超高强混凝土梁抗剪设计方法研究

论文摘要

近20年来,高强度混凝土及高强度钢筋的研究开发取得了长足的发展,特别是硅粉等混合材料的使用,使得圆柱体抗压强度80MPa以上的超高强度混凝土的工程应用成为可能。为了适应工程需要,各钢筋混凝土设计规范都对此进行了相应的修订,然而,超高强混凝土与普通混凝土存在材料及力学性能上的差异,由于超高强度混凝土构件试验数据的缺乏以及超高强度混凝土设计理论的不足,各设计规范一般仍然沿用普通强度RC构件的设计模型,为了确保使用该种超高强度材料的安全度,使用了比普通强度钢筋混凝土构件更大的安全系数或者是规定了材料强度的上限。基于上述的原因,本论文针对混凝土抗压强度80MPa以上的超高强度RC构件实用化为目的,利用修正压力场理论（MCFT）,通过对收集的大量试验数据的再现分析,对此类RC梁的剪切计算方法进行了研究,结合GB50020-2002的设计公式,提出了无腹筋超高强度RC梁的各参数修正。此外,探讨了MCFT分析方法及各规范设计表达式对超高强度RC有腹筋梁的计算精度,为今后完善对超高强度RC梁的设计模型提供了基础。本研究进行的主要工作包含如下内容:1)研究了超高强度混凝土材料的力学性能,在此基础上对修正压力场理论模型（MCFT）适用于超高强度RC梁进行了本构关系、弹性模量及开裂强度的修正,据此编制了剪切分析计算程序。2)进行了各规范剪切设计模型应用于超高强RC梁的对比分析,依据斜拉破坏超高强度RC梁试验数据,分析了单一因子对此类RC梁剪切强度的影响。在超高强度领域,随着混凝土抗压强度的增加,剪切强度的增加趋于平缓;而尺寸效应的影响有所增大。3)实施了修正的MCFT计算模型对集中荷载作用下81根超高强RC梁的抗剪承载力计算,结果表明该方法不但能很好地再现超高强度RC梁的剪切试验结果,而且可以很好地描述剪切破坏全过程。4)比较了各设计规范及MCFT分析方法的计算结果与试验结果的精度,探究混凝土强度、纵筋率及有效高度对抗剪承载力的影响。提出了适用于超高强度RC无腹筋梁的抗剪承载力计算公式。5)验证了MCFT方法对超高强度RC有腹筋梁的准确性,初步研究了箍筋承担抗剪承载力的影响因素,为以后进一步分析桁架模型的压力场倾角θ及箍筋实际应力提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.1.1 高强度混凝土在国内外的应用概况
• 1.1.2 高强、超高强混凝土梁的设计现状
• 1.1.3 本课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外的研究概况及分析
• 1.2.1 试验研究
• 1.2.2 理论研究
• 1.3 主要研究内容和研究方案
• 1.3.1 MCFT理论分析与程序编制
• 1.3.2 超高强混凝土无腹筋梁的计算分析
• 1.3.3 超高强混凝土有腹筋梁的计算分析
• 第2章 修正压力场理论及程序编制
• 2.1 引言
• 2.2 修正压力场理论主要内容
• 2.2.1 应变协调条件
• 2.2.2 应力平衡条件
• 2.2.3 裂缝间应力平衡
• 2.2.4 应力应变本构关系
• 2.3 弯剪作用下梁截面分析
• 2.3.1 纯弯作用下梁截面受力分析
• 2.3.2 弯剪共同作用下梁截面分析
• 2.4 程序编制
• 2.5 本章小结
• 第3章 超高强混凝土无腹筋梁的计算分析
• 3.1 现行各国规范应用于超高强混凝土无腹筋梁的研究分析
• 3.2 超高强混凝土无腹筋试验梁概况及MCFT的计算结果
• 3.3 计算结果与试验值的对比分析
• 3.4 基于MCFT的无腹筋梁受剪承载力公式推导
• 3.5 本章小结
• 第4章 超高强混凝土有腹筋梁的计算分析
• 4.1 超高强混凝土有腹筋试验梁概况及MCFT的计算结果
• 4.2 计算结果与试验值的对比分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢