施工缝位置抗剪强度计算分析探讨，你了解多少？

建筑接缝很普遍。除了同一构件多次连续施工产生的施工缝外，不同构件之间由于施工顺序不同自然存在施工缝，如桩基、柱缝等；桩基、平台接缝；平台与立柱的接缝；柱、盖梁等的接缝处。

上述关节位置为塑性铰在地震条件下的位置。塑性铰要求截面抵抗弯曲破坏时不发生剪切破坏。也就是说，上述接缝位置需要极高的抗剪强度，但在标准抗剪强度计算中，不考虑施工缝的影响，本文对施工缝位置的抗剪强度计算进行分析和讨论。

1、施工缝混凝土抗剪强度降低

(1)试验表明施工缝混凝土抗剪强度降低40%

参考文献对施工缝抗剪强度降低进行了实验研究。如下图所示，采用相同尺寸的构件，对有施工缝和无施工缝的情况进行比较。试验结果表明，施工缝混凝土的抗剪强度约为100%。为现浇混凝土抗剪强度的40%。

(2) 施工缝与现浇构件混凝土抗剪强度对比分析

当只考虑混凝土的抗剪力时，其抗剪强度=剪应力*剪切面积。与现浇构件相比，施工缝构件的剪切区域是受压区域，因此抗剪强度的差异主要来自于剪应力的差异。

1.整体铸件剪应力的计算

当达到极限状态时，受压区压应力分布可认为呈矩形，截面上缘剪应力为0，受压区下缘剪应力最大，截面的平均剪应力=最大剪应力/2。

压力区下缘应力图如下图所示。受压区下缘的压应力为抗压设计强度σc，剪应力为最大值τ。在90度旋转截面上，压应力为0，剪应力最大。 τ 值可以从应力莫尔圆中列出。当c、φ和σc已知时，可以求解R和τ。

对于C30混凝土，由fck=20.1MPa，ftk=2.01MPa，可得c=3.18MPa，φ=0.958。当σc=fcd=13.8MPa时，可解R=7.47MPa，τ=2.87MPa，平均剪应力τa=1.43MPa，接近抗拉设计强度ftd。

2 施工缝处剪应力计算

对于光滑混凝土界面，界面上c'=0，φ'=φ/2。对于施工缝界面，在浇注前必须进行粗糙化处理，因此施工缝的材料参数介于实心浇注构件和光滑界面之间。

根据参考文献，施工缝处的抗拉强度约为整体浇注构件的46%。取施工缝处ftk'=1.005MPa，摩擦角φ'=3/4*φ=0.717，可计算出c'=1.11 MPa，当σc'=3.16MPa时，可得R' =1.87MPa，τ'=1.00MPa，τa'=0.50MPa。

施工缝处剪应力/浇注构件剪应力=1/2.87=35%，与参考文献中的试验值接近。

2、施工缝混凝土及箍筋抗剪强度下降

如图所示，提供构件抗剪强度涉及的分量有：正截面上混凝土的抗剪强度、斜截面上的箍筋拉力、弯钢筋拉力的分量斜截面上的剪切方向和斜截面上的预应力钢筋。拉力在剪切方向的分量等。本文讨论混凝土抗剪力和箍筋抗剪力。

对于整体浇筑构件和施工缝构件，混凝土抗剪部分已在上面讨论过。施工缝混凝土的抗剪强度约为整体浇筑混凝土抗剪强度的40%。两者在箍筋抗剪强度方面没有显着差异。

(1)不同规格抗剪强度计算公式比较

对于构件的抗剪强度，85桥梁规范和2010年施工规范采用两项求和模型，即构件抗剪强度为混凝土抗剪强度与箍筋抗剪强度之和； 2004年桥梁条例和2018年桥梁条例采用两届产品模式。 ，通过求解两项和公式的极值，用极值公式代替两项和公式。取极值时，混凝土抗剪强度与箍筋抗剪强度相等。

根据85桥规计算公式，第一项为混凝土抗剪强度，第二项为箍筋抗剪强度。 85桥规中，预应力构件的抗剪公式采用两项和模型，而普通钢构件则采用两项乘积模型。

2018年桥梁规范的计算公式采用混凝土抗剪力和箍筋抗剪力的极值公式。当箍筋配筋率为0时，即为混凝土抗剪强度。取极值时，混凝土抗剪强度等于箍筋抗剪强度。

根据2010年建筑规范的计算公式，抗剪强度Vcs采用两项之和：

(2)不同规格抗剪强度计算值比较

取相同的构件和钢筋，用上述规格计算构件的抗剪强度并进行比较。构件宽度b=1.5m，高度h0=1.5m，箍筋直径分别为20、16、12、10mm，箍筋间距10cm，施工缝处混凝土抗剪强度为40%整体浇注构件，按上述标准计算整体浇注构件和施工缝构件的抗剪强度。计算数据如下表所示：

从计算数据可以看出：

1、由于2018年《桥梁规范》采用极值模式，混凝土剪力和箍筋减量前的剪力各占50%。混凝土抗剪强度降低至40%后，整体抗剪强度降低比例为50%*40%+50%=70%。当箍筋配筋率较高时，减少量过多。

2、建筑规范计算的抗剪强度大于桥梁规范计算的抗剪强度。当箍筋配筋率较高时，85桥梁规范与2010建筑规范的折算计算值接近；当箍筋配筋率较低时，2018年桥梁规范与2010年桥梁规范类似。扣除建筑法规后的计算值是接近的。

3、对于柱与桩节点、柱与承台节点、柱与盖梁节点等塑性铰部位，箍筋配筋率通常较高。由于施工缝的影响，混凝土和箍筋的整体抗剪强度折减系数可采用0.9。

3、施工缝处抗剪强度加固

如果施工缝抗剪强度不足需要加固，除了增加箍筋数量外，还可以在施工缝处设置短钢筋，利用钢材的抗剪强度进行截面抗剪加固。

例如，HBR400钢筋的标准抗剪强度值为230MPa，设计值为190MPa，是C30混凝土抗剪强度设计值1.39MPa的136倍。即短剪钢筋配筋率达到0.7%，钢筋的抗剪强度达到混凝土的抗剪强度。如果施工缝位置保留40%的混凝土抗剪强度，则短剪钢筋的配筋率达到0.5%，钢筋的抗剪强度可替代损失的60%的混凝土抗剪强度。

4. 结论

(1)施工缝混凝土的抗剪强度约为整体混凝土抗剪强度的40%。两者在箍筋抗剪强度方面没有显着差异。

(2)在塑性铰位置，箍筋配筋率通常较高。由于施工缝的影响，混凝土及箍筋的整体抗剪强度折减系数可为0.9。

(3)如果施工缝抗剪强度不足，需要加固，除增加箍筋数量外，还可以在施工缝处设置短钢筋，利用截面钢材的抗剪强度抗剪钢筋。短剪钢筋配筋率达到0.5%，钢筋的抗剪强度可替代混凝土损失的60%抗剪强度。

参考：