钢筋混凝土梁抗剪性能的分析.pdf

Classified Index: TU973 .: 624 Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering RESEARCH ON SHEAR BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETE BEAM Candidate : Jiang Qingyuan Supervisor : Prof. Liu Zongren Academic Degree Applied for : Doctor of Engineering Speciality : Structural Engineering Unit : School of Civil Engineering Date of Oral Examination : February, 2008 University : Harbin Institute of Technology 67B 摘要- I - 摘要虽然人们能很好地预测混凝土结构构件在轴力和弯距作用下的响应,但对其剪切受力性能仍然不十分了解,多数剪切设计规范条文主要是根据经验建立在现有的有限试验数据基础之上,而且规范之间变化较大。本论文的目的是在非线性有限元分析和前人试验的基础上,深入研究钢筋混凝土梁的剪切受力机理,并进而提出符合剪切机理的钢筋混凝土梁剪切设计公式。 本文广泛回顾前人在剪切性能、破坏理论、剪切模型方面的研究,并从以前的试验研究中收集大量试验数据。论文考虑了高强混凝土、尺寸效应等钢筋混凝土剪切研究的新进展。 首先建立钢筋混凝土有限元分析模型。混凝土本构关系采用 Darwin 和 Pecknold 增量正交异性模型,应用新的主应力轴旋转法则。采用弥散裂缝模型模拟混凝土开裂性能,考虑到弥散裂缝模型在使用时,在一级荷载增量作用下有可能出现局部多个相邻单元应力同时超过抗拉强度,使得原本应出现一条裂缝的情况被程序误判同时产生多条平行裂缝,结果造成理论分析与实际情况不符。为避免上述情况,建议采用开裂判别系数,通过相邻单元系数的比较判别混凝土单元是否开裂,使弥散裂缝模型的分析结果与分离裂缝模型相近,减少分析误差。考虑到实际构件在开裂后,由于引起开裂的拉应力降低,平行于裂缝方向的混凝土会弹性回缩,建议在使用弥散裂缝模型时考虑混凝土开裂后的弹性回缩。通过与未考虑开裂判别系数和弹性回缩的计算结果对比可以看出,上述的改进是合理和必需的。在研究钢筋混凝土无腹筋梁抗剪性能时,采用上述非线性有限元模型,研究梁剪切机理和受剪承载力影响因素。根据梁开裂前截面上剪应力峰值的下移规律,将梁分成干扰区域和平缓区域,认为无腹筋梁发生破坏时,临界斜裂缝的起点位置位于两区域交界面附近,并提出临界斜裂缝的起点位置的影响因素。从新的途径,即极限弯矩- 剪力关系探索无腹筋梁的破坏规律,将梁的两种荷载作用联系起来,并认为曲线上的转折点为斜拉破坏和剪压破坏的分界点。认为无腹筋梁发生斜拉破坏的原因,是由于弯矩引起的混凝土受压区高度达到最小值。经过理论推导和试验回归,得出无腹筋梁处于斜拉破坏和剪压破坏的界限时的极限弯矩值和剪力值计算公式,指出界限破坏弯矩值和剪力值影响的影响因素。提出新的剪切破坏形式, 即斜拉破坏、剪切破坏和斜压破坏的判别方法。在以上基础上,根据文献中收集的 505 根梁试验哈尔滨工业大学工学博士学位论文- II - 资料,并通过理论推导,建立新的集中荷载作用下无腹筋梁受剪承载力计算公式和设计公式。通过与其他公认的公式对比可以看出,建议的计算公式具有较高的精确性,而且离散性较小;建议的设计公式和 ACI 规范、我国规范相比,具有较高的精确度、可靠性和安全性。采用理论推导,确定均布荷载作用下无腹筋梁发生剪切破坏的形式、位置,创新提出均布荷载作用下无腹筋梁受剪承载力计算公式。经过与 162 根试验梁计算比较说明,建议的计算公式精确性和可靠性远远高于其他公认的公式(用等代集中荷载代替均布荷载) ;建议的设计公式和 ACI 规范、我国规范相比,具有较高的精确度、可靠性和安全性。在研究钢筋混凝土有腹筋梁受剪承载力时,采用非线性有限元分析研究箍筋的作用。在试验的基础上,建立新的集中荷载作用下有腹筋梁受剪承载力计算公式和设计公式,通过与 282 根试验梁计算比较说明,建议的计算公式具有较高精确性和可靠性。建议的设计公式和 ACI 规范、我国规范相比, 具有较高的精确度、可靠性和安全性。通过与试验对比,指出我国规范受剪承载力在大剪跨比、高强混凝土和大截面梁时,安全度不够。关键词钢筋混凝土梁;受剪承载力;弥散裂缝模型;开裂判别系数;开裂后弹性回缩 68BAbstract - III - Abstract While the response of con