钢筋混凝土框架边梁协调扭转性能的研究

论文摘要

在混凝土框架中,边梁因变形协调而发生协调扭转,其弹性协调扭矩值主要取决于边梁扭转线刚度与楼面梁弯曲线刚度之间的比值;混凝土开裂后,由于钢筋混凝土结构的非线性性能,以及构件开裂后其扭转刚度与弯曲刚度退化速率的不同,边梁的弹塑性协调扭矩值难以准确计算。为了便于指导工程设计,我国混凝土结构设计规范[1]明文规定:“对属于协调扭转的钢筋混凝土构件,受相邻构件约束的支承梁的扭矩宜考虑内力重分布。”并在条文说明中给出了弹性协调扭矩的最大调幅系数可取0.4。然而在工程实际中,按上述方法设计仍然常常出现抗扭钢筋超筋。为了解决这一问题,本文在对模型的试验结果进行收集、整理及统计分析的基础上,采用非线性有限元程序(混凝土模式),对钢筋混凝土梁纯扭转及协调扭转进行了有针对性的仿真试验。研究表明,钢筋混凝土梁的扭转裂缝宽度与扭转角相关,控制扭转角可以间接起到控制扭转裂缝宽度的作用,因此钢筋混凝土梁协调扭转设计的关键是控制扭转角;而主梁在正常使用荷载下的扭转角与设计方法几乎无关,即不同的设计方法对控制协调扭转角的作用不大;协调扭转裂缝宽度可通过控制主梁在正常使用荷载下的扭转角,以及主梁抗扭钢筋的构造措施来实现。在收集、整理及统计已有模型试验数据并结合大量仿真分析的基础上,明确了扭转角与最大扭转裂缝宽度大体上呈线性关系,分析表明,最大扭转裂缝宽度还与抗扭钢筋配筋率有关,给出了最大裂缝宽度的回归统计式,并讨论了正常使用状态下钢筋混凝土梁扭转角的控制值。对钢筋混凝土梁协调扭转模型的仿真分析表明,主梁在使用荷载下的单位长度扭转角θΚ与扭裂比、主次梁跨长比以及截面尺寸有关,与混凝土强度等级无关。在大量仿真分析的基础上,给出了主梁在使用荷载下单位长度扭转角θΚ的回归统计式。对协调扭转模型在不同设计方法下的经济对比分析表明,抗弯钢筋的效能远大于抗扭钢筋。协调扭转梁应在满足变形、裂缝宽度及延性的基础上尽可能少配抗扭钢筋,并且当抗扭钢筋得以充分利用时,可获得较好的经济效果。基于上述研究成果,给出了正常使用状态下钢筋混凝土梁协调扭转角的计算方法,协调扭转角的控制值,协调扭转梁的分析与设计方法,以及相应的构造措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 边梁协调扭转研究现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国外的应用现状
• 1.2.3 我国研究与应用现状
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的研究方法
• 第二章 模型试验分析研究
• 2.1 模型试验介绍
• 2.2 纯扭模型试验分析
• 2.3 协调扭转模型试验分析
• 第三章 纯扭构件有限元模拟
• 3.1 纯扭构件进行有限元模拟的目的
• 3.2 纯扭构件有限元模拟全过程分析
• 3.2.1 单元类型和实常数
• 3.2.2 材料参数
• 3.2.3 建立模型、施加荷载
• 3.2.4 求解控制
• 3.2.5 计算结果及分析
• 3.2.6 扭转变形、钢筋应力（应变）及裂缝宽度
• 第四章 协调扭转有限元模拟全过程分析
• 4.1 协调扭转模型的建立
• 4.1.1 模型的建立
• 4.1.2 仿真分析与试验结果的对比分析
• 4.2 协调扭转模型
• 4.2.1 弹性协调扭矩计算方法
• 4.2.2 第一组模型
• 4.2.3 第二组模型
• 4.2.4 第三组模型
• 4.3 协调扭转模型的对比分析
• 4.4 主梁使用荷载下单位长度扭转角的影响因素
• 4.4.1 扭裂比
• 4.4.2 扭裂比与使用荷载下单位长度扭转角的关系
• 4.4.3 主梁使用荷载下单位长度扭转角的计算方法
• 4.5 最大裂缝宽度分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 协调扭转设计建议
• 5.1 经济性分析
• 5.2 协调扭转设计建议
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文