具有斜裂缝钢筋混凝土梁抗剪承载力的试验研究以及数值分析

论文摘要

钢筋混凝土梁在工程实际中有着较为广泛的运用,其抗剪承载力的研究一直是工程中的焦点。腹板斜向裂缝是钢筋混凝土梁中出现最多的裂缝形式之一,它的出现是难以避免的。斜裂缝的出现增加了梁剪切破坏的突然性,降低了梁的抗剪承载力,直接关系到梁的安全使用和寿命。然而,现有的规范和文献中缺乏快速预估具有斜裂缝钢筋混凝土梁抗剪承载力的方法。因此,深入地研究具有斜裂缝钢筋混凝土梁的抗剪性能,寻求简便、快捷的评估具有斜裂缝钢筋混凝土梁抗剪承载力的方法,对于钢筋混凝土梁的评估与检测是十分重要的。本文对具有斜裂缝钢筋混凝土梁的抗剪承载力进行了试验研究和数值模拟,主要的工作和研究结论如下：首先,本文在两批共6根钢筋混凝土梁的循环载荷试验基础上,研究了循环后斜裂缝宽度与梁抗剪承载力、循环载荷幅值、混凝土强度、循环次数、箍筋应变之间的关系。试验结果表明,循环载荷对钢筋混凝土梁的影响可以通过循环后斜裂缝宽度来表征,由斜裂缝造成的混凝土抗剪承载力的下降是具有斜裂缝钢筋混凝土梁抗剪承载力下降的最主要原因。基于实验现象、钢筋混凝土梁剪切破坏机理和混凝土结构设计规范公式,本文推导了以裂缝宽度为变量、循环载荷作用后具有斜裂缝钢筋混凝土梁抗剪承载力的计算公式,以便工程使用。其次,为进一步研究了梁的剪切破坏机理,本文结合试验数据,将循环载荷引起的斜裂缝宽度变化表征成混凝土裂纹面上剪切传递系数的下降,对具有斜裂缝钢筋混凝土梁的剪压破坏过程进行了数值模拟,数值模拟的结果与试验现象和结果相符合。最后,将数值模拟结果、实验结果以及本文公式进行对比,发现基于混凝土设计规范和剪切机理的本文公式在实际工程中具有一定的安全性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 裂缝的分类与控制
• 1.2.1 裂缝的种类
• 1.2.2 裂缝的控制
• 1.3 具有斜裂缝钢筋混凝土梁抗剪承载力研究现状
• 1.3.1 具有斜裂缝钢筋混凝土梁抗剪承载力试验研究现状
• 1.3.2 钢筋混凝土梁数值模拟研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 理论基础
• 2.1 有腹筋梁的受剪性能
• 2.1.1 剪力传递机理
• 2.1.2 腹筋的作用
• 2.1.3 弯剪承载力的组成
• 2.1.4 极限弯剪承载力的计算
• 2.2 ANSYS有限元原理
• 2.2.0 钢筋混凝土梁有限元计算模式
• 2.2.1 混凝土与钢筋的本构关系
• 2.2.2 混凝土破坏准则
• 2.2.3 裂缝处理的主要方式
• 2.3 本章小结
• 第3章 具有斜裂缝钢筋混凝土梁的试验设计及测量
• 3.1 试验工况
• 3.2 加载仪器
• 3.3 标准梁的设计验算
• 3.4 试验数据测量
• 3.4.1 混凝土材料力学性能测量
• 3.4.2 裂缝扩展过程记录
• 3.4.3 裂缝宽度测量
• 3.4.4 箍筋应变及扰度的测量
• 3.5 本章小结
• 第4章 钢筋混凝土梁的试验结果与分析
• 4.1 梁的破坏过程
• 4.1.1 标准梁的破坏过程
• 4.1.2 试验梁的破坏过程
• 4.2 试验结果分析
• 4.2.1 循环载荷对斜截面抗剪承载力的影响
• 4.2.2 循环载荷对梁刚度的影响
• 4.2.3 斜裂缝宽度与循环幅值的关系
• 4.2.4 斜裂缝宽度与混凝土强度的关系
• 4.2.5 斜裂缝宽度与循环次数、箍筋应变之间的关系
• 4.3 循环后剩余承载力的计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 钢筋混凝土梁抗剪承载力的数值模拟
• 5.1 剪压区裂面剪力传递系数模型
• 5.1.1 标准梁的剪力传递系数模型
• 5.1.2 试验梁的裂面剪力传递系数模型
• 5.2 有限元模型简介
• 5.3 有限元计算结果及分析
• 5.3.1 FPB-S梁计算结果及分析
• 5.3.2 FPB-A梁计算结果及分析
• 5.3.3 FPB-B梁计算结果及分析
• 5.3.4 TPB-S梁计算结果及分析
• 5.3.5 TPB-Al梁计算结果及分析
• 5.3.6 有限元计算结果总结
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢