钢筋非接触搭接混凝土梁试验研究及有线元分析

论文摘要

钢筋混凝土是土木工程中广泛应用的材料,在钢筋混凝土构件的施工过程中,存在大量的钢筋连接情况。《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）规定了三种钢筋连接方式:绑扎搭接、焊接和机械连接。钢筋绑扎搭接操作简便,性能可靠,在我国施工中得到广泛应用。绑扎搭接包括接触搭接和非接触搭接两种连接方式。我国在施工中普遍采用接触搭接的方式,由于搭接钢筋之间缝隙很窄,无法容纳混凝土颗粒骨料,因而在两根搭接钢筋之间没有混凝土实体存在,混凝土无法完全裹握钢筋,无法实现最大粘结锚固作用,减弱了两根搭接钢筋通过混凝土传力的效果,因此,不能很好的承载钢筋和混凝土的共同工作原理。钢筋非接触搭接要求在搭接钢筋之间保持约为混凝土粗骨料大小的净距,使混凝土能够完全握裹钢筋,两根相向钢筋分别通过混凝土对各自的粘结锚固传力,其传力原理比钢筋接触搭接显然更加有效。我国对这种显然更加合理的连接方式的研究很少,因此,有必要加大对钢筋采用非接触搭接连接的研究。本文主要研究内容有:1介绍了钢筋搭接构造机理及国内外规范相关规定。2根据课题的要求,为了研究受拉钢筋采用非接触搭接连接时的传力状况,设计并制作了两根分别采用非接触搭接与接触搭接纵筋搭接率为25%,两根分别采用非接触搭接与接触搭接纵筋搭接率为100%以及一根纵筋全部采用贯通钢筋,共计5根纵筋配筋率相同的钢筋混凝土简支梁足尺试件,对其分别进行了在对称集中荷载作用下的正截面承载力对比试验。文中介绍了试件的试验过程和破坏形态,分析了试件的极限承载力和在各级荷载下的荷载—挠度曲线、搭接区钢筋应力传递规律。3简述钢筋混凝土结构非线性有限元分析的意义、研究方法及基本理论。4用ANSYS软件对五根钢筋混凝土简支梁进行了非线性有限元分析。利用ANSYS模拟试验过程,比较数值分析结果和试验结果。结果表明,钢筋采用非接触搭接连接方式能够有效、可靠的传力;在相同配筋率和搭接长度下,钢筋采用非接触搭接连接时的传力性能明显优于接触搭接;在相同搭接方式下,搭接率为25%的梁比搭接率为100%的梁变形较小,极限承载力较高;采用贯通钢筋的梁的抗裂性能和极限承载力均优于采用搭接钢筋的梁,但采用接触搭接亦能满足设计承载力要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的工程背景
• 1.2 本课题的研究意义及研究内容
• 1.2.1 研究意义
• 1.2.2 研究内容及成果
• 1.3 国内外规范关于钢筋搭接构造要求的内容
• 1.3.1 我国《混凝土结构设计规范》相关规定
• 1.3.2 美国《房屋建筑混凝土结构规范》（ACI318-05）相关规定
• 1.4 钢筋搭接构造介绍
• 1.4.1 钢筋连接的设置原则
• 1.4.2 影响钢筋搭接性能的因素
• 1.4.3 绑扎搭接连接机理
• 1.4.4 非接触搭接方式简介
• 1.5 本章小结
• 第二章 试验设计
• 2.1 试验目的及意义
• 2.2 仪器设备
• 2.3 试件制作
• 2.4 材料
• 2.4.1 混凝土
• 2.4.2 钢筋
• 2.5 试验及测量方法
• 2.5.1 试验加载装置
• 2.5.2 测量内容及测量装置
• 2.5.3 加载方式
• 2.6 本章小结
• 第三章 试验结果及分析
• 3.1 试验概况
• 3.2 承载力理论计算与试验结果的对比
• 3.3 试件荷载-挠度曲线比较
• 3.4 钢筋应变情况
• 3.5 本章小结
• 第四章 钢筋混凝土结构非线性有限元分析
• 4.1 钢筋混凝土结构非线性分析的意义
• 4.2 钢筋混凝土结构非线性有限元研究发展简况
• 4.3 钢筋混凝土结构非线性分析的主要方法及其特点
• 4.4 钢筋混凝土结构非线性分析的基本理论
• 4.4.1 屈服准则
• 4.4.2 流动法则
• 4.4.3 硬化法则
• 4.4.3 破坏准则
• 4.4.4 混凝土的弹塑性本构关系
• 4.4.5 钢筋的弹塑性本构关系
• 4.4.6 钢筋混凝土结构有限元模型的选择
• 4.4.7 混凝土的开裂及裂缝处理
• 4.5 本章小结
• 第五章 钢筋混凝土简支梁ANSYS分析
• 5.1 ANSYS单元介绍
• 5.1.1 混凝土单元-SOLID65
• 5.1.2 钢筋单元-LINK8
• 5.1.3 钢板垫块-SOLID45
• 5.2 求解中的收敛问题
• 5.2.1 收敛准则和收敛精度
• 5.2.2 单元尺寸和网格质量
• 5.2.3 边界条件
• 5.2.4 子步数
• 5.2.5 混凝土的压碎设置
• 5.3 试验梁分析过程
• 5.3.1 定义分析标题
• 5.3.2 定义单元类型
• 5.3.3 定义单元实常数
• 5.3.4 定义材料属性
• 5.3.5 创建几何模型
• 5.3.6 加载、求解
• 5.4 计算结果及与试验值的对比分析
• 5.4.1 裂缝形态及发展过程
• 5.4.2 极限荷载比较
• 5.4.3 荷载-挠度曲线比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 进一步研究建议
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表