开超大圆孔RC梁受剪性能及承载力计算方法研究

作     者：刘豪 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘毅;郭瑞

授予年度：2022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：钢筋混凝土梁 超大圆孔 受剪承载力 计算公式 破坏形态 设计建议 

摘      要：随着社会智能化、信息化的高速发展,建筑结构中的建筑辅助设施逐渐庞大,管道日益增多,而目前大多数设备管道一般都是直接从结构的梁下面穿过,挤占了大量的建筑空间,导致室内层高的减少,从而影响建筑的使用功能。若在钢筋混凝土(Reinforced Concrete,简称RC)梁中开设圆形孔洞,供建筑物的设备管道通过,则可以在层高不变的前提下,最大程度保证建筑的净高满足使用功能的需要。在实际工程中,越来越多的大型交通枢纽工程需要在梁上开设较大尺寸的孔洞,才能满足各种设备管道的通过。因此,本文以腹部开超大圆孔RC梁为研究对象,采用模型试验、数值模拟和理论计算相结合的方法,研究孔洞位置、孔周箍筋和孔洞尺寸对开超大圆孔RC梁受剪性能的影响规律,分析开超大圆孔RC梁的受力机理,建立适用于开超大圆孔RC梁的受剪承载力计算公式,并提出开超大圆孔RC梁设计建议。本文的主要结论如下:(1)在钢筋混凝土梁上开设超大圆形孔洞,对梁的受剪承载力削弱较大,孔洞处成为梁的薄弱区域,按最终破坏时主裂缝经过的位置,开超大圆孔RC梁的破坏形态主要可定义为3种:孔侧剪切破坏、弦杆剪切破坏和非加密区剪切破坏。(2)孔洞位置对开超大圆孔RC梁的受剪性能影响较大。孔洞位置的变化会直接影响开超大圆孔RC梁的孔侧箍筋有效作用和受压弦杆高度,从而改变梁的破坏形态和受剪承载力。(3)孔侧箍筋和弦杆箍筋之间的相互作用对开超大圆孔RC梁的破坏形态和受剪承载力影响显著。增加孔侧箍筋配箍率能显著提高开超大圆孔RC梁的受剪承载力,但加强配箍率达到一定程度后效果不明显。当孔侧配箍适量,弦杆配箍不足时,开超大圆孔RC梁容易发生弦杆剪切破坏;当孔侧箍筋和弦杆箍筋均足够时,梁最不利位置会转移至非加密区,最终在非加密区薄弱位置发生剪切破坏。(4)孔洞尺寸对开超大圆孔RC梁的破坏形态和受剪承载力影响较大。随着孔洞尺寸的增加,开超大圆孔RC梁的受剪承载力和加载点下方挠度不断下降,且当孔洞直径超过0.5倍梁高时,加密足够的孔侧箍筋和弦杆箍筋也不能恢复开超大圆孔RC梁的受剪承载力,使其发生较为理想的非加密区剪切破坏,故建议开超大圆孔RC梁的孔洞尺寸不宜大于0.5倍梁高。(5)通过总结开孔梁的既有相关研究,收集开孔梁有关试验数据,分析现有开孔梁受剪力计算方法,探讨各计算方法的优缺点及对开超大圆孔RC梁的适用性。在既有受剪承载力计算方法的基础上,基于模型试验与有限元参数化分析,建立了开超大圆孔RC梁孔侧剪切破坏和弦杆剪切破坏的受剪承载力计算公式,其计算结果和试验结果吻合良好,并能较好地预测破坏形态,可为工程设计提供参考。