论文摘要
建筑业作为资源消耗量较大行业之一,要实现可持续发展,必须调整建筑材料消耗结构,大力推广应用高强钢筋和高强混凝土,以提高材料利用率,走节约型发展道路。目前C60、C80高强混凝土已开始应用于高层建筑和大跨结构中,HRB400级钢筋在我国现行《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中已被推广应用,HRB500级钢筋也正在推广前的研究阶段。混凝土梁的抗剪承载力研究是混凝土结构基本理论中的一个经典课题,因其破坏机理复杂,影响因素众多而备受国内外学者关注。近一百年来,研究者们从不同的角度出发,给出了各种不同的理论公式。但是因为这些理论公式难以统一并且形式复杂不便于工程应用,因此各国大多还是根据试验数据回归出一个具有一定保证率的经验公式作为设计标准。随着高强钢筋和高强混凝土的推广应用,规范设计公式有必要进行相应的调整,钢筋混凝土梁的抗剪机理也应进一步完善。在这一背景下,本文完成了如下研究:1.基于能量吸收原理,设计了一套能使钢筋混凝土梁剪切破坏稳定可控的刚性试验系统,并在该试验系统下进行了20根剪跨比为3的钢筋混凝土梁的试验,得到了包括下降段在内的梁荷载-挠度全曲线。试验梁变化的参数主要有:混凝土强度等级（C30、C60、C80）、箍筋强度等级（HPB235、HRB400、HRB500）、箍筋倾角（60°、90°）、配箍率（0、0.20%、0.25%）、纵筋配筋率（0.65%、1.31%、2.03%）和纵向分布钢筋。试验梁的破坏模式主要有斜拉破坏、斜截面剪压破坏和斜截面弯剪破坏三种,其中剪压破坏梁的箍筋屈服而纵筋不屈服,弯剪破坏梁的箍筋和纵筋均屈服。2.试验结果表明,梁的抗剪承载力随着混凝土强度和箍筋强度的提高而增加,在相同配箍率下,高强箍筋高强混凝土梁较普通强度箍筋混凝土梁的抗剪承载力有显著提高。斜箍筋能有效抑制斜裂缝的开展,同时也能提高梁的抗剪承载力13%左右。梁的抗剪承载力随纵筋配筋率而提高,当纵筋配筋率从1.31%提高到2.03%,梁的抗剪承载力提高30%左右。纵向分布钢筋能提高梁的抗剪承载力10%左右。我国《混凝土结构设计规范》GB50010-2002用于高强箍筋高强混凝土梁的抗剪承载力计算基本安全,但是对于高强混凝土无腹筋梁、配有高强箍筋的普通强度混凝土梁和纵筋配筋率较小的梁安全度偏低。3.试验结果表明,对于剪跨比为3并配置了适量箍筋的梁,其破坏具有一定的延性。尽管发生剪压破坏的变形性能优于斜拉破坏,但其和斜拉破坏一样均为脆性破坏。纵筋屈服可使梁的变形能力增加,但剪力的存在使梁的延性降低。剪切延性系数随着混凝土强度和箍筋强度的提高而增大。纵向分布钢筋对改善梁的剪切延性有一定的作用,纵筋配筋率越大,梁的剪切延性越小,斜箍筋可使梁的剪切延性大幅提高,并能很好地限制斜裂缝的延伸和裂缝宽度的扩展。配有高强箍筋的高强混凝土梁,其剪切延性系数较普通箍筋混凝土梁提高1倍左右,可见高强箍筋和高强混凝土的组合,能使两者的材料性能得到充分发挥,高强箍筋更适用于高强混凝土梁。4.在对试验梁进行截面受力分析的基础上,提出了梁抗剪承载力理论计算模型。该理论模型假定混凝土梁的抗剪承载力主要由梁临界截面受压区混凝土提供,压区混凝土的抗剪承载力由截面弯矩引起的正应力和剪应力共同确定。浅梁受压区的破坏模式为斜拉破坏,压区混凝土的破坏机理和在压剪复合受力状态下的破坏准则采用Ottosen材料破坏准则。该理论计算公式能够准确预测本文试验梁的抗剪承载力,同时也能准确预测收集到的391根剪跨比大于2.5的梁的抗剪承载力。为了使理论公式更易于工程应用,根据大量试验结果分析给出了简化的理论计算公式。简化的理论计算公式与我国规范公式的对比分析表明,简化计算公式能更准确预测试验结果,离散性较小。5.为了考虑本文试验以外的更多因素对抗剪承载力的影响,收集了682根梁的抗剪试验数据。将所有试验梁的试验结果与我国规范GB50010-2002、美国规范ACI318-05、欧洲规范EC2-02以及Zsutty公式的预测结果进行比较,分析各计算方法的优缺点,以及对各抗剪承载力影响因素的考虑是否得当。综合以上计算方法对抗剪影响因素考虑的优点,对682根梁的试验数据进行非线性多系数回归分析,得到了基于试验数据统计分析的梁抗剪承载力回归公式。该回归公式考虑了混凝土强度、剪跨比、纵筋配筋率、尺寸效应对梁抗剪承载力的影响,同时还考虑了纵向分布钢筋、短梁的拱作用、浅梁的梁作用对抗剪承载力的影响。与其它抗剪设计方法相比较,统计回归分析公式对682根梁抗剪承载力的预测结果最为精确,缺陷点最少。
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