混凝土梁受剪理论方法研究

李明 刘立群 冯浩雄

摘 要： 混凝土梁受剪影响因素较多，受剪理论研究方法也很多，总结归纳了目前受剪理论常用方法以及各自的优缺点，分析表明拉压杆模型是研究混凝土梁的受剪理论的最优方法。

关键词： 混凝土梁;受剪理论;方法

【中图分类号】TU375     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.075

1 引言

混凝土构件的受剪影响因素较多，离散性大，在受力分析时其抗剪问题复杂，混凝土开裂后的应力重分布难以确定，受剪机理不明确。国内外研究人员进行了大量试验，对钢筋混凝土梁的受剪性能和抗剪承载力主要影响因素进行了大量而深入的研究，试验结果表明，混凝土梁的受剪承载力主要由五部分构成：剪力作用下未开裂的剪压区、开裂界面处骨料之间的摩擦及咬合、裂缝处混凝土的残余拉应力、梁内部纵向钢筋提供的销栓力、裂缝处箍筋提供的拉力，钢筋混凝土简支梁的抗剪承载力主要受混凝土抗压强度、纵筋率、剪跨比、配箍率以及截面尺寸效应等影响。预应力混凝土梁的受剪性能与破坏特征与钢筋混凝土梁的相似，但施加预应力后裂缝开展、破坏形态和受剪承载力都会发生变化[1]。预应力混凝土梁在工程设计中大都采用半经验半理论的方法，随着预应力混凝土结构在工程中的大量应用，对其受剪性能的研究也显得更为重要。

国内外科研工作者对混凝土梁受剪理论进行深入研究，提出的混凝土梁剪切破坏的分析方法，主要有以下5 种：（1）极限平衡法;（2）统计分析法;（3）桁架理论;（4）非线性有限元分析法;（5）塑性理论。

2 受剪理论方法研究

2.1 桁架理论

混凝土梁在集中力作用下出现斜裂缝后，梁整体被斜裂缝分割成若干块斜向受力的斜压杆，箍筋将混凝土斜压杆连接起来，将构件承受的剪力传递到支座中，这就是混凝土在剪力作用下的析架模型。

在随后的研究中，桁架理论有了进一步发展，先后出现了45°桁架模型、变角桁架模型、塑性桁架模型、压力场理论、修正压力场理论、桁架-拱模型、转角析架模型和定角软化析架模型等理论。但是对于普通钢筋混凝土深梁和预应力钢筋混凝土深梁的受剪计算还没有通用的计算方法，在分析预应力混凝土深梁受剪承载力方面也存在明显不足。

2.2 非线性有限元方法

计算机以及云空间技术的应用及发展使得人们在分析大型结构及复杂结构中工作量大大减少，同时也有利于广大研宄人员更精确的分析结构构件的力学行为，因此，非线性有限元分析方法逐渐成为分析复杂结构的重要方法。该方法可以较准确的分析结构构件在复杂受力状态时性能。

在有限元分析中，采用高阶单元将使分析结果与实际更加接近，但同时增加了计算量和计算难度。因此，基于分析目的合理选择分析单元和数值积分方法显得尤为重要。通过研究表明：在采用修正压力场理论和割线刚度的算法用于分析结构时，采用较密的网格和低阶有限单元，同样可以获得精确的结果[2]。

2.3 拉压杆模型

鋼筋混凝土构件截面计算绝大部分都是基于平截面假定的，但实际上很多情况下，截面在荷载作用下并不符合平截面假定，拉压杆模型适用于钢筋混凝土结构中不符合平截面假定区域的设计。

拉压杆模型是采用结构内部应力流来表示构件的传力机理，是基于塑性下限理论的设计方法。该模型由钢筋拉杆、混凝土压杆、混凝土节点区三部分组成，如图1所示，其极限承载力也由这三部分的承载力组成，每一杆件单独承受各自的荷载，当实际应力达到极限应力后，杆件即失效破坏，然后静定模型也将破坏。当外荷载作用在结构上时，受拉区混凝土开裂前，结构内部形成一系列相互联系的压应力区与拉应力区;受拉区混凝土开裂后，结构又形成一个非常复杂的受力体系，由受拉钢筋与受压区混凝土构成，它反应钢筋混凝土结构内部真实可靠的传力机理。

拉压杆模型建立在有限元分析基础上，不但外部荷载与内力达到了平衡，同时满足混凝土塑性变形的限制，而这正是塑性下限的两个条件平衡条件与屈服条件[3]。因此，拉压杆模型传力机制清晰，便于计算，计算配筋时可以用定量的设计方法，但该模型忽视了复杂的应力分布，只是简单的用拉压杆去代替实际的应力区域，有很大的局限性体系，同时对承载力的估计是一种保守估计，能保证结构设计的安全可靠与合理。

3 结论

混凝土梁受剪理论研究方法很多，各种研究方法有各自的适用性与其优缺点，拉压杆模型计算方便，传利机制清晰，且安全可靠，是研究混凝土梁受剪机理的首选。

参考文献

[1] 冯浩雄.预应力混凝土T梁抗剪承载力研究[J].湖南城市学院学报，2015，24（1）： 11-14.

[2] 李昊.预应力混凝土梁受剪承载力及改进的桁架-拱模型[D].大连：大连理工大学，2014.

[3] 张志沛.预应力高性能混凝土T梁抗剪性能研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2016.