂縫寬度控制是必不可少的，通常斜裂縫寬度是指以裂縫邊緣為法線方向和斜裂縫垂直的裂縫間距.斜裂縫寬度是梁在使用荷載下討論的，使用荷載Vser可由抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值Vcs按照式（5）得到［6，8］，其中Vcs要根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》分別得到混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和箍筋屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值后，再利用式（2）計(jì)算得到.圖8為部分梁荷載-最大斜裂縫寬度圖，其余梁的荷載-最大斜裂縫寬度圖與之類似.

圖8試驗(yàn)梁荷載-最大斜裂縫寬度關(guān)系

Fig.8 Relationship of load and maximum diagonal cracked width for the beams

結(jié)合圖7，利用插值法，分別得到本次試驗(yàn)梁的箍筋處最大斜裂縫寬度為0.2mm的荷載值V0.2，箍筋間最大斜裂縫寬度為0.3mm的荷載值V0.3，如表4所示.

表4 使用荷載下裂縫寬度比較Tab.4 Comparison of crack width under working loads

根據(jù)表4可以得出，V0.2／Vcs的平均值為0.705，V0.3／Vcs的平均值為0.687，無(wú)論是對(duì)于V0.2還是V0.3，梁在使用過(guò)程中其荷載不超過(guò)設(shè)計(jì)值Vcs的65%時(shí)，能保證斜裂縫寬度不超限，即這時(shí)的使用荷載并未達(dá)到V0.3，滿足裂縫寬度要求，超出使用荷載Vser約20%.而當(dāng)使用過(guò)程中荷載增大后，即大于V0.3，裂縫寬度則會(huì)大于0.3mm，這時(shí)按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行斜截面設(shè)計(jì)時(shí)，正常使用極限狀態(tài)會(huì)不滿足要求.為保證集中荷載作用下的斜裂縫寬度不超限，抗剪極限承載力必須留有一定的富余量，偏于安全.本文建議，對(duì)配置500 MPa箍筋的混凝土梁，在驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)時(shí)，抗剪設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過(guò)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)值的80%.

3.3 試驗(yàn)梁撓度變形分析

本次試驗(yàn)對(duì)配置500MPa箍筋的混凝土梁撓度變形進(jìn)行了測(cè)量，本文用實(shí)際跨中撓度ym和實(shí)際加載點(diǎn)撓度yl來(lái)描述梁的整體變形.圖9表示了部分梁的荷載-撓度曲線關(guān)系，其他梁的荷載-撓度曲線與之類似，其中ym，c為計(jì)算跨中撓度，yl，c為計(jì)算加載點(diǎn)撓度.

圖9試驗(yàn)梁荷載-撓度曲線

Fig.9 Load－deflection curve of the beams

在試驗(yàn)梁荷載-變形全過(guò)程中，隨著最開(kāi)始撓度的增加，其裂縫為細(xì)微小裂縫，而縱筋的應(yīng)力很小，大部分應(yīng)力由混凝土承擔(dān).當(dāng)荷載增加，梁的撓度逐漸增大時(shí)，裂縫寬度逐漸變大，并由最開(kāi)始的細(xì)微裂縫形成受彎段和剪彎段的主要裂縫，剪力逐漸由之前混凝土承擔(dān)逐漸轉(zhuǎn)向縱筋承擔(dān).當(dāng)達(dá)到極限荷載時(shí)，梁的撓度已經(jīng)比較明顯，主要裂縫已貫穿試驗(yàn)梁，而縱筋的應(yīng)力也達(dá)到屈服.

從圖9可以得出，配置高強(qiáng)箍筋的撓度沒(méi)有超過(guò)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的限值（跨度的1／200），但試件的實(shí)際撓度變形明顯比根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》彎曲撓度計(jì)算公式得到的計(jì)算值要大.破壞時(shí)，某些梁的實(shí)際撓度甚至比計(jì)算值大50%.這是因?yàn)樵谟?jì)算試驗(yàn)梁剛度的時(shí)候，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式只考慮了彎曲變形對(duì)梁撓度的貢獻(xiàn)，忽略了剪切變形的影響，而在混凝土梁抗剪試驗(yàn)和分析中，剪切變形是一個(gè)非常重要的因素，所以計(jì)算撓度要比實(shí)測(cè)值小，由此可見(jiàn)剪切變形影響顯著.本文建議在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算構(gòu)件受剪切產(chǎn)生的撓度時(shí)，需加入剪切變形對(duì)撓度的影響.

4 結(jié)論

（1）本次試驗(yàn)結(jié)果Vu／Vcs的均值為0.984，變異系數(shù)為0.100.所以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》抗剪承載力計(jì)算公式適用于配置500MPa高強(qiáng)箍筋的混凝土梁，并能很好地預(yù)測(cè)高強(qiáng)箍筋混凝土梁極限抗剪承載力.

（2）本次試驗(yàn)中，配置500MPa高強(qiáng)箍筋后，抗剪承載力提高，但出現(xiàn)使用荷載下斜裂縫寬度超限的問(wèn)題.本文建議箍筋間的斜裂縫寬度不應(yīng)超過(guò)0.3 mm，箍筋處斜裂縫寬度不應(yīng)超過(guò)0.2mm.根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為保證使用荷載下斜裂縫寬度不超限，建議在驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)時(shí)，抗剪設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過(guò)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)值的80%.

（3）在荷載比較小時(shí)，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算的撓度與實(shí)測(cè)撓度比較接近，但隨著荷載增大，兩者的誤差逐漸增大，最大能達(dá)到50%.主要原因是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》低估了剪切變形的影響，因此本文建議在計(jì)算構(gòu)件撓度時(shí)考慮剪切變形的影響.

（4）配置500MPa箍筋的混凝土梁與普通的抗剪破壞形式基本一致，達(dá)到極限荷載后，試驗(yàn)梁以一種非常突然的方式發(fā)生脆性破壞.剪跨比較大的試驗(yàn)梁，箍筋的應(yīng)力繼續(xù)迅速增大，斜裂縫經(jīng)過(guò)的箍筋會(huì)出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，此時(shí)接近斜拉破壞，但是仍然屬于剪壓破壞；剪跨比較小的試驗(yàn)梁，箍筋的應(yīng)力也會(huì)迅速增加，此時(shí)，梁頂混凝土先受壓破壞，但是仍然屬于剪壓破壞.

（5）500MPa高強(qiáng)箍筋能在普通混凝土梁中使用，可減少鋼筋用量，即使不和高強(qiáng)混凝土搭配（低于C50），只要設(shè)計(jì)良好，500 MPa箍筋依然能充分發(fā)揮作用，達(dá)到屈服強(qiáng)度.B10到B12梁的延性破壞表明，只要設(shè)計(jì)良好，配置500MPa箍筋的混凝土梁的延性良好.

［1］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.China Academy of Building Research.GB 50010—2010 Code for design of concrete structures［S］.Beijing：China Architecture ＆Building Press，2010.

［2］李進(jìn).高強(qiáng)箍筋混凝土梁受剪性能研究及有限元分析［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.LI Jin.Shear properties and finite element analysis of reinforced concrete beams with high－strength stirrups［D］.Xi’an：Xi’an University of Architecture and Technology，2008.

［3］呂艷梅.高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土梁抗剪性能試驗(yàn)研究與理論分析［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2008.L?Yanmei.Theoretical and experimental research on shear capacity of high strength concrete beams with high strength stirrups［D］.Changsha：Hunan University，2008.

［4］李朋，王命平，耿樹(shù)江，等.高強(qiáng)箍筋混凝土簡(jiǎn)支梁抗剪承載力試驗(yàn)研究［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30（5）：20.LI Peng，WANG Mingping，GENG Shujiang，et al.Experimental study on shear－bearing capacity of simple supported beam with high－strength stirrup reinforced concrete ［J］.Journal of Qingdao Technological University，2009，30 （5）：20.

［5］白家榮.高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土梁受剪性能試驗(yàn)研究及有限元分析［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2009.BAI Jiarong.Experiments and finite element analysis of shear behavior for high strength concrete beams with high strength stirrups［D］.Xi’an：Xi’an University of Architecture and Technology，2009.

［6］李娟.HRB500級(jí)箍筋混凝土梁斜截面受力性能試驗(yàn)研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2007.LI Juan.Experimental study on mechanical behavior of diagonal section of reinforced concrete beams with HRB500 stirrups［D］.Changsha：Hunan University，2007.

［7］徐龍，王命平，李朋，等.500 MPa細(xì)晶粒箍筋混凝土梁的斜裂縫寬度試驗(yàn)研究［J］.建筑科學(xué)，2010，26（3）：32.XU Long，WANG Mingping，LI Peng，et al.Experimental study on shearing diagonal crack widths of reinforced concrete beams with 500 MPa hot rolled bars of fine grains［J］.Building Science，2010，26（3）：32.

［8］李艷艷.配置500 MPa鋼筋的混凝土梁受力性能的試驗(yàn)研究［D］.天津：天津大學(xué)，2008.LI Yanyan.Experiment study on the performance of concrete beams with 500 MPa steel bars［D］.Tianjin：Tianjin University，2008.

［9］王眺.配置500 MPa箍筋的混凝土梁抗剪性能研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2012.WANG Tiao.Research on shear behavior of concrete beams reinforced with 500 MPa stirrups［D］.Shanghai：Tongji University，2012.

［10］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50152—2012混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.China Academy of Building Research.GB 50152—2012 Standard for test method of concrete structures［S］.Beijing：China Architecture ＆Building Press，2012.

［11］趙國(guó)藩.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制［M］.北京：海洋出版社，1991.ZHAO Guofan.Crack control of reinforced concrete structure ［M］.Beijing：Maritime Press，1991.

Experimental Study on Shear Behavior of Concrete Beam Reinforced With 500 MPa Stirrup

ZHOU Jianmin，SI Yuan，WANG Tiao，XIONG Xueyu
（College of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

Twelve concrete beams reinforced with 500 MPa stirrups were tested and some relevant factors including shear behaviors，crack width and deflections were analyzed.Based on analysis results，some corresponding suggestions to“Code for design of concrete structures”（GB50010—2010）were put forward.It is shown that the code can precisely predict the shear capacity of high－strength concrete beams.In serviceability limit states，the design value of shear strength cannot exceed 80%of that in the code.Moreover，the effects of shear deformation should be considered when caculating the deflection of the member subjected to shear deformation with the code.

reinforced concrete shear beams；500 MPa stirrups；shear behaviors；crack width；deflection

TU375.1

A

0253－374X（2016）01－0045－08

10.11908／j.issn.0253－374x.2016.01.007

2014-07-07

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012BAJ06B01－01）

周建民（1961—），男，教授，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)、綠色建筑.E－mail：tjzhou2008＠163.com

熊學(xué)玉（1962—），男，教授，博士生導(dǎo)師，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土.

E－mail：xiongxueyu＠#edu.cn