钢筋混凝土梁裂缝宽度的影响因素分析

论文摘要

钢筋混凝土结构的裂缝宽度是影响结构性能的重要指标之一,论文对钢筋混凝土梁弯曲裂缝宽度的主要影响因素进行了分析和探讨。论文采用试验研究和有限元计算相结合的分析方法。试验制作了12个净跨径1800mm的矩形截面普通钢筋混凝土简支梁,分为3种配筋率,每种配筋率梁选三个分别加载到规定裂缝宽度,另一个为基准梁(各种梁都进行三分点加载)。试验主要分析外荷载、钢筋应力等对裂缝宽度影响;有限元主要是对试验梁进行数值模拟,计算剥离区长度等影响因素数据,并与试验对比分析裂缝宽度的影响因素。通过对比分析,主要得出如下结论:首先,对于普通钢筋混凝土梁,受拉钢筋应力是混凝土裂缝宽度的主要影响因素;试验和分析表明,在同样裂缝宽度的情况下,开裂截面的钢筋应力相同,裂缝宽度的增加与钢筋应力呈线性关系。其次,钢筋与混凝土界面在裂缝两侧形成剥离区,剥离区长度与钢筋应力直接相关;经计算表明,在同样裂缝宽度的情况下,剥离区长度相同。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究目的及理论意义
• 1.2 钢筋混凝土结构及裂缝研究现状
• 1.2.1 钢筋混凝土结构的发展
• 1.2.2 国内外对结构裂缝的研究
• 1.3 断裂力学在裂缝分析中的应用
• 1.3.1 断裂力学研究的主要问题
• 1.3.2 构件裂纹的断裂力学分析
• 1.4 本文的工作及研究方法
• 1.4.1 本文主要工作
• 1.4.2 主要研究方法
• 第二章 钢筋混凝土界面剥离及裂缝计算理论
• 2.1 钢筋与混凝土本构关系及差异
• 2.2 钢筋混凝土界面的粘结滑移机理
• 2.2.1 界面粘结-滑移理论概述
• 2.2.2 界面粘结力组成及破坏类型
• 2.3 开裂后界面剥离区的形成机理
• 2.3.1 变形协调规律的主要思想
• 2.3.2 界面剥离区的形成机理
• 2.4 钢筋混凝土结构裂缝及其计算
• 2.4.1 混凝土裂缝的定义与成因
• 2.4.2 混凝土平均裂缝间距的计算
• 2.4.3 裂纹扩展的断裂力学判则计算
• 2.4.4 混凝土裂缝宽度的计算
• 2.4.5 钢-混界面剥离区长度计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 三种配筋率梁的试验设计与一般规律分析
• 3.1 试验研究目的
• 3.2 试验梁的制作及参数测定
• 3.2.1 三种试验梁的构造设计
• 3.2.2 主要材料的参数测定
• 3.3 量测系统及试验方案设计
• 3.3.1 量测系统组成设计
• 3.3.2 试验方案设计与测试
• 3.4 三种配筋率试验梁的一般规律分析
• 3.4.1 试验梁加载过程中的现象描述
• 3.4.2 试验梁的荷载和挠度对比分析
• 3.4.3 试验梁开裂前受拉钢筋应变分析
• 3.4.4 试验梁裂缝扩展状态一般描述
• 3.5 本章小结
• 第四章 裂缝宽度影响因素的试验分析与探讨
• 4.1 主要研究与分析的几种关系
• 4.2 在不同裂缝宽度时的荷载与钢筋应力分析
• 4.2.1 裂缝宽度0.04mm 时的荷载与钢筋应力
• 4.2.2 裂缝宽度0.1mm 时的荷载与钢筋应力
• 4.2.3 裂缝宽度0.16mm 时的荷载与钢筋应力
• 4.2.4 裂缝宽度0.2mm 时的荷载与钢筋应力
• 4.3 实测裂缝宽度与钢筋受力的对应关系
• 4.3.1 实测裂宽与钢筋拉应力的对应关系
• 4.3.2 实测裂宽与钢筋合力的对应关系
• 4.4 试验梁纯弯段的钢筋应力应变分析
• 4.4.1 未开裂混凝土与钢筋拉应变分析
• 4.4.2 混凝土开裂截面的钢筋拉应力分析
• 4.5 剥离区长度与钢筋受力的关系探讨
• 4.5.1 剥离区长度与钢筋拉应力的关系探讨
• 4.5.2 剥离区长度与钢筋合力的关系探讨
• 4.6 实测裂缝宽度与剥离区长度的关系探讨
• 4.6.1 以试验对裂缝宽度与剥离区长度关系探讨
• 4.6.2 混凝土裂缝宽度新计算公式的提出与分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 裂缝宽度影响因素的有限元计算与分析
• 5.1 有限元计算目的
• 5.2 有限元理论及计算软件
• 5.2.1 有限元理论概要
• 5.2.2 MSC.Marc2005 简介
• 5.3 有限元模型的建立与试算
• 5.3.1 有限元模型梁的建立
• 5.3.2 荷载工况与试算描述
• 5.4 其它因素对裂缝宽度的影响分析
• 5.4.1 荷载大小对裂缝宽度的影响分析
• 5.4.2 裂缝高度对裂缝宽度的影响分析
• 5.4.3 剥离区长度对裂缝宽度的影响分析
• 5.5 钢筋和混凝土应力计算结果分析
• 5.5.1 顶部混凝土与底部钢筋应力变化
• 5.5.2 三种梁跨中开裂截面附近应力分布
• 5.6 计算裂缝宽度与钢筋受力关系分析
• 5.6.1 计算裂缝宽度与钢筋拉应力关系
• 5.6.2 计算裂缝宽度与钢筋合力关系
• 5.7 计算剥离长度与钢筋受力关系分析
• 5.7.1 计算剥离长度与钢筋拉应力关系
• 5.7.2 计算剥离长度与钢筋合力关系
• 5.8 计算裂缝宽度与剥离长度关系及分析
• 5.8.1 裂缝宽度与剥离区长度变化规律
• 5.8.2 裂缝宽度与剥离区长度关系分析
• 5.9 界面剥离区长度的影响因素分析
• 5.10 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 后续工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 试验梁加载及开裂破坏图
• 附录B 二筋梁有限元试算过程表
• 附录C 梁模型的变形及应力云图
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果