轻骨料混凝土受弯构件受剪承载力计算公式研究.pdf
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1、2 0 1 3年第 1 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI N A CONC RE T E A ND CE ME NT P R0DUC T S 201 3 No 1 2 De c e mb e r 轻骨料混凝土受弯构件受剪承载力 计算公式研究 施红健 ( 苏州市建设工程质量安全监督站 , 2 1 5 0 0 2 ) 摘要 : 根据 1 1 0 根 轻骨料混凝土受弯构件 受剪承栽 力实验数据 , 并应用 G B T 5 0 2 8 3 -1 9 9 9 ( 路 工程 结构 可 靠度设计统 一标准 和 G B J 6 8 8 4 建 筑结构设计统 一标准 提 供的结构 可靠度分
2、析的一 &-阶矩 法 , 对 J G J 1 2 2 0 0 6 ( 轻骨料混凝 土结构技术规程 和 C E CS 2 0 2 : 2 0 0 6 ( 轻骨料混凝 土桥 梁技 术规程 中轻 骨料 混凝 土受弯构件受剪 承栽 力的计 算公式进行 研 究与可靠度 分析。研 究结果表 明 , j g j 1 2 2 0 0 6中受剪承载 力计 算公 式的可靠指 标为 3 7 4 5 而 C E C S 2 0 2 : 2 0 0 6中受剪承载 力计算公式的可靠指标为 4 5 7 6 。 关键词 : 轻骨料混凝土 ; 受弯构件 ; 受剪承载力 ; 计算公式 ; 可靠指标 Ab s t r a c t
3、: B a s e d o n t h e e x p e ri me n t a l r e s u l t s o f 1 1 0 l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e fl e x u r a l me mb e r s , s t u d y a n d r e l i a - b i l i t y a n al y s i s a r e ma d e o n t h e c a l c u l a t i o n f o r mu l a e 湖 s h e a ri n g c a p a c i t y
4、 o f l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e fl e x u r a l m e m - b e r s i n “ T e c h n i c a l s p e c i fi c a t i o n f o r l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e s t r u c t u r e s ”( J GJ 1 2 - 2 0 0 6 )a n d “ T e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n f o
5、 r l i g h t w e i g h t a g gre g a t e c o n c r e t e b ri d g e s ” ( C EC S 2 0 2: 2 0 0 6)b y t h e s e c o n d mo me n t o f fi r s t o r d e r me t h o d r e c o mme n d e d i n“ U n i fi e d S t a n d a r d for r e l i a b i l i t y d e s i g n o f h i g h w a y e n g i n e e ri n g s t ruc
6、 t u r e s ” ( G B T 5 0 2 8 3 - 1 9 9 9 ) a n d“ U n i fi e d S t a n d a r d for d e s i g n of b u i l d i n g s t r u c t u r e s ” ( GB J 6 8 8 4) T h e r e s u l t s s h o w t h a t r e l i a b i l i t y i n d e x of t h e c alc u l a t i o n f o r mu l a o f s h e a ri n g c a p a c i t y i s
7、 3 7 4 5 i n J GJ 1 2 -2 0 0 6 , b u t i s 4 5 7 6 i n C EC S 2 0 2: 2 0 0 6 Ke y wo r d s :L i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e ;F l e x u r al me mb e r ; S h e a r i n g c a p a c i t y ;C a l c u l a t i o n f o r mu l a ; Re l i a b i l i t y i n d e x 中图分类号 : T U 3 7 7 1 文献标识
8、码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 1 2 2 O 一 0 4 0前 言 对 于轻骨料混凝 土结构 建筑工 程依据 J G J 1 2 2 0 0 6 轻骨料混凝土结构技术规程 ( 以下简称 建工规程1 进行设计 , 桥 梁工程依据 C E C S 2 0 2 : 2 0 0 6 轻骨料 混凝 土桥梁技术规程 嘲 ( 以下简称桥 梁规 程1 进行设计。 轻骨料混凝土构件的斜截面受剪由于 其影响因素众多 、 受力性能 复杂 。 故科研人员历来 都重视对其设计计算方法的研究 。然而 , 目前尽管 已进行 了许多研究 , 但迄今还没有像受弯承载力一 样建
9、立起系统的计算方法和计算公式 3 。我国两部 技术规程 - 2 1 尽管使用相 同的方法来建立受弯构件 的受剪承载力计算公式 。但因为行业不 同等原因 , 两部技术规程中的计算公式存在较大区别。为便于 技术人员更好地理解计算公式的本质 , 从而更好地 为工程建设服务 , 本文根据 1 1 0根有腹筋受弯构件 的实验结果 对两部技术规程 中的斜截面受剪承载 力计算公式进行了研究 。 1 两部技术规程中受剪承载力计算公式的区别 两部技术规程 - 2 1 均使用 以概率论为基础 的极 一 20一 限状态设计法 , 基于实验数据 , 依据偏 下限的概念 建立轻骨料混凝土受弯构件的受剪承载力计算 公 式
10、。公式 ( 1 ) 是建工规程 1 】 中独立受弯构件配箍筋时 的受剪承载力计算公式 ; 公式 ( 2 ) 是桥梁规程2 1 中矩 形截面简支受 弯构件配箍筋时 的受剪承载力计算 公式 。 = b ho +f y =b h 。 ( ) ( 1 ) V = O 8 2 b h 0 v ( 2 + 0 6 P d P ( 2 ) 式 ( 1 ) 、 式( 2 ) 中各符号含义与相应规程 中的 相同。 研究表明 影响轻骨料混凝土受弯构件受剪承 载力的主要因素有截面尺寸、 混凝土强度 、 剪跨 比、 箍筋的配箍率以及纵向钢筋配筋率等。 比较式( 1 ) 和式 ( 2 ) 可 以发现 , 式 ( 1 )
11、 没 有纵向 钢筋配筋率这一参数 ; 而式 ( 2 ) 中又没有剪跨 比这 一 参数 。而且两式在表达形式上也有很大差别 , 其 施红健 轻骨料混凝土受弯构件受剪承载力计算公式研究 差别 主要 如下 : 式 ( 1 ) 将 混凝 土承载力 和箍筋承载 力分项 考虑 , 采用二项式 ; 而式 ( 2 ) 将混凝 土承载力 和箍筋承载力合项考虑 , 采用一项式。式( 2 ) 的强度 指标位 于根号内 , 而式 ( 1 ) 没有 , 随后的分析表 明这 影响可靠指标 的计算结果 。同时两部技术规程 中有 关 轻骨料混凝土和钢筋强度设计值的取值也是不 同的。 对于相 同的轻骨料混凝 土受弯构件 。 两
12、部技术 规 程的受剪承载力计算公式为什么有如此大 的不 同?究竟应如何评价计算公式的合理性?偏下限是 一 个定性概念 , 一般采用 9 5 保证率来建立受 弯构 件斜截面受剪承载力的偏下 限计算公式 。 这样建立 的公式能不能符合文献【 4 】 和文献【 5 】 的要求?本文根 据实验数据和文献 4 】 、 文献 5 】 的规定 , 通过与实验 结果 的对比和可靠度分析来研究这些问题。 2 文献【 4 】 和文献【 5 】 对可靠指标的规定 建工规程【 1 中的轻骨料混凝土受弯构件斜截面 受剪 承载力计算公式的可靠指标应满 足文献网 的要 求 , 即当安全等级为二级时, 本文公式 ( 1 )
13、的可靠指 标应大于等于 3 7 : 桥梁规程嘲 中的轻骨料混凝土受 弯构件斜截面受剪承载力计算公式 的可靠指标应 满足文献【 5 1 的要求 , 即当安全等级 为二级 时 , 本文 公式 ( 2 ) 的可靠指标应大于等于 4 7 。根据 以上要求 可知 , 对公式( 2 ) 的可靠指标要求 比公式 ( 1 ) 正好大 1 0 , 两个公式可靠指标取值不同主要是 由于文献 4 】 规定建筑结构 的设计基准期 为 5 0年 , 而文献 5 规 定桥梁结构的设计基准期为 1 0 0年。 3试验结果与分析 本文收集 了 1 6 7根配腹筋受弯构件 的实验结 果6 - 7 1 。1 6 7根实验受弯构件
14、的基本参数如下 : 梁 宽 b = 6 3 3 2 0 0 m r n 。梁 高 h = 1 5 0 5 8 4 m m。剪跨 比 A = 1 0 0 4 0 5 , 纵 向钢筋配 筋率 p = 0 7 7 3 7 5 , 箍 筋 配箍率 = 0 0 0 1 5 , 箍筋强度f , - 2 2 8 6 2 2 MP a , 混 凝土立方体强度 1 8 5 8 2 M P a 。 试验结果表 明 。 1 1 0根 实验梁 为剪压破 坏 2 7 根实验梁为斜拉破坏 , 3 0根实验梁为斜压破坏 。影 响轻骨料混凝土受弯构件受剪承载力的主要 因素 与影响普通混凝 土的相同 有截 面尺寸、 混凝土强
15、度等级 、 剪跨 比、 配箍率 、 纵向钢筋的配筋率等。轻 骨料混凝土受弯构件的破坏特征也与普通混凝土 受弯构件 的类似 , 根据剪跨 比和配箍率 的不同有斜 压破坏 、 剪压破坏和斜拉破坏。同时 , 截面尺寸 、 材 料强度和配筋等完全相 同的轻骨料混凝 土受弯构 件 的受剪承载力 比普通混凝土受弯构件 的受 剪承 载力低 , 其受剪承载力低主要是 由于轻骨料混凝土 受弯构件剪压 区的抗剪能力 以及轻骨料之 间的咬 合力较普通混凝土低的缘故。箍筋对轻骨料混凝土 受弯构件和普通混凝土受弯构件受剪承载力 的贡 献相 同。 对于 1 1 0根剪压破坏实验梁 分别用建工规程 和桥梁规程的计算公式,
16、即公式( 1 ) 和公式( 2 ) 计算 实验梁的极 限受剪承载力 。 计算 时实验梁的截面尺 寸 、 材料强度 、 配筋面积均取实测值 。按公式 ( 1 ) 计 算得 到的极 限受剪承载力 、 按公 式( 2 ) 计算得到 的极限受剪承载力 ,以及两者与实 验实测值 的 比较 见 表 1 。 表 1 试验实测值与式( 1 ) 、 式( 2 ) 计算值的比较 。 分析表 l可知 , 的平 均值 大于 的 表明桥梁规程计算公式的安全裕量较建工规程 的大 , 这对可靠指标是有利 的。同时 , 的变异 系数大于 的 , 表 明桥梁规程计算公式的离散 性较建工规程的大, 这对可靠指标是不利的。 对实验
17、数据的进一步分析表 明,随着剪跨比 入 的增大 , 。 比值的平 均值稍有减小 ; V V 比 值 的平均值明显减小 , 这反映出建工规程计算公式 的安全裕量与剪跨 比的关系不大 , 而桥梁规程计算 公式的安全裕量随剪跨 比的增大而减小。随着配箍 率 的增大 , 。 比值 的平均值 和 : 比值 的平均值变化均不大 , 接近水平线 , 这反映 出建工 规程 和桥梁规程计算公式 的安全裕量 与配箍率 的 关系均不大。 4 可靠度计算及分析 可靠度是 由构件 抗力和作用效应 的不确定性 所决定 的 。 同时影响抗力和作用效应不确定性的因 素有材料强度的不确定性 、构件尺寸的不确定性 、 计算模式不
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