钢筋混凝土梁受剪承载力及其可靠度研究

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钢筋混凝土梁斜截面剪切破坏机理非常复杂且影响因素众多,研究者们一般根据试验结果提出半经验半理论的计算模型,各国规范的受剪承载力设计公式也存在较大差异。我国混凝土结构设计规范公式修订过程中,所参考的试验数据主要来自85版设计规范背景资料,其构件数量及试验参数取值范围均存在一定的局限性。因此,有必要在更新试验数据的基础上进一步考察各因素对钢筋混凝土梁受剪承载力的影响,比较国内外主要规范设计公式的差别并全面评估《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010(简称“我国规范GB 50010-2010”)公式的准确性及可靠度。在收集整理集中荷载作用下987根无腹筋梁、531根有腹筋梁和均布荷载作用下136根无腹筋梁、42根有腹筋梁受剪试验数据的基础上,深入分析了剪跨比、混凝土强度、纵向受拉钢筋配筋率、粗骨料最大粒径、截面有效高度及箍筋对钢筋混凝土梁受剪承载力的影响,并评估了压力路径理论、劈裂破坏理论、基于截面应变分析的抗剪模型、修正压力场理论和临界剪切裂缝理论计算式以及Zsutty统计公式对不同设计参数的适用性。在地震作用应变率范围内,开展了不同速率下6根无腹筋梁和12根有腹筋梁受剪性能试验研究。结果表明,随着加载速率的提高,梁的破坏形态出现了从纵向受拉钢筋屈服前的剪切破坏向弯剪破坏的转变,裂缝分布也发生了改变。箍筋对剪跨比较大的梁耗能能力的提高作用更显著,且随着加载速率的提高而呈增大趋势。结合国外学者完成的54根梁的受剪试验结果进行比较发现,当加载速率相同时,剪跨比较小的梁受剪承载力动力增大系数明显高于剪跨比较大的梁,且动力增大系数总体上随配箍率的提高而减小。基于更新后的试验数据,对我国规范GB 50010-2010、桥涵规范JTG D62-2004、美国规范ACI 318-14、欧洲规范EN 1992-1-1:2004、加拿大规范CSA A23.3-04和模式规范fib Model Code 2010的钢筋混凝土梁受剪承载力设计公式进行了误差分析。结果表明,对于集中荷载作用下的无腹筋梁和有腹筋梁,我国规范GB 50010-2010公式的预测结果均不能满足偏下限取值要求。此外,利用极限受剪承载力与临界斜裂缝剪力试验值都已知的有腹筋梁试件验证了各规范中最小配箍率取值是合理的。采用考虑基本变量概率分布类型的一次二阶矩方法对我国规范GB 50010-2010、美国规范ACI 318-14和欧洲规范EN 1992-1-1:2004的钢筋混凝土梁受剪承载力设计公式进行了可靠度分析,并比较了我国规范GB 50010-2010中钢筋混凝土梁受剪承载力与正截面受弯承载力设计公式安全度水平的差异。结果表明,对于均布荷载作用下有腹筋梁的受剪承载力,我国规范GB 50010-2010公式的可靠指标能满足《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)的要求。对于集中荷载作用下的有腹筋梁,当剪跨比不小于2.0时,我国规范GB 50010-2010公式的受剪承载力可靠指标大于美国规范ACI 318-14和欧洲规范EN1992-1-1:2004,尽管能满足《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)的基本要求,但明显低于受弯承载力可靠指标;当跨高比不小于5.0时,我国规范GB 50010-2010公式的受剪承载力可靠指标低于目标可靠指标。此外,利用“龙卷风图”方法进行的敏感性分析结果表明,计算模式不定性随机变量对钢筋混凝土梁受剪承载力可靠指标的影响最大,说明可靠度分析时所采用试验数据的样本越大,其结果越能反映问题。基于987根无腹筋梁受剪试验结果进行非线性回归拟合得到混凝土项,利用103根有腹筋梁及同条件的无腹筋梁试验结果验证45~?桁架模型的合理性并取其为箍筋项,进而提出了修正公式。修正公式考虑了纵向受拉钢筋配筋率和尺寸效应的影响,且两类荷载作用下的可靠指标比较接近。通过引入受剪承载力折减系数,可以使钢筋混凝土梁发生剪切破坏的概率小于弯曲破坏的概率。
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