摘 要

随着钢筋混凝土梁抗剪理论研究的发展，国内外不少学者根据自己搜集的数据建立了一些专门的剪切数据库，但此类数据库没有公开的途径可以获得与校验，透明度较差，并且此类数据库多用于验证自己提出的理论计算公式，因此在数据筛选时会带有一定的主观性且往往只注重于某一或少部分参数，做不到数据库内容的全面和客观性。本文旨于建立较为客观的且具有代表性的大型剪切数据库，用于受剪参数影响规律的分析和相关受剪理计算理论的校核。主要研究工作包含：

1. 剪切数据库的建立，内容包括：数据库建立原则，数据筛选原则，文献筛选检索式，数据库录入流程。
2. 基于剪切数据库的参数分析。
3. 基于剪切数据库研究各项剪切参数对于受剪承载力的影响规律，归纳总结重要参数及其影响规律。
4. 基于各国主流使用的规范受剪设计方法分析其理论基础和各自的优缺点。
5. 基于剪切数据库的大数据回归，尝试拟合较为精准的受剪设计计算公式。
6. 基于剪切数据库对各国主流规范受剪设计公式的校核。

关键词：混凝土梁；受剪承载力；受剪性能；剪切数据库

Integration and preliminary application of big data of shear capacity of concrete beams

ABSTRACT

With the development of the research on the anti-shearing theory of reinforced concrete beams, many scholars at home and abroad have established some special shearing databases based on the data collected by them. However, such databases have no public access to compression and verification, and the transparency is poor. And such databases are mostly used to verify their own theoretical calculation formulas, so there will be some subjectivity in data screening and often only focus on one or a few parameters, and the content and objectivity of the database content cannot be achieved. The purpose of this paper is to establish a more objective and representative large-scale shear database for the analysis of the influence law of shear parameters and the correlation of the shear theory. The main research work includes:

(1) Establishment of shear database, including: principles of database establishment, principles of data screening, literature screening and retrieval, and database entry process.

(2) Parameter analysis based on shear database.

(3) Based on the shear database, the influencing rules of various shear parameters on the shear bearing capacity are studied, and the important parameters and their influencing rules are summarized.

(4) Analyze the theoretical basis and advantages and disadvantages of the standard shear design method used by mainstream countries.

(5) Big data regression based on shear database tries to fit relatively accurate shear design calculation formula.

(6) Check the shear design formula of the mainstream norms in various countries based on the shear database.

Key words：Concrete beam; shear capacity; shear performance; shear database

目 录

1 绪论 1

1.1 研究历史与研究意义 1

1.2 钢筋混凝土结构受剪理论发展概述 2

1.3 受剪承载力计算理论研究 3

1.3.1 无腹筋梁 3

1.3.2 有腹筋梁 4

1.4 研究背景、内容与目标及研究方法 4

1.4.1 研究背景 4

1.4.2 研究内容与目标 5

1.4.3 研究方法 5

2 剪切数据库的建立 7

2.1 剪切数据库建立原则 7

2.2 剪切数据库文献及其来源筛选 7

2.2.1 知网文献筛选检索式 7

2.2.2 知网文献来源筛选原则 8

2.3 剪切数据库框架建立及文献分类 9

2.4 剪切数据库录入流程 9

2.4.1 剪切数据库录入参数选择及参数排布 9

2.4.2 剪切数据库数据录入流程图 12

2.5 本文剪切数据库 13

2.5.1 本文无腹筋混凝土梁剪切数据库简介 13

2.5.2 本文有腹筋混凝土梁剪切数据库简介 17

3 各项参数对于剪切强度的影响规律 22

3.1 剪跨比对于剪切公式的影响规律 22

3.1.1 基于本文无腹筋梁数据库的剪跨比影响规律分析 22

3.1.2 基于本文有腹筋梁数据库的剪跨比影响规律分析 23

3.2 纵筋配筋率对于剪切公式的影响规律 24

3.2.1 基于本文无腹筋梁数据库的配筋率影响规律分析 24

3.2.2 基于本文有腹筋梁数据库的配筋率影响规律分析 25

3.3 箍筋强度对于剪切公式的影响规律 25

3.4 混凝土强度对于剪切公式的影响规律 26

3.4.1 基于本文无腹筋梁数据库的混凝土抗压强度影响规律分析 27

3.4.2 基于本文有腹筋梁数据库的混凝土抗压强突影响规律分析 28

3.5 尺寸效应对于剪切公式的影响规律 29

3.5.1 基于本文无腹筋梁数据库的尺寸效应影响规律分析 29

3.5.2 基于本文有腹筋梁数据库的尺寸效应影响规律分析 30

4 既有代表性规范概述及公式拟合 31

4.1 美国代表性规范受剪承载力计算方法概述 31

4.1.1 美国 ACI 318-2014 规范受剪承载力计算方法概述 31

4.1.2 美国 AASHTO LRFD-2012 规范受剪承载力计算方法概述 31

4.2 我国代表性规范受剪承载力设计方法概述 33

4.2.1 我国 GB 50010-2010 规范受剪承载力计算方法概述 33

4.2.2 我国 JTG 3362-2018 规范受剪承载力计算方法概述 34

4.2.3 我国 JGJ 12—2006 规范受剪承载力计算方法概述 35

4.3 欧洲EN1992-1-1:2004有腹筋受弯构件承载力计算方法概述 35

4.4 加拿大 CSA A23.3-04无腹筋梁受剪承载力计算方法概述 36

4.5 其他学者归纳总结的受剪承载力计算方法概述 36

4.6 既有规范受剪承载力计算方法总结 38

4.7 无腹筋梁受剪承载力拟合公式 38

4.8 有腹筋梁受剪承载力拟合公式 40

5 基于剪切数据库的参数分析 41

5.1 无腹筋梁数据库受剪承载力公式对比 41

5.2 有腹筋梁数据库受剪承载力公式对比 47

结论 52

致谢 53

参考文献 54

附录A基于本文无腹筋梁数据库的各公式计算结果比较 1

附录B基于本文有腹筋梁数据库的各公式计算结果比较 9

1 绪论

• 1. 研究历史与研究意义

在混凝土领域研究，众多学者和专家一致致力于钢筋混凝土梁的剪切破坏机理和抗剪强度理论的研究，其历史已有百年之余。虽然在20世纪，对于钢筋混凝土梁的受剪机理和受剪承载力计算方法等各方面的研究已经取得了很大的进展，但是其关键性问题还远远没有得到解决。既有的规范受剪承载力计算公式(如美国ACI 318—14、欧洲规范、我国的GB50010—2010《混凝土结构设计规范》等)，依旧还是延续采用传统的经验或半经验公式，而且不同公式之间涉及的参数和结果存在了非常大的差别，而且受剪承载力计算结果和受剪承载力试验值之间的相关性不是很大。最近十几年，各国的学者进行了众多关于各类钢筋混凝土梁试件的剪切试验，并对各国的规范公式进行了对比，研究结果表明：美国ACI 318—14规范公式对低纵筋率和截面尺寸效应对于梁受剪承载力影响的考虑不足，大尺寸梁的受剪承载力计算偏于不安全。我国的GB50010—2010规范公式也存在对截面尺寸效应考虑不足、纵筋率小于1. 0%的情况下可能偏于不安全等问题。公式的进一步拟合需要基于大量数据的基础上，由此剪切数据库开始成为众多学者研究的课题。

到目前为止，有许多国内外的专家和学者，自行搜集并录入了一些数据，并在此基础上构建了一些专门的混凝土梁受剪承载力数据库，但是这些数据库往往都只是关注某一影响参数，而且这些数据库并不对外公开，没有公开途径去获得，透明度较差，也无法对数据库进行校验。同时，此类受剪承载力数据库大多用于验证发表作者文章内提出的计算理论公式，因此此类数据库的数据在筛选和录入的时候都带有一定的主观色彩。因此有必要建立一个客观、具有代表性和公开透明的大型混凝土梁剪切数据库，并用于分析混凝土梁受剪承载力参数影响规律和评价相关的受剪承载力理论计算公式。例如美国混凝土协会已经公开发表了ACI-DafStb无腹筋混凝土浅梁剪切数据库和ACI-DafStb有腹筋混凝土浅梁剪切数据库等，这两个剪切数据库具有较好的客观性、代表性和公开透明性，并且已经用于相关规范受剪承载力修订公式的评价。但是该数据库并不包含任何的发表在中文期刊上的混凝土梁剪切数据，中文试验数据急需建立类似的公开、权威和客观的数据库。

• 1. 钢筋混凝土结构受剪理论发展概述

各类专家学者对于钢筋混凝土结构受剪理论的研究自钢筋混凝土结构在土木工程中运用开始，已经有百余年的历史，并且至今为止关于钢筋混凝土结构受剪理论的研究仍然是钢筋混凝土结构基本理论研究中热点、难点问题。在20世纪前，即研究的早期，钢筋混凝土结构受剪理论研究的重点在钢筋混凝土构件的剪切破坏机理，最终由学者Ritter通过实验确定钢筋混凝土构件剪切破坏的主要原因为斜拉力，并在此基础上提出了桁架模型的理念，剪力由箍筋受拉来承担，使得人们对于钢筋混凝土结构受剪机理得到了更加深入的了解。到20世纪初期，研究重心在斜拉破坏试验试验的破坏机理研究和对斜拉破坏相应受剪承载力经验性计算公式的探索与建立上。20世纪中期，学者和专家们进行了一系列系统的钢筋混凝土梁的受剪试验，ACI 326委员会报告于1962年系统的总结了这一时间段内的研究成果，在此之后，大量的研究和试验主要针对于混凝土梁截面尺寸及形式、支座及其加载形式、纵向钢筋及箍筋配筋形式、钢筋配筋数量和预应力效应等受剪承载力影响因素。到20世纪后期，钢筋混凝土结构受剪理论作为混凝土基本理论的最后一个”未攻克难题“，其成为众多学者的研究热点，在此期间，相关的受剪分析方法取得了突破性进展，建立在桁架模型基础上的修正压力场理论、软化桁架模型理论以及拉压杆模型等受剪分析方法不断形成，并在工程中得到一定的应用。进入21世纪，计算机技术飞跃性发展，非线性有限元分析、遗传算法、人工神经网络等各种智能先进的分析方法不断发展，并广泛应用于工程实际中。同时，在混凝土构件浇筑材料和组合结构方面，不断有突破和新型材料的出现，例如纤维增强复合材料(FRP)、超高性能混凝土(UHPC)等，混凝土结构受剪理论研究也在新时代迎来了新的课题和挑战。