2.3 板沖切強(qiáng)度的影響因素

板沖切強(qiáng)度的影響因素包括混凝土強(qiáng)度、板的有效高度、配筋率、加載板的尺寸、加載板的形狀、加載板的周長、板的跨度、支持條件等，包含從構(gòu)造條件到受力條件等多方面因素。因此，建立強(qiáng)度計算公式時理應(yīng)充分考慮以上所有影響因素，但由于所用混凝土的不均勻性、板厚及配筋等存在一定的施工誤差，建立多因素影響下的強(qiáng)度公式十分困難。加之各因素之間也存在相互影響，探討單因素對強(qiáng)度影響的可能性也十分有限。

許多研究者都相繼發(fā)表了有關(guān)板沖切破壞機(jī)理的研究成果，但即使是關(guān)于鉛直力作用下板的破壞機(jī)理仍未明確。

2.3.1 板沖切界限斷面的設(shè)定

以往的強(qiáng)度計算公式以荷載作用區(qū)域周邊界限斷面的統(tǒng)稱剪切應(yīng)力來表示板的沖切承載力。抗剪強(qiáng)度與荷載限界斷面的周邊長度與板厚乘積的商即為公稱剪切應(yīng)力，所得結(jié)果僅為表面值，并不能直接反應(yīng)實(shí)際受力及荷載分布下的強(qiáng)度。如圖2-8所示，板的沖切破壞從荷載作用區(qū)域周邊開始，部分混凝土在沖切力的作用下呈圓錐狀或棱錐狀破壞。但因破壞時的斷面形狀、裂縫進(jìn)展角度等受多方面復(fù)雜因素的影響，很難通過計算推定。所以，在板的設(shè)計中，為了計算方便，將其假定為圖2-9所示的限界斷面。很多研究者也都對此假定在實(shí)際應(yīng)用中的安全系數(shù)作了深入研究。此外，因限界斷面的位置不同將導(dǎo)致板的抗剪強(qiáng)度改變，所以限界斷面的設(shè)定是提高板強(qiáng)度計算精度的重要因素。日本混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定，將從載荷板開始到有效高度一半的位置作為限界斷面進(jìn)行設(shè)計計算。

2.3.2 混凝土強(qiáng)度的影響

由梁抗剪強(qiáng)度的研究可知，由于剪跨比的不同，其破壞形式可分為斜拉破壞和剪壓破壞，兩種破壞方式直接影響到混凝土的強(qiáng)度。一般的，斜拉破壞由混凝土的抗拉強(qiáng)度、剪壓破壞由混凝土的抗壓強(qiáng)度評定。

很多研究者將混凝土的抗壓強(qiáng)度作為板承載力計算公式的系數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)確定其影響程度。Moe提出，板的抗剪強(qiáng)度由混凝土的抗拉強(qiáng)度所支配，并且抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度f′c呈函數(shù)關(guān)系。但也有研究者用或計算抗拉強(qiáng)度后用于板強(qiáng)度的計算。

2.3.3 配筋率的影響

RC橋面板沖切強(qiáng)度計算公式的建立主要分為兩種：一是通過抗彎數(shù)值解析結(jié)果總結(jié)分析得出，二是建立與混凝土強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系。前者為直接配筋率p與鋼筋屈服強(qiáng)度fy的函數(shù)（cpfy或者pfy/f′c）；后者使用的是由抗剪強(qiáng)度Vu與屈服線理論求得的抗彎承載力Vf（φ=Vu/Vf）的商。

梁的抗剪強(qiáng)度在很大程度上取決于抗剪鋼筋，但板并無抗剪配筋。如果將板比作寬梁，則可由未配置抗剪鋼筋梁的情況推測到板的承力情況。未配置抗剪鋼筋的梁抵抗剪力的因素主要有：受壓區(qū)混凝土的剪切應(yīng)力、粗骨料的咬合效果、鋼筋的抗剪效果等。其中，與配筋率有關(guān)的是鋼筋的抗剪效果，有報告指出，其影響程度為最終剪切強(qiáng)度的20%～30%，但也有報告指出鋼筋的抗剪效果幾乎對板的沖切強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)。鋼筋的抗剪效果與受拉側(cè)的配筋率密切相關(guān)，配筋率變大則抗剪效果更為明顯。

2.3.4 板的尺寸效應(yīng)的影響

日本土木學(xué)會混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，未進(jìn)行抗剪配筋RC梁構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度計算公式源自二羽等的研究結(jié)果，其中，將板有效高度的1/4作為尺寸效應(yīng)考慮。所謂尺寸效應(yīng)，是指有效高度增加的同時抗剪強(qiáng)度降低。此外，也有應(yīng)用破壞學(xué)的方法對抗剪強(qiáng)度尺寸效應(yīng)的研究。Bazant等的研究表明，依據(jù)非線性破壞力學(xué)建立的公式中，若使粗骨料的最大尺寸與有效高度成一定比例，則板的尺寸效應(yīng)無需考慮。但也有研究指出，以上結(jié)果與變化骨材直徑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰好相反。

相對于只通過板跨探討其強(qiáng)度的研究，更多研究者傾向于探討板跨與板厚比值的關(guān)系進(jìn)而推導(dǎo)出板的強(qiáng)度。不過也有研究者指出，板跨對板的沖切強(qiáng)度幾乎沒有影響。相對于加載板的厚度來說，板的尺寸越小板的沖切強(qiáng)度越小，計算公式應(yīng)考慮板厚與其尺寸的比例。由此可知，板厚較小的情況下，在計算公式中考慮粗骨料的最大尺寸對板沖切強(qiáng)度的影響十分必要。

2.3.5 根據(jù)梁部件破壞特點(diǎn)解明板沖切破壞機(jī)理

一直以來，各國研究者們都使用與梁的抗剪強(qiáng)度相同的形式來推算板的沖切強(qiáng)度。梁在剪力的作用下，其剪力由圖2-10所示的因素分別承擔(dān)。板受剪力作用時，可當(dāng)作寬梁處理。但在集中荷載周邊或支點(diǎn)附近（限界斷面），須將板視為面構(gòu)件進(jìn)行沖切強(qiáng)度計算。與梁構(gòu)件相類似，板所受的剪力由抗剪配筋、受壓區(qū)域的混凝土、主筋的抗剪效果，以及粗骨料的相互咬合效果等來承擔(dān)。各因素所分擔(dān)的剪力大小，取決于板中裂縫的深度以及鋼筋屈服后所引起的裂縫寬度的變化。也就是說，對于未進(jìn)行抗剪配筋的板來說，抗剪主要依賴于受壓區(qū)域的混凝土、主筋的抗剪效果，以及粗骨料的相互咬合效果。

需要注意的是，板出現(xiàn)裂縫時，只能從板底觀察裂縫的發(fā)生情況，往往很難觀測到裂縫的進(jìn)展?fàn)顩r，在此種情況下，有關(guān)上述分擔(dān)內(nèi)容的研究很難明確。另外，板與梁的剪切破壞存在很大的不同，板的沖切破壞發(fā)生在彎矩最大的位置附近，而對于梁來說，剪跨比并非影響其沖切破壞的主要因素，梁在破壞的時候，公稱斷面應(yīng)力高于板。由此可知，板沖切破壞的力學(xué)機(jī)理遠(yuǎn)比梁復(fù)雜。也就是說，板因其特有三維面結(jié)構(gòu)的幾何形狀，彎矩的分布比較復(fù)雜，靠單純的力學(xué)解析分析其破壞力學(xué)機(jī)理有很大的局限性，也不能像梁一樣通過斷面內(nèi)力的平衡來解明，另外板內(nèi)彈性區(qū)域的約束將導(dǎo)致面內(nèi)力發(fā)生等，也是制約其破壞機(jī)理解明的主要因素。從靜力學(xué)角度分析，可從裂縫表面及面外鋼筋上作用的拉力的合力與作用在混凝土受壓部分的壓應(yīng)力的合力的平衡考慮板的破壞機(jī)理。但在這種情況下，為保證力學(xué)解析的單純性，粗骨料的咬合作用會被忽略。