重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074
摘要：由于钢筋混凝土梁的抗剪承载力的影响因素众多且破坏机理相对复杂，所以目前国内外关于抗剪承载力计算的研究仍相对匮乏。本文将从钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算方法出发，针对实腹式矩形梁与箱梁在抗剪承载力计算方法上的差异进行分析探讨。研究表明：把箱形截面简化成为等效工字形截面进行计算的方法会使计算结果产生较大差异，这将为今后类似的桥梁抗剪设计以及计算方法提供相关的依据。
关键词：钢筋混凝土梁；矩形梁；箱梁；抗剪承载力
一、引言
自20世纪开始，混凝土梁的抗剪承载力研究就是一个经典课题，目前钢筋混凝土结构剪切破坏的计算方法，主要分为以下四种：①极限平衡法；②统计分析法；③非线性有限元分析法；④桁架理论法[1]。钢筋混凝土构件的抗剪承载力计算主要是沿着桁架模型展开的[2]，所以目前此种方法所得到的认可度最高。
二、抗剪承载力计算方法
(一)极限平衡法
苏联学者曾研究了由临界斜裂缝以及穿过斜裂缝顶部垂直剖面分开的构件的上、下部分的极限平衡状态，通过分析隔离体的受力状态和实验结果确定相关内力的分布和极值，建立了3个平衡方程来进行求解，同时考虑了在平面应力状态下混凝土的强度准则和平截面假定。
(二)统计分析法
统计分析方法是基于大量的试验数据，从不同的研究角度进行探讨。而其通常建立在大量数据的回归分析之上，再给出较为简单的计算公式，更加易于应用。但建立抗剪承载力计算公式的初衷不是要我们准确的预测构件的抗剪承载力，而是能够有效的防止构件产生脆性剪切破坏。基于试验数据的统计方法因其简单实用的特性，而被广泛的使用，但它也存在着试验工作量大、统计公式范围窄等缺点，并且统计分析方法缺乏明确的力学模型。
(三)非线性有限元分析法
钢筋混凝土结构的非线性有限元分析法逐步体现出较强的分析能力、能够处理较大难度的问题以及应用范围广的优点，其唯一的缺点就是需要花费大量的时间来进行计算。对于钢筋混凝土的非线性分析，非线性有限元分析不仅可以准确地确定秒速构件在非线性加载过程中的整体反应；更重要的是，它还可以描述构件的局部反应并考虑当构件处在复杂的受力状态下。通过选择合适的理论方法、单元模型、控制方法等，便可以达到预期目的。
(四)桁架理论法
在配箍率较小的时候，梁柱的抗剪承载力由拱模型以及桁架模型共同建立；当配箍率较大时，抗剪强度主要由混凝土有效抗压强度控制。在计算公式中，混凝土的抗压强度不直接用作设计指标，而是采用修正之后的有效抗压强度，关于有效强度系数的确定则依照半经验半理论公式。随着混凝土轴心抗压强度的逐渐增大，有效强度系数的折减幅度将会越来越大。
三、箱梁与实腹式矩形梁抗剪承载力计算的差异
影响抗剪承载力的因素很多：混凝土强度及类型、剪跨比、箍筋配筋率以及纵向钢筋配筋率等。混凝土梁的抗剪承载力随混凝土抗压强度的提高而增加；剪跨比则反映了外荷载作用下剪应力与正应力的关系，决定了受剪切破坏的形式，且剪跨比越大，抗剪承载力越低；箍筋在斜裂缝出现时，能够承担斜截面上的部分剪力，限制斜裂缝的延伸，对提高剪压区混凝土的抗剪承载力和纵向钢筋的销栓作用都有着十分积极的影响；在设计中，我们通常利用最小纵筋配筋率来避免因纵筋数量不足而导致的剪切破坏，混凝土梁的抗剪承载力会随着纵向受拉钢筋的配筋率的提高而增加[3]。
（一）实腹式矩形梁抗剪承载力的计算方法
对于矩形梁的抗剪承载力公式，通常采用《公路桥规》中对配置了腹筋的钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算的半经验半理论公式，如公式2-1所示：
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式中：V为斜截面受压端正截面上荷载产生的最大剪力；Vcs为斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪承载力；Vpb为与斜截面相交的预应力弯起钢筋抗剪承载力；α1为异号弯矩影响系数，计算简支梁和连续梁近边支点梁段的抗剪承载力时，α1=1.0，计算连续梁和悬臂梁近中间支点梁段的抗剪承载力时，α1=0.9；α2为预应力提高系数，对钢筋混凝土受弯构件α2=1.0；α3为受压翼缘的影响系数，对具有受压翼缘的截面，取α3=1.1；b为斜截面受压区顶端正截面处矩形截面宽度，或T形和工字形截面肋板宽；h0为斜截面受压区顶端正截面的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点到受压边缘的距离；p为斜截面内纵向受拉钢筋的配筋率，p=100ρ，ρ=As/(bh0)，当ρ＞2.5时，取ρ=2.5；fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值；ρsv为斜截面内箍筋配筋率；fsv为箍筋抗拉强度设计值；fsd为弯起钢筋的抗拉强度设计值；Asb为斜截面内在同一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋总截面面积；θs为弯起钢筋的切线与构件水平纵向轴线的夹角。
（二）箱梁抗剪承载力的计算方法
目前，把箱形截面简化为等效工字形截面来进行计算仍然是最常见的方法，但事实上，箱梁的抗剪承载力利用等效工字形梁的公式进行计算是偏于不安全的。对此，同济大学的李晓娅硕士根据箱梁桥梁的破坏形态，得出箱梁的斜截面抗剪承载力公式[4]，如公式（2-2）所示：
V=Vc+Vs+Vps+Vp （2-2）
式中：Vc为混凝土的抗剪承载力；Vs为箍筋的抗剪承载力；Vps为竖向预应力筋的抗剪承载力；Vp为预应力筋的抗剪承载力。
（三）实腹式矩形梁与箱梁之间的差异
在实腹式矩形梁中应用到的半理论半经验公式主要是基于矩形梁、T梁和I梁试验数据上得出的，跟箱梁之间存在较大的差异。例如：(1)箱梁的传力结构和承重结构相互结合，各部分构件共同受力，截面效率会更高；(2)箱形截面在各种荷载作用下会产生框架效应；(3)大型箱梁的纵向弯曲产生的竖向变位会在横截面上引起纵向正应力和剪力滞效应，使得箱梁不能按照初等梁理论进行验算。因此，在最初的计算过程中，如不对箱梁和矩形梁的计算公式加以区分，而只是单纯的把箱形截面等效成工字形截面，采用同一个公式进行求解，就会产生较大的差异。
四、结论
本文从探讨钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算方法出发，简析了几种常用的计算抗剪承载力方法的优缺点。其次，考虑到箱梁的计算方法仍然是把箱形截面简化成等效工字形截面来进行计算，会与实际情况存在出入。因此，对比了实腹式矩形梁与箱梁在计算承载力方法上的差异，为今后类似的桥梁抗剪设计和计算方法提供参考和依据。
参考文献：
[1]吕艳梅.高强箍筋高强混凝土梁抗剪性能试验研究与理论分析[D].湖南大学,2008.
[2]林懋.超高强混凝土梁抗剪设计方法研究[D].哈尔滨工业大学,2008.
[3]郑辉.混凝土箱梁抗剪性能试验研究[D].湖南大学,2015.
[4]李晓娅.箱形桥梁抗剪性能数值分析及简化计算[D].同济大学,2007.
作者简介：徐俊欣（1995-），女，汉族，重庆人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁健康监测研究