基于有限元的钢筋混凝土深受弯构件抗剪性能研究

论文摘要

钢筋混凝土结构要求避免构件发生脆性破坏。然而,构件的剪切破坏是典型的脆性破坏；为避免构件剪切破坏,就需要研究构件的剪切破坏机理,再采取针对性的措施。我国规范规定跨高比小于5的简支梁或者多跨连续梁称为深受弯构件,钢筋混凝土深受弯构件研究的主要问题是抗剪问题。由于构件受剪性能问题的复杂性,各国规范的抗剪公式大多数是经验或者半经验的；并且这些经验或者半经验公式,都是建立在一小部分试验数据之上,通过数据统计回归得到的。为了验证公式对更大范围的构件是否同样适用,就需要建立抗剪试验数据库,并根据试验数据,对设计规范进行检验。在已有钢筋混凝土深受弯构件试验梁的基础上,利用非线性有限元分析软件ANSYS分析了十八根两点对称集中加载的混凝土深梁,这些梁按照剪跨比、配箍率、纵筋率的变化划分为三个系列,并探讨了这三种因素对有腹筋简支梁抗剪承载能力的影响。本文收集了300根深受弯梁的抗剪试验研究数据,包括截面尺寸、剪跨比、加载方式、纵向钢筋及腹筋的配筋率等；重点分析了其中的119根有腹筋短梁的抗剪性能,并将试验结果与按照我国《混凝土结构设计规范》所得计算结果进行对比分析；通过对比分析对深受弯构件抗剪承载力的计算公式提出了调整建议。通过有限元分析得到以下规律：随着剪跨比的增大,钢筋混凝土深受弯梁的抗剪承载力降低；对同时具有水平及竖向腹筋的深受弯梁,当剪跨比大于1时,随着配箍率的增大,梁的抗剪承载力增大；对水平以及竖向腹筋都有的梁,梁抗剪承载力随纵筋率的增大而增大。利用建立的数据库,参考国家规范,采取线性回归的方法,得到了箍筋项的加强调整系数Ks,Ks建议值为1.05,进而修正了剪跨比在1.5到2.0之间的短梁的受剪承载力计算公式,对于预测配有水平及竖向腹筋短梁的抗剪性能有一定的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 深受弯梁研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 抗剪计算理论及方法的历史沿革
• 1.3.1 定角桁架模型
• 1.3.2 变角桁架模型
• 1.3.3 斜压场理论
• 1.3.4 扰动应力场模型
• 1.3.5 拉压杆模型
• 1.4 研究内容及论文的组织安排
• 第二章 抗剪规范及其相关研究
• 2.1 钢筋混凝土梁抗剪性能的研究
• 2.1.1 无腹筋梁的抗剪性能
• 2.1.2 有腹筋梁的抗剪性能
• 2.2 深受弯梁抗剪主要影响因素
• 2.2.1 剪跨比
• 2.2.2 混凝土强度等级
• 2.2.3 竖向腹筋和水平腹筋
• 2.3 抗剪设计规范
• 2.3.1 中国混凝土规范
• 2.3.2 美国混凝土规范
• 2.3.3 加拿大规范
• 2.4 深梁设计中国规范与美国规范对比
• 2.4.1 材料性质的比较
• 2.4.2 计算规定的比较
• 2.4.3 按照构件比较计算公式
• 2.4.4 构造要求比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 深受弯粱有限元分析
• 3.1 非线性有限元理论
• 3.2 构件抗剪性能有限元模拟
• 3.2.1 构件选择及基本参数设置
• 3.2.2 计算模型
• 3.2.3 计算结果
• 3.3 有限元参数系列分析
• 3.3.1 受剪承载力与剪跨比的关系
• 3.3.2 受剪承载力与配箍率的关系
• 3.3.3 受剪承载力与纵筋率的关系
• 3.4 本章小结
• 第四章 深受弯构件抗剪承载力研究
• 4.1 试验数据分析
• 4.1.1 深受弯梁数据总体分析
• 4.1.2 无弯起筋构件数据分析
• 4.1.3 构件数据散点分析
• 4.2 与规范对比分析
• 4.2.1 预测前准备
• 4.2.2 中国规范与试验结果总体比较
• 4.3 试验结果回归
• s的引入'>4.3.1 加强调整系数K_s的引入
• s的回归分析'>4.3.2 系数K_s的回归分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢