型钢高强高性能混凝土梁抗剪承载力的计算理论及设计方法研究

论文摘要

型钢混凝土结构综合了钢结构与混凝土结构的优点,能够满足现代结构对功能与性能等多方面的要求,具有显著的经济效益和社会效益;但其计算理论及计算方法尚不完善;同时随着混凝土强度和性能等技术方面的不断提高,型钢高强高性能混凝土结构已成为组合结构的一个重要发展方向,而目前各国对其研究却主要集中在型钢普通混凝土。梁是结构中最重要的横向承重构件,因此系统深入地研究型钢高强高性能混凝土梁构件的受力机理、力学性能、计算方法及粘结滑移等,可以保证两种不同性质的材料更好的协同工作,从而实现组合结构的可持续性发展。本文通过9榀不同混凝土强度等级、剪跨比和加载方式的型钢高强高性能混凝土梁试件的静力试验,对构件的截面应力—应变分布、破坏形态、裂缝开展、变形特征和延性性能等相关问题进行了全面的研究,并根据相关资料提出了高性能混凝土的概念,总结分析了型钢高强高性能混凝土梁三种不同破坏类型的抗剪机理以及影响型钢高强高性能混凝土梁抗剪承载力的主要因素。同时对型钢混凝土结构中的粘结滑移机理进行了系统的分析,并对其影响因素进行了总结;提出简单而实用的型钢高强高性能混凝土梁构件基于粘结滑移理论的抗剪承载力设计计算公式,计算值与试验值吻合较好。同时,以型钢高强高性能混凝土梁的相关研究为基础,通过ANSYA程序对其进行非线形有限元数值模拟分析,将有限元分析结果与梁构件的实测相关数据进行比较,验证通用有限元分析程序ANSYS对型钢混凝土构件受力过程的数值模拟是否可行;在此基础上进一步分析组合梁的受力机理和力学性能。通过ANSYS程序单元库中非线形弹簧单元combination-39组成的三维连接单元模拟型钢高强高性能混凝土在不同部位及不同方向上的界面相互作用,考察了粘结滑移对构件力学性能的影响以及其各组件变形、裂缝和应力应变的分布和发展规律。结合计算与试验结果,确定了粘结滑移对型钢高强高性能混凝土梁开裂荷载、极限荷载和变形刚度的影响。研究结果表明:型钢高强高性能混凝土梁具有承载力高,刚度大,延性好等优点。在加载后期型钢与混凝土之间总会发生滑移,抗剪连接件的设置并不能延缓型钢和混凝土之间产生滑移,也不能有效提高型钢混凝土构件的刚度,但在一定程度上可以减小极限滑移值,而型钢与混凝土间的滑移对试件受剪承载力有较大影响。本文提出的型钢高强高性能混凝土梁构件斜截面抗剪承载力的计算方法具有一定的理论基础和较强的实用性,研究成果可直接应用于型钢高强高性能混凝土组合结构工程中,并为相应的型钢高强高性能混凝土组合结构规范的制定提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 SRC结构及其特点
• 1.1.1 SRC结构的特点
• 1.1.2 SRC构件和结构类型
• 1.2 SRC结构在国内外的研究和应用
• 1.2.1 SRC结构在国内的研究和应用
• 1.2.2 SRC结构在国外的研究和应用
• 1.3 高强高性能混凝土研究应用现状
• 1.3.1 高性能混凝土和高强混凝土的概念
• 1.3.2 高强、高性能混凝土的研究和应用
• 1.4 型钢高强高性能混凝土（SRHSHPC）研究面临的问题
• 1.4.1 高强高性能混凝土研究面临的问题
• 1.4.2 SRC研究面临的问题
• 1.5 课题的提出及本文的主要工作
• 1.5.1 课题的提出
• 1.5.2 SRC梁的研究现状
• 1.5.3 本文的主要研究任务
• 1.6 本章结论
• 2 试验概况及结果分析
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 构件设计原则
• 2.2.2 试验构件制作
• 2.2.3 数据采集及加载方案
• 2.2.4 加载制度
• 2.2.5 承载力的确定
• 2.3 试验结果分析
• 2.3.1 破坏形态及相关曲线
• 2.3.2 受力过程分析
• 2.3.3 剪切破坏分类
• 2.3.4 试件破坏特征
• 2.4 本章结论
• 3 剪切机理及影响因素研究
• 3.1 型钢高强高性能混凝土梁的抗剪机理分析
• 3.1.1 剪切斜压破坏机理
• 3.1.2 剪切粘结破坏机理
• 3.1.3 弯剪（剪压）破坏机理
• 3.2 型钢混凝土梁抗剪影响因素
• 3.2.1 剪跨比影响
• 3.2.2 混凝土强度等级
• 3.2.3 加载方式
• 3.2.4 型钢强度及配钢率
• 3.2.5 箍筋强度及配箍率
• f与b之比'>3.2.6 b_f与b之比
• 3.2.7 混凝土保护层厚度
• 3.3 粘结滑移对SRC梁抗剪承载力的影响
• 3.3.1 粘结滑移的研究成果分析
• 3.3.2 粘结滑移机理分析
• 3.3.3 粘结滑移平衡方程
• 3.3.4 粘结强度影响因素分析
• 3.4 本章结论
• 4 型钢高强高性能混凝土梁抗剪承载力研究
• 4.1 现有型钢梁抗剪承载力公式比较
• 4.2 型钢梁抗剪承载力理论分析
• 4.3 型钢高强高性能混凝土梁抗剪承载力实用公式推导
• 4.3.1 回归模型
• 4.3.2 回归公式
• 4.4 型钢高强高性能混凝土梁的构造要求
• 4.5 本章结论
• 5 型钢高强高性能混凝土梁构件的有限元分析
• 5.1 材料模型和单元类型
• 5.2 建模和求解
• 5.3 计算结果和分析
• 5.4 本章结论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录一:研究生期间发表的论文
• 附录二:研究生期间参加的科研项目