3.2 RC桥面板数据库里的实验数据_基于试验数据库下钢筋混凝土桥梁板构件冲切强度破坏机理的研究-QQ阅读女频现言网

书名：基于试验数据库下钢筋混凝土桥梁板构件冲切强度破坏机理的研究
作者名：杨秋宁
本章字数：3207字
更新时间：2025-02-14 23:00:35

3.2 RC桥面板数据库里的实验数据

收集全世界各国研究者的钢筋混凝土桥面板实验数据是比较困难的。笔者收集了包括笔者自己的实验数据结果在内的427个试验数据结果，建成目前世界上最大的桥面板试验结果数据库。其中欧美等国家的实验数据共计249个，日本研究者的实验数据178个。具体内容如表3-1所示，实验数据根据研究者的不同而各不相同。

西方研究者很早就开始了有关RC板冲切强度的研究。到目前为止，已经有诸多研究成果问世。各国研究者在大范围内检讨影响RC桥面板强度各种因素的同时，对RC桥面板的破坏机理的研究也进行了系统的分析，并推导出RC桥面板冲切强度计算公式。

但是，对于混凝土桥面板构件而言，与梁式受弯构件有差别，混凝土桥面板的截面高度较小而平面尺寸较大，具有较大的高跨比，主要承受分布荷载，受弯时板截面的应变梯度大于梁截面的应变梯度；从配筋方面看，板的配筋多采用直径较小的钢筋作为受力钢筋，钢筋间距较大而配筋率较小。因此，RC桥面板受各种因素的影响，其破坏机理十分复杂。以前都是选取主要影响因子来判断RC桥面板冲切破坏强度，并推导出各种实用的强度计算公式。

本书中的实验数据显示了这些强度计算公式的主要影响参数。例如，表3-1所示，对钢筋混凝土强度而言，低强度的实验数据和高强度的实验数据都有，范围从12.25 N/mm2到80 N/mm2不等。关于梁的冲切破坏机理的研究较多，根据研究结果可知冲切有效长度比的大小，斜拉和剪切压缩性的破坏是不一样的。因此考虑混凝土收缩强度为影响参数的公式较多。

以往的计算公式多半都是以混凝土强度方根按比例来计算冲切强度的。配筋率对冲切强度的影响也比较明显，因此日本土木学会公式 [40]日本土木学会.混凝土标准规范[构造能照查编].2002年. 和BS公式等将配筋率作为强度计算公式的影响参数 [18][38]Moe，J.：Shearing Strength of Reinforced Concrete Slabs and Footings under Concentrated Loads，Development Department Bulletin. D47，Portland Cement Association，1961.4. 。根据试验数据库显示配筋率的范围在0.176%到7.02%之间，钢筋混凝土桥面板冲切强度和配筋率成正比直线关系，因为配筋率大的实验数据变化较多，没有发现特定的规律。有文献显示钢筋屈服强度的大小根据钢筋抗剪作用的影响对冲切强度有一定的影响。本书中的钢筋屈服强度范围从309 N/mm2到628 N/mm2。桥面板的尺寸效应方面，在实验数据较多，试验规模较大的场合采用不同的尺寸，例如日本学者角田 [11][19][21][27][46]角田与史雄，伊藤昭夫，藤田嘉夫.关于钢筋混凝土板冲切承载力的研究.土木学会论文报告集，1974.9（229）：105～115. 的实验数据。基本上所有的公式都将有效高度作为影响参数，只有山口大学简易公式采用桥面板全厚，有效高度的范围从25.4mm到397mm。桥面板全厚的范围从40mm到503mm。桥面板的实验数据中混凝土的特性及尺寸都有详细描述。

本书中将保护层厚度作为RC桥面板的冲切强度的影响参数。目前，多数国家设计规范用钢筋混凝土桥面板冲切强度评价公式，常以板的有效高度作为主要影响因素，并未考虑板的全厚对公式的影响。例如中国钢筋混凝土板构件的计算，从力学机理着手，假设其冲切锥面倾角为45°，剪力计算截面取距载荷边h0处，抗力计算截面取距载荷边h0/2处，分别采取锥底截面及锥中断面计算其冲切剪力及抗力。 [48]前田幸雄，松井繁之.钢筋混凝土板冲切承载力评价式.土木学会论文集，1984.8，1（348）：133-141. 但规定了最小板厚，由此可以认为，通过改变保护层厚度可增加板构件全厚，进而提高板的冲切强度。本书中的实验数据中，最小保护层厚度为30mm，保护层的范围从6mm到70mm。

以往的研究中虽然有一些关于粗骨料最大尺寸的文献，但是将粗骨料最大尺寸作为影响参数的文献却没有。骨材尺寸效应对钢筋混凝土构件的冲切强度驘筋的影响，不仅仅是粗骨料本身，混凝土强度也是原因之一。另外，粗骨材的粒径和断面尺寸的关系对骨料的咬合作用也有影响。断面小而骨料粒径大的构件对咬合作用影响大。根据断面尺寸考虑有效高度时，有效高度越小，咬合作用的影响更显著。从钢筋的角度对桥面板冲切强度破坏的抵抗，一般只是考虑了抗拉区的钢筋而已。并且，桥面板发生剪切破坏时，裂缝的位置的抗拉钢筋根据钢筋抗剪效果进行抵抗。钢筋抗剪效果对冲切强度的影响占20%～30% [5]Hewitt，B.，E. and Batchelor，B. de V.：Punching Shear Strength of Restrained Slabs，Proceedings of ASCE，Vol.101，No.ST9，pp.1837～1853，1975.9. Criswll，M.，E. and Hawkins，N.，M.：Shear Strength of Slabs，Basic Principle and their Relation to Current Methods of Analysis，Shear in Reinforced Concrete，ACI SP-42，Vol.42，pp.641～676，1974. ，这种效果没有报道的文献也有。 Gardner，N.，J. and Shao，X.，Y.：Punching Shear of Continuous Flat Reinforced Concrete Slabs，ACI Structural Journal，Vol.93，No.2，PP218～229，1996.

关于支撑长度对冲切强度的影响已有文献记载并进行了讨论，而有些研究却没有考虑其造成的影响。支撑长度是影响梁构件冲切强度的重要因素之一。对于桥面板构件冲切强度而言，支撑长度同样具有一定的几何意义，因为抗弯应力与剪切应力的比的意义以及裂缝和局部应力的再分配等原因，不能将其单纯的和梁构件一样考虑。以前的研究表明，支撑长度对桥面板构件冲切强度的影响并无明显趋势。本书收集的试验试块的性状有正方形、长方形和圆形3种。大约有20个试验试块的荷载是从其中央位置自下向上施加。

桥面板的冲切强度的影响参数包括试验的方法，材料的性能，残存应力，试件尺寸效应，周边条件等。如果将影响参数全部考虑到是非常困难的，就算试验条件相同的试验试块的寿命也会各不相同。笔者收集了大量道路桥面板实验结果数据，建成实验结果的数据库。其中实验数据较多的研究者有日本学者角田[8]（47台）和滨田 ][50][55]滨田纯夫，松尾荣治，藤冈靖. 基于实验的RC冲切强度算定式的安全系数.土木学会论文集，2001.5，51（676）：51～63. （] 45台）。

一方面，考虑到影响桥面板冲切强度的影响因子有很多，以前的研究或多或少地假定某种程度的破坏后再进行数值模拟分析，这样推导公式的精度不够，适用性也不够广泛。很多结果也是针对梁构件研究得到的。如果我们把梁构件的研究成果直接运用到桥面板上，对于钢筋混凝土桥梁而言，结构体系通常由直接承载的梁板、支承加劲梁的支座体系和支承桥跨体系的基础组成。实际设计时三者密不可分，而且这三种基本承载构件以不同的方式影响总体结构的性能。因此这是不可行的。另一方面，从桥面板的角度，很多研究者提出了考虑各种因素的疲劳强度的简化公式，但对于桥面板的疲劳模型及破坏机理，至今还没有彻底弄清。日本教授角田针对以上结论对包括普通混凝土在内的RC桥面板的试验试块进行试验，研究其承载耐力，并且分析自己的实验数据和以往研究者利用统计解析法得到的实验数据的对比结果，继而推导出以角田命名的实用性及适用性更广泛的公式。

角田的47个试验试块中混凝土强度150 kg/cm2～500 kg/cm2，支撑长度50 cm～200 cm，有效厚度7.5 cm～17 cm，钢筋直径10mm～22mm，配筋率0.5%～3.4%，加载面积5 cm2～30 cm2。日本研究者松井考虑了载荷增加时构件中性轴位置的变化及保护层厚度的影响，这是目前为止对桥面板冲切强度的影响因子考虑较全面的研究。其他国内外公式都没有将保护层厚度作为桥面板冲切强度的影响因子。松井公式的保护层厚度限定在10mm～40mm的范围以内。但保护层厚度在40mm以上该公式不适用。滨田探讨钢筋混凝土桥面板抗拉侧保护层厚度对板冲切强度的影响规律及作用机理，在保持试件有效高度不变的条件下，对不同保护层厚度的钢筋混凝土板试件进行试验。

笔者通过增大压缩侧钢筋量和粗骨料最大尺寸的方法，根据试验结果，分析RC桥面板的破坏机理的同时对以往公式进行评价，推导更加合理、更加精确的公式。这些研究成果将在本书第5章详细说明。

对于圆形的板试件的研究，主要集中在欧美日等国家。例如日本研究者秋山于1982年根据圆形试件体的试验结果发表了相关论文。 [26]秋山晖，村田俊彦，新川隆夫：在集中荷载作用下圆形的RC桥面板冲切承载力的实验研究，鹿岛建设技术研究所年度报告30号，1982. 下表汇总了笔者收集到的427个RC桥面板试件的实验结果。

表3-1 RC桥面板影响因子及其实验结果

续表

以上所示各研究者的桥面板试件的影响参数各不相同。就算是相同的实验者影响参数的范围也有大有小。

No.1～No.2：Graf’s slabs 19][21][27][46]角田与史雄，伊藤昭夫，藤田嘉夫.关于钢筋混凝土板冲切承载力的研究.土木学会论文报告集，1974.9（229）：105～115. 石桥忠良，齐藤启一：钢筋混凝土桥面板冲切承载力的考察，混凝土工学年度讲演会论文集，1984，629～632.

No.3～No.27：Elstner-Hognestad’s slabs

No.28～No.29：Scordelis-Lin-May’s slabs [36]Scordelis，A.，C.，Lin，T.，Y. and May，H.，R.：Shearing Strength of Prestressed Lift Slabs，Journal of ACI，Vol.55，No.4，pp.485～506，1958.

No.30～No.42：Moe’s slabs [18][38]Moe，J.：Shearing Strength of Reinforced Concrete Slabs and Footings under Concentrated Loads，Development Department Bulletin. D47，Portland Cement Association，1961.4. 角田与史雄，伊藤昭夫，藤田嘉夫.关于钢筋混凝土板冲切承载力的研究.土木学会论文报告集，1974.9（229）：105～115. 石桥忠良，齐藤启一：钢筋混凝土桥面板冲切承载力的考察，混凝土工学年度讲演会论文集，1984，629～632.

No.43～No.57：Yitzhaki’s slabs [11][19][21][27][46]角田与史雄，伊藤昭夫，藤田嘉夫.关于钢筋混凝土板冲切承载力的研究.土木学会论文报告集，1974.9（229）：105～115. Yitzhaki，D.：Punching Strength of Reinforced Concrete Slabs，Journal of ACI，Vol.63，No.5，pp.527～540，1966.

No.58～No.76：Gardner’s slabs [15][23]Gardner，N.，J.：Relationship of the Punching Shear Capacity of Reinforced Concrete Slabs with Concrete Strength，ACI Structural Journal，No. 1，pp.66～71，1990.

No.77～No.95：Mowere-Vanderbilt’s slabs [43]Mowrer，R.，D.and Vanderbilt，M.，D.：Shear Strength of Lightweight Aggregate Reinforced Concrete Flat Plates，Journal of ACI，Vol.64，No.11，pp. 722～727，1967.11.

No.96～No.98：Bazant-Cao’s slabs [44]Bazant，Z.，P. and Cao，Z.，P：in Punching Shear Failure ofSlabs，ACI Structural Journal，pp.44～53，1987.

No.99～No.111：Menetrey’s slabs 秋山晖，村田俊彦，新川隆夫：在集中荷载作用下圆形的RC桥面板冲切承载力的实验研究，鹿岛建设技术研究所年度报告30号，1982.

No.112～No.136：Kinnunen-Nylander’s Slabs

No.137：Pralong-Brandli’s slabs [28][31][32][34][35]Bhatt，P. and Agar，T.，J.，A：A Neural Network for Predicting the Punching Shear Strength of Internal Column-Flat Slabs Junctions without Shear Reinforcement，International Workshop on Punching Shear Capacity of RC Slabs- Proceedings，pp.39～45，2000.6.

No.138～No.147：Regan’s slabs [28][31][32][34][35]Bhatt，P. and Agar，T.，J.，A：A Neural Network for Predicting the Punching Shear Strength of Internal Column-Flat Slabs Junctions without Shear Reinforcement，International Workshop on Punching Shear Capacity of RC Slabs- Proceedings，pp.39～45，2000.6. Comite’Euro-International du Beton，“CEB-FIP Model Code 1990，”CEB Bulletind Information，No213/214，Lausanne，Switzerland，May 1993.

No.148～No.150：Van-Dilger’s slabs [28][31][32][34][35]Bhatt，P. and Agar，T.，J.，A：A Neural Network for Predicting the Punching Shear Strength of Internal Column-Flat Slabs Junctions without Shear Reinforcement，International Workshop on Punching Shear Capacity of RC Slabs- Proceedings，pp.39～45，2000.6.

No.151～No.155：Corley-Hawkins’s slabs

No.156～No.172：Marzouk-Hussein’s slabs [18][38]Moe，J.：Shearing Strength of Reinforced Concrete Slabs and Footings under Concentrated Loads，Development Department Bulletin. D47，Portland Cement Association，1961.4. Comite’Euro-International du Beton，“CEB-FIP Model Code 1990，”CEB Bulletind Information，No213/214，Lausanne，Switzerland，May 1993

No.173～No.196：Akiyama’s slabs 日本土木学会.混凝土标准规范[构造能照查编].2002年. AIJ：“Design Standards of Reinforced Concrete，”Architectural Institute of Japan，1991.4.

No.197～No.201：Umehara’s slabs [22][42]Yitzhaki，D.：Punching Strength of Reinforced Concrete Slabs，Journal of ACI，Vol.63，No.5，pp.527～540，1966.

No.202～No.204：Higashiyama-Matsui’s slabs Mowrer，R.，D.and Vanderbilt，M.，D.：Shear Strength of Lightweight Aggregate Reinforced Concrete Flat Plates，Journal of ACI，Vol.64，No.11，pp. 722～727，1967.11.

No.205No.207：Suehiro’s slabs Bazant，Z.，P. and Cao，Z.，P：in Punching Shear Failure ofSlabs，ACI Structural Journal，pp.44～53，1987.

No.208～No.209：Nagai’s slabs Menétrey，P：Analytical Computation of the Punching Strength of Reinforced Concrete，ACI Structural Journal，No.5，pp.503～511，1996.

No.210～No.256：Kakuta’s slabs [11][19][21][27][46]角田与史雄，伊藤昭夫，藤田嘉夫.关于钢筋混凝土板冲切承载力的研究.土木学会论文报告集，1974.9（229）：105～115. Kinnunen，S.and Nylander，H.：“Punching of Concrete Slabs Without Shear Reinforcement，”Transactions of Royal Institute of Technology，Stockholm，No.158，Mar.1960

No.257～No.274：Slabs Maede-Matsui used in Paper. 前田幸雄，松井繁之.钢筋混凝土板冲切承载力评价式.土木学会论文集，1984.8，1（348）：133-141.

No.275～No.276：Yamada’s slabs Yamada，T.，Nanni，A. and Endo，K.：Punching Shear Resistance of Flat Slabs：Influence of Reinforcement Type and Ratio，ACI Structural Journal，No.4，pp.555～563，1992.

No.277～No.297：Hamada’s slabs ][50][55]滨田纯夫，松尾荣治，藤冈靖. 基于实验的RC冲切强度算定式的安全系数.土木学会论文集，2001.5，51（676）：51～63. Marzouk，H. and Hussein，A.：Experimental Investigation on the behavior of High-Strength Concrete Slabs，ACI Structural Journal，No.6，pp. 701～713，1991. 梅原秀哲，石神孝之.加厚RC桥面板的力学性能研究神，土木学会论文集，1992，89～98. 未弘保，石桥忠良，佐藤春雄，大庭光商. RC桥面板冲切强度的研究，混凝土工学年度讲演会论文集，1989.149～152. 永井健，小玉克己，佐藤贡一.下侧增厚加强RC桥面板的实验研究，混凝土工学年度讲演会论文集，1993.341～346.

No.298～No.331：Hamada’s slabs ][50][55]滨田纯夫，松尾荣治，藤冈靖. 基于实验的RC冲切强度算定式的安全系数.土木学会论文集，2001.5，51（676）：51～63. Kinnunen，S.and Nylander，H.：“Punching of Concrete Slabs Without Shear Reinforcement，”Transactions of Royal Institute of Technology，Stockholm，No.158，Mar.1960.

No.332～No.333：Ozawa’s slabs 小泽满津雄，内田裕市，小柳洽.RC桥面板冲切强度破坏机理的基础研究，混凝土工学年度讲演会论文集，1999.565～570.

No.334，No.335：Higashiyama’s slabs img class="qqreader-footnote" src="images/note.png" alt="[58]东山浩士，松井繁之.基于移动轮荷载试验桥轴方向RC桥面板疲劳耐久性的研究，土木学会论文集，1998.79～90. 东山浩士，松井繁之.偏心荷载作用下RC桥面板冲切强度，混凝土工学年度讲演会论文集，2001.517～522." />

No.336，No.337：Takahashi’s slabs 高桥义裕，佐藤靖彦.利用碳素纤维补强RC桥面板冲切承载力的实验研究，混凝土工学年度讲演会论文集，2000.721～726.

No.338，No.339：Abe’s slabs 阿部忠，木田哲量，泽野利章，高崎英邦. 移动荷载对RC桥面板承载力的影响及其破坏机理，混凝土工学年度讲演会论文集，2002.577～582.

No.340～No.343：Salim’s slabs Salim，W. and Sebastian，W.，M.：Punching Shear Failure in Reinforced Concrete Slabs with Compressive Membrane Action，ACI Structural Journal，Vol.100，No.4，pp.471～479，2003.

No.344～No.356：Aoki’s slabs Aoki，Y. and Seki，H.：Shearing Strength and Cracking in Two-Way Slabs Subjected to Concentrated Load，Cracking Deflection，and Ultimate load of Concrete Slab Systems，SP-30，E.G.Nawy，ed，American concrete Institute，Farmington Hills，pp.103～126，1971.

No.357～No.367：Holowka’s slabs Holowka，M.，Dorton，R.and Csagoly，p.：Punching Shear Strength of Restrained Circular Slabs，Ontario Ministry of Transportation and Communications，Toronto，1979.

No.368～No.379：Kuang’s slabs Kuang，J.，S. and Morley，C.，T.：A Plasticity Model for Punching Shear of Laterally Restrained Slabs with Compressive Membrane Action，International Journal of Mechanical Sciences，V.35，No.5，pp.371～385，1993.

No.380～No.395：Rankin’s slabs Rankin，G.，I.，B. and Long，A.，E.：Predicting the Enhanced Punching Strength of Interior Slab-Column Connections，Proceedings of the Institution of Civil Engineers，V.82，pp.1165～1186，1987.

No.396～No.415：Snowdon’s slabs Snowdon，L.，C.：Some Tests on the Strength in Punching Shear of Restrained Concrete Slabs，Building Research Station，Watford，1973.

No.416～No.423：Taylor’s slabs Taylor，R. and Hayes，B.：Some Tests on the Effect of Edge Restraint on Punching Shear in Reinforced Concrete Slabs，Magazine of Concrete Research，V.17，No.53，pp.183～186，Dec.1965.

No.424～No.427：Park’s slabs Hong-gun，P.，Kyung-soo，A.，Kyoung-kyu，C.，and Lan，C.：Lattice Shear Reinforcement for Slab-Column Connections，ACI Structural Journal，Vol.104，No.3，pp.294～303，2007.