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钢筋混凝土整浇直剪面抗剪机制及抗剪承载力计算方法研究

钢筋混凝土整浇直剪面抗剪机制及抗剪承载力计算方法研究

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作者：黄惠萍三峡大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土结构在材料或几何不连续处容易发生直剪破坏,直剪破坏面通常分为整浇直剪面、预裂直剪面和新旧混凝土界面三类,而其中较为常见的整浇直剪面如牛腿与柱的连接面和低矮剪力墙与柱的连接面等,通常为钢筋混凝土结构的薄弱处,对结... 详细信息

钢筋混凝土结构在材料或几何不连续处容易发生直剪破坏,直剪破坏面通常分为整浇直剪面、预裂直剪面和新旧混凝土界面三类,而其中较为常见的整浇直剪面如牛腿与柱的连接面和低矮剪力墙与柱的连接面等,通常为钢筋混凝土结构的薄弱处,对结构的安全性和耐久性至关重要。因而,展开对整浇直剪面抗剪问题的研究具有重要的工程价值和意义。目前对于整浇直剪面的抗剪仍存在着如下待研究的问题:一是直剪面抗剪的机制至今尚未达成共识;二是现阶段的研究成果缺少直剪面抗剪的全过程分析模型。此外,当前我国常用的结构设计规范还未给出钢筋混凝土整浇直剪面抗剪承载力的设计计算式,而这对于工程应用具有重要的指导意义。基于此,本文结合试验研究、仿真模拟及理论分析的方法,研究了钢筋混凝土整浇直剪面的剪切问题。首先,试验研究了混凝土强度、抗剪钢筋配筋率及屈服强度对直剪面抗剪性能的影响,初步得到各因素对直剪面抗剪性能的影响规律。其次,运用有限元分析软件ABAQUS对整浇直剪面进行了参数分析,深化了各因素对直剪面抗剪性能影响规律的认识,并明确了直剪面在抗剪全过程中的变化特征。最后,根据试验及仿真模拟结果,揭示了直剪面抗剪的机制及建立了全过程的分析模型,并对分析模型中的抗剪承载力计算式进行评估。通过以上研究,得到的主要结论如下:(1)整浇直剪面的开裂荷载及抗剪承载力与混凝土强度呈正相关关系。试验中,当混凝土强度抗压强度由26.6MPa提高到55.6MPa时,直剪面的开裂荷载和抗剪承载力分别增加了20.1%和29.5%。同时,仿真结果显示,当混凝土抗压强度处于26.6MPa至75MPa之间时,混凝土抗压强度每增加10MPa,直剪面的开裂荷载和抗剪承载力平均增加9.0%和8.1%,上述变化表明了混凝土强度对直剪面开裂荷载和抗剪承载力的影响较大;(2)抗剪钢筋配筋率的增加对整浇直剪面的开裂荷载无明显影响,而对抗剪承载力有一定的影响。试验结果表明,当配筋率由0提高到0.17%、0.17%提高到0.33%以及0.33%提高到0.5%时,开裂荷载依次变化了9.9%、6.0%和2.9%,而抗剪承载力依次增加了15.1%,13.4%和15.7%。此外,随着配筋率的增加,直剪面的延性显著增大;(3)当抗剪钢筋名义屈服强度由335MPa依次增加到400MPa、500MPa和600MPa时,整浇直剪面抗剪性能均无明显变化。其中,抗剪钢筋屈服强度对直剪面抗剪承载力无明显影响的原因是不同屈服强度的钢筋在抗剪承载力值时还未屈服,且它们对抗剪承载力的贡献相当;(4)钢筋混凝土整浇直剪面抗剪的过程可近似分为线弹性受力阶段、峰值荷载阶段、荷载骤降段及破坏阶段。其中,峰值荷载阶段时,荷载持续增加,但增幅较线弹性阶段有所降低。位移在此阶段有了明显的提高,但位移值仍然较小,一般不超过0.5mm。位移的增大使得混凝土的粘聚力有所降低并使得钢筋更多地参与到直剪面的抗剪。在抗剪承载力值时,抗剪钢筋还未屈服,且鉴于直剪面位移较小,混凝土粘聚力对直剪面抗剪承载力的贡献仍然较大。因此,峰值荷载阶段直剪面的剪力由混凝土的粘聚力及抗剪钢筋提供的摩擦力来共同抵抗;(5)本文全过程分析模型的荷载-滑移曲线与试验曲线吻合程度良好。其中,实测的开裂荷载、抗剪承载力和直剪面滑移(承载力值点)与模型计算值比值的均值分别为1.14、1.07和1.02。同时,评估结果表明,与其他计算式相比,本文的抗剪承载力计算式具有更高的计算精度和更低的离散程度(试验值与本文计算值比值的均值和变异系数分别为1.13和0.16)。此外,本文的抗剪承载力计算式适用范围广,可运用于全轻及砂轻混凝土整浇直剪面抗剪承载力的计算。

关键词：整浇直剪面抗剪机制全过程分析模型仿真模拟抗剪承载力

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