基于DIC的型钢混凝土深梁受剪性能研究

作     者：刘昌俊 

作者单位：长江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾磊

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：型钢混凝土深梁 DIC 有限元分析 受剪承载力 

摘      要：型钢混凝土(SRC)深梁因其承载力高、刚度大、抗震性能好等优点,现广泛应用于超高建筑的转换层、地下承重墙及高架桥冠梁等关键工程结构中。SRC深梁的截面高度与跨度相近,剪跨比较小,在荷载作用下通常受到剪力作用而发生破坏,其受力状态相比一般长细梁复杂,梁身内部应力流紊乱,不再符合平截面假定。目前,大多数关于SRC深梁的试验研究都采用传统的测量工具如:应变片,位移计,引伸仪,而对于试验中裂缝的观察和判断也多采用肉眼识别的方法,无法精确观察试件表面的初始开裂位置、裂纹发展路径及破坏形态。同时,国内外还未出台统一的关于SRC深梁受剪承载力计算方法,大多学者的研究都是基于拉压杆模型或由此模型修正后的其他力学模型,但这些模型对内置型钢的抗剪贡献考虑不足,往往对型钢采用简化处理的方法,同时对各组成部位的抗剪贡献也缺乏考虑。因此,本文共进行了7组型钢混凝土深梁的受剪试验研究,采用数字图像相关(DIC)技术在试验中全过程、不间断的记录试件表面全场应变和裂纹发展情况。同时,基于试验研究和数值模拟,通过参数分析,研究了不同因素对SRC深梁受剪承载力的影响作用,并根据强度叠加理论,推导出SRC深梁受剪承载力实用计算方法。本文的主要研究成果简要概括如下:(1)集中荷载作用下型钢混凝土深梁的破坏模式可归纳为剪切破坏和斜压破坏。当剪跨比小于1.4时,试件发生斜压破坏;当剪跨比在1.4～2之间发生剪切破坏。剪跨比越大的试件裂缝发展更严重,斜裂缝开裂荷载主要集中在0.12～0.18P之间,试件的最终破坏是由于剪跨区的混凝土被压碎,导致试件承载力降低而引起的。(2)ABAQUS有限元模型可以准确的模拟型钢混凝土深梁的剪切响应。有限元模型模拟的试件受剪承载力与本文试验得出的受剪承载力误差较小,有限元分析与试验结果在荷载-位移曲线和破坏模式上有较好的相似性。(3)型钢腹板高度和剪跨比是影响型钢混凝土深梁受剪承载力的主要因素。受剪承载力随型钢腹板高度的增加而增大,随剪跨比的增加而减小。当型钢腹板高度平均增加36%时,受剪承载力平均增加了18.8%。(4)本文基于试验和有限元分析,根据强度叠加理论对规范推荐的公式进行了修正,建立适用于型钢混凝土深梁的受剪承载力计算方法,该计算方法能够合理、准确地预测型钢混凝土深梁的受剪承载力。