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

(吉首大學張家界學院，湖南 張家界 427000)

0 引言

目前，由于對現代建筑空間使用功能要求增大，結構所能承受荷載增加，故對梁的高度要求不斷的增大，當梁構件的截面高度和其長度之比達到一定界限，便會形成高度較大的梁構件?，F階段的梁構件由于其有效的截面廣泛的應用于工程中，例如空間較大的結構、高層建筑的地下室墻梁、轉換層梁、大型基礎梁以及水池的側墻等都是屬于深梁的內容。

對于輕骨料混凝土深梁來說，我國規(guī)范暫未有效的對輕骨料混凝土深梁的設計進行規(guī)定，因而輕骨料混凝土深梁暫時處于研究探索階段，對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，現階段的研究主要針對混凝土的不同區(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、混凝土強度、剪跨比等；輕骨料混凝土深梁受力機理較為復雜，現階段的混凝土抗剪試驗結果離散性比較大，因此對于輕骨料混凝土深梁抗剪性能的研究是一個較為復雜的問題。本文通過已有的無腹筋輕骨料混凝土試驗數據進行分析，研究混凝土強度、剪跨比、縱筋配筋率和截面高度對輕骨料混凝土深梁的影響，探討我國規(guī)范在深梁構件當中的運用。

1 試驗數據統(tǒng)計

我國規(guī)范GB 50010—2010[1]附錄G規(guī)定：當梁的跨度與高度之比小于等于5時，可以按照深受彎構件進行計算，這是由于這種構件不再符合平截面假定的內容，其受力性能與一般梁存在著差異，故我國規(guī)范通過單列附錄對深受彎構件的抗剪加以區(qū)別，并給出專門的定義予以解釋。

同樣，在國外的規(guī)范當中也有類似的規(guī)定,比如美國混凝土設計規(guī)范ACI 318—11中規(guī)定：當梁的跨高比小于等于4或從支座點到構件中心加載點兩倍高度范圍內存在集中荷載的梁即為深梁；而對于歐洲混凝土規(guī)范EN2004—1—1規(guī)定了深梁的定義為構件跨度小于截面高度的3倍[2,3]。

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

2 輕骨料混凝土深梁影響因素分析

2.1 混凝土強度的影響因素分析

為分析混凝土強度對輕骨料深梁構件受剪承載力的影響，通過對試驗數據與混凝土強度的計算分析，得到試件的混凝土強度與剪切強度(Vu/bh0)的影響如圖1a)所示，由圖1a)可知，試件主要集中在C20～C40，結果呈不均勻性，總的來說，隨著混凝土強度的增大，試件剪切強度呈增大的趨勢，即表明混凝土抗壓強度能顯著的影響輕骨料混凝土深梁構件的受剪承載力。

2.2 剪跨比的影響因素分析

為分析剪跨比對輕骨料混凝土試件的受剪承載力的影響，通過對試件數據的計算分析，圖1b)給出了剪跨比與試件名義剪切強度的影響關系圖；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度有減小趨勢，這說明了剪跨比對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，構件受剪承載力呈線性增加，特別是對于剪跨比較小梁來說，縱筋配筋率將會顯著影響梁構件的受剪承載力。故為分析配筋率對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，名義剪應力呈上升趨勢。

2.4 截面高度的影響因素分析

我國規(guī)范GB 50010—2010對試件高度考慮了“尺寸效應”的現象，但是目前國內外對深梁構件的抗剪能力的試驗開展較少，故對高度引起的“尺寸效應”研究資料比較匱乏。通過對試件的計算分析，輕骨料混凝土試驗梁有效高度與試件名義剪切強度的變化規(guī)律如圖1d)所示，由圖1d)可知，隨著截面高度的增大，試件名義剪切強度略呈下降的趨勢，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 我國規(guī)范關于深受彎構件抗剪的設計

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

(1)

其中,a為集中荷載作用點到深受彎構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)，當跨高比小于2時，取2。

對于輕骨料混凝土深梁來說，根據我國現行的JGJ 12—2006輕骨料混凝土結構技術規(guī)程[12]，我國規(guī)范暫未有效的對輕骨料混凝土深梁的設計進行規(guī)定，根據淺梁的相關規(guī)定，將混凝土項折減0.85，對已搜集到的輕骨料混凝土深梁數據根據我國規(guī)范進行計算分析，分析結果如圖2所示：平均值為1.61，標準差為0.68，變異系數為0.42，不合格率為13.2%，表明我國規(guī)范較為保守，準確度和離散程度均不夠理想。

4 結語

通過對輕骨料混凝土深梁抗剪承載力影響關系分析表明：隨著混凝土強度的增大，試件剪切強度呈增大的趨勢；并且隨著剪跨比的增加，試件名義剪切強度呈減小的趨勢；剪跨比和混凝土強度均對輕骨料混凝土深梁構件受剪承載力影響較為顯著；縱筋配筋率的增加，名義剪應力呈上升趨勢，隨著截面高度的增大，試件名義剪切強度略呈下降的趨勢，由于截面高度較小，且變化較小，影響不顯著。通過采用我國規(guī)范公式的計算模型，對無腹筋輕骨料混凝土的抗剪承載力進行分析，結果表明，我國規(guī)范預測結果的準確度和離散程度均不夠理想,關于無腹筋輕骨料混凝土深梁抗剪承載力的研究還有待進一步的完善。