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考虑结构空间约束的现浇楼盖梁受剪性能试验研究

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土木工程学报 2023年第11期56卷 16-26页

作者：韩小雷郑振光梁晓敏杨坚林鹏季静吴梓楠华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640 华南理工大学土木与交通学院广东广州510641 广州珠江外资建筑设计院有限公司广东广州510060

为研究结构空间约束对现浇楼盖梁受剪性能的影响,以剪跨比、面积配箍率、空间位置为变量,在足尺框架结构中开展12根楼盖梁受剪试验,并与对照试件简支梁试验结果进行对比。结果表明:结构空间约束可提高楼盖梁受剪承载力,削弱其变形能力;... 详细信息

为研究结构空间约束对现浇楼盖梁受剪性能的影响,以剪跨比、面积配箍率、空间位置为变量,在足尺框架结构中开展12根楼盖梁受剪试验,并与对照试件简支梁试验结果进行对比。结果表明:结构空间约束可提高楼盖梁受剪承载力,削弱其变形能力;剪跨比和空间位置显著影响楼盖梁受剪承载力;剪跨比为0.7和1.0时,楼盖梁受剪承载力较简支梁平均提高至1.09和1.39倍;剪跨比0.7时,边框边跨和中框边跨位置的楼盖梁受剪承载力平均提高至1.10和1.25倍;剪跨比1.0时,边框边跨、边框中跨、中框边跨和中框中跨位置的楼盖梁受剪承载力平均提高至1.30、1.30、1.43和1.72倍。根据受剪试验结果修正考虑结构空间约束的楼盖梁受剪破坏数值模拟方法,数值模拟结果表明,楼盖梁在受剪过程中因空间约束产生约束轴力,约束轴力随跨中挠度增大而不断增大。

关键词：结构空间约束楼盖梁受剪承载力轴向伸长数值分析

考虑结构空间约束的现浇楼盖梁跨中受弯性能试验

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哈尔滨工业大学学报 2024年第6期56卷 61-71页

作者：韩小雷郑振光杨坚林鹏陈鑫凯吴梓楠季静华南理工大学土木与交通学院广州510640 亚热带建筑科学国家重点实验室(华南理工大学) 广州510640 广州珠江外资建筑设计院有限公司广州510060

为研究结构空间约束导致现浇钢筋混凝土楼盖梁跨中受弯承载力超强的机制,以楼盖梁在结构中的空间位置和配筋率为变量,设计12根上部架立筋不伸入支座的楼盖梁试件并开展跨中受弯静力试验,并基于建立经典混凝土理论的试验方法进行了4根简... 详细信息

为研究结构空间约束导致现浇钢筋混凝土楼盖梁跨中受弯承载力超强的机制,以楼盖梁在结构中的空间位置和配筋率为变量,设计12根上部架立筋不伸入支座的楼盖梁试件并开展跨中受弯静力试验,并基于建立经典混凝土理论的试验方法进行了4根简支梁对比试验。对梁试件破坏形态、承载力、变形能力、轴向伸长进行研究,结果表明:楼盖梁试件承载力与按受弯构件计算承载力之比为1.57~2.77,与相应矩形简支梁试件和T形简支梁试件承载力相比均有较大提高,超强程度与配筋率成反比;与简支梁试件相比,楼盖梁试件跨中截面破坏形态未因轴压力而发生显著改变,但楼盖梁试件延性降低;楼盖梁试件轴向伸长随挠度的增大而增大。将楼盖梁视为压弯构件,提出根据楼盖梁试验峰值荷载确定相应轴力和弯矩的方法。计算结果表明,楼盖梁试件跨中截面压弯状态弯矩与受弯状态弯矩的比值为1.28~2.19。楼盖梁试件有限元数值模拟结果表明,随着楼盖梁截面包含的楼板范围增大,轴力沿梁跨分布趋于均匀。

关键词：楼盖梁结构空间约束跨中受弯性能承载力轴向伸长压弯构件

考虑结构空间约束的小跨高比简支构造框架梁受力性能试验研究

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考虑结构空间约束的小跨高比简支构造框架梁受力性能试验研究

作者：陈鑫凯华南理工大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土框架梁在受弯开裂的过程中会产生轴向伸长,其轴向伸长受到楼板、框架柱等周边构件组成的结构空间约束的作用,框架梁内因此产生约束轴力,从而导致框架梁的抗弯和抗剪承载力提高。多个震害现场框架结构破坏情况表明,结构在地震... 详细信息

钢筋混凝土框架梁在受弯开裂的过程中会产生轴向伸长,其轴向伸长受到楼板、框架柱等周边构件组成的结构空间约束的作用,框架梁内因此产生约束轴力,从而导致框架梁的抗弯和抗剪承载力提高。多个震害现场框架结构破坏情况表明,结构在地震作用下未能形成“强柱弱梁”的破坏机制,这与结构空间约束导致框架梁承载力超强有关。现有钢筋混凝土梁设计理论及方法均以构件试验为基础,未考虑结构空间约束导致的轴力。小跨高比框架梁的破坏形态介于大跨高比框架梁的弯曲破坏和框架深梁的剪切破坏之间,具有复杂性和特殊性。因此,本文聚焦于小跨高比简支构造框架梁的受力性能,在框架结构中开展试验,揭示框架梁承载力超强的机理,并通过研究各国规范对梁承载力的计算方法,探究现行规范承载力计算公式的不合理之处。最后,推导出考虑结构空间约束作用的小跨高比框架梁改进承载力计算公式,主要研究内容和成果如下:(1)以配筋率和框架梁的空间位置为变量,设计12根跨高比为3.33的框架梁进行结构层次的竖向加载试验,试验框架梁采用架立筋不伸入支座的简支构造,与4根构件层次的简支梁形成对比,探究结构空间约束对框架梁破坏形态及承载力的影响规律。结果表明:框架梁试件的破坏过程均为跨中受弯正裂缝与两端弯剪斜裂缝逐渐发展且梁底纵筋屈服,最终于一端斜裂缝处剪坏。结构空间约束使框架梁抗弯承载力超强,无法发生弯曲破坏,框架梁最终破坏形式为剪切破坏。(2)采用中、美、欧、新、日五国规范公式计算本文钢筋混凝土框架梁试件的抗弯、抗剪承载力,并与试验峰值荷载进行对比。结果表明:在抗弯承载力方面,五国规范的计算规则与假定基本相同,试验峰值荷载比五国规范计算得出的弯坏荷载平均提高2.48～2.58倍。在抗剪承载力方面,中国规范公式的预测效果最好,试验峰值荷载比五国规范计算得出的剪坏荷载平均提高7%～63%。(3)对五国规范公式能否考虑配筋率和结构空间约束对计算结果的影响进行分析。结果表明:在抗弯承载力方面,五国规范公式均考虑了纵筋配筋率和框架位置对框架梁抗弯承载力的影响,五国规范公式均忽略了梁跨位置对框架梁抗弯承载力的影响。在抗剪承载力方面,五国规范公式中仅新西兰规范考虑了纵筋配筋率对框架梁抗剪承载力的影响,五国规范公式均忽略了框架位置和梁跨位置对框架梁抗剪承载力的影响。(4)引入轴力并加以分析,提出一个基于中国规范钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算公式的改进公式。结果表明:考虑轴力的影响后,中、美规范钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算公式在预测准确度上均有一定的提高。基于中国规范钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算公式,提出的考虑纵筋和结构空间约束影响的改进公式,能够准确地评估钢筋混凝土梁在框架结构中的抗剪承载力。

关键词：结构空间约束框架梁承载力规范对比轴向刚度

考虑结构空间约束的现浇RC框架梁受力性能试验研究

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考虑结构空间约束的现浇RC框架梁受力性能试验研究

作者：何子鸣华南理工大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土(RC)框架结构占我国工业与民用建筑的50%以上。历次震害经验表明,RC框架梁承载能力被“低估”,导致RC框架结构未呈现预期的梁铰破坏机制,不符合“强柱弱梁”设计理念。在RC框架整体结构中,现浇楼板与框架柱等周边构件共同组... 详细信息

钢筋混凝土(RC)框架结构占我国工业与民用建筑的50%以上。历次震害经验表明,RC框架梁承载能力被“低估”,导致RC框架结构未呈现预期的梁铰破坏机制,不符合“强柱弱梁”设计理念。在RC框架整体结构中,现浇楼板与框架柱等周边构件共同组成的结构空间约束体系,将同时限制RC框架梁的轴向变形,产生不可忽略的约束轴力,显著改变RC框架梁的承载能力和破坏形态。然而目前世界各国关于RC框架梁受力性能的研究大部分基于构件试验开展,并未充分考虑结构空间约束效应对RC框架梁受力性能的影响。揭示RC框架梁在结构空间约束下的受力性能,为指导工程结构中RC框架梁承载力设计、优化框架结构钢筋配置提供技术支撑,从而改善RC框架结构的屈服机制,提升RC框架结构抗震韧性,符合目前国家战略规划中“韧性城市”理念的发展需要。为此,本文开展足尺RC框架结构试验,并结合有限元分析,研究结构空间约束效应改变RC框架梁受力性能的作用机理,主要研究内容如下:(1)以梁配筋率、梁空间位置、楼板与梁相对位置、有无楼板、计算剪跨比为变量,设计12根跨高比为8.3的RC框架梁试件在足尺结构中进行竖向静载试验。不同于简支梁竖向裂缝发展明显的受弯破坏形态,在结构空间约束下,RC框架梁表现为梁端近平行的腹剪斜裂缝发展明显、撕裂裂缝沿纵筋方向不断发展至混凝土压碎的剪压粘结破坏。(2)揭示结构空间约束效应对RC框架梁受力性能的影响规律。采用现行规范中RC梁受弯承载力计算公式,得出本文RC框架梁试件的承载力,并与试验峰值承载力进行对比,结果表明:在结构空间约束下,现有计算公式低估了RC框架梁的承载能力;当梁纵筋配筋率由1.62%降低至0.86%时,承载力提高幅度均值由1.28倍提升至2.32倍,随着配筋率的减小,结构空间约束效应对梁承载力的贡献作用更加显著。(3)建立足尺框架结构的精细有限元模型进行数值模拟分析。基于RC框架梁试验结果,采用有限元软件ABAQUS对RC框架梁进行竖向加载数值模拟,对比分析梁试件荷载-跨中挠度曲线、破坏形态、轴向伸长、钢筋应变等力学性能,验证了数值模拟方法的合理性。(4)基于有限元计算结果,在结构层次上分析了RC框架梁的受力机制,并研究了不同参数对RC框架梁承载力的影响。结果表明:在竖向荷载作用下,RC框架梁因受到结构空间约束而产生约束轴力,导致梁承载力进一步提高;对比不同参数对RC框架梁承载力的提高幅度,其中楼板板厚起主要作用,框架柱及周边框架梁、板配筋率、柱宽度起次要作用。

关键词：结构空间约束 RC框架梁承载力轴向伸长有限元分析

竖向荷载下考虑结构空间约束的RC框架梁力学性能研究

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竖向荷载下考虑结构空间约束的RC框架梁力学性能研究

作者：张俊榕华南理工大学

学位级别：硕士

多次强震灾害表明,按照现行规范设计的钢筋混凝土（RC）框架结构倾向于发生“柱铰”破坏,并未发生所期望的“梁铰”破坏,表明框架梁梁端存在超强现象。RC框架结构中框架梁存在明显的空间效应,而目前结构设计与分析中存在以下问题:1)支... 详细信息

多次强震灾害表明,按照现行规范设计的钢筋混凝土（RC）框架结构倾向于发生“柱铰”破坏,并未发生所期望的“梁铰”破坏,表明框架梁梁端存在超强现象。RC框架结构中框架梁存在明显的空间效应,而目前结构设计与分析中存在以下问题:1)支座处采用未考虑实际边界约束条件的有效翼缘宽度,低估了楼板作用;2)支座处仅关注水平荷载工况下的楼板有效翼缘宽度,不适用于竖向荷载工况;3)RC框架梁按受弯构件设计,然而竖向荷载下框架梁的轴向伸长行为使其承受约束轴力,成为压弯构件,显著改变框架梁的力学性能。本文旨在填补已有研究的不足,以课题组RC框架结构中框架梁竖向荷载静力试验为基础,开展竖向荷载下考虑结构空间约束的RC框架梁数值模拟研究。本文主要研究工作和结论如下:（1）提出一种考虑结构空间约束的混合数值模型。论述了有限元软件ABAQUS建模的基本参数设置,通过构件试验、平面框架试验和空间框架试验,验证了选取参数的可靠性。为了提高计算效率,采用多尺度建模方法和对称性理论,提出了一种考虑结构空间约束的混合数值模型,并与实体数值模型进行对比,论证了混合数值模型的合理性。（2）揭示竖向荷载下RC框架梁损伤发展和力学性能的空间分布规律。建立了考虑11个设计参数的24个RC框架结构模型并开展参数分析,结果表明,竖向荷载下RC框架节点区梁柱端的钢筋屈服顺序、转角情况、RC框架梁的轴向约束刚度、约束轴力、弯矩分布以及周边楼板的传力路径、板筋应变分布与空间位置具有明显相关性。（3）量化竖向荷载下考虑结构空间约束的楼板作用。采用梁刚度增大系数和楼板有效翼缘宽度量化楼板作用,通过参数分析得到:1)影响梁刚度增大系数的主要参数为横梁抗扭刚度、横梁跨度和主梁截面抗弯刚度;2)影响楼板有效翼缘宽度的主要参数为横梁宽度、横梁跨度、主梁高度、楼板配筋率、板筋强度。基于主要影响参数开展规模化有限元分析,建立了梁刚度增大系数计算公式和楼板有效翼缘宽度计算公式,其R平均值分别为0.92和0.84。（4）对现行设计方法提出改进建议。基于本文提出的梁刚度增大系数计算公式和楼板有效翼缘宽度计算公式,对RC框架结构设计方法提出改进建议。采用基于第一竖向构件失效的倒塌准则,对六层典型RC框架结构算例进行倒塌机制分析。结果表明,与规范设计相比,按照改进建议设计的RC框架在结构失效时,梁构件的损伤程度显著增加,表明提出的改进建议能有效促进RC框架结构实现“强柱弱梁”的设计理念。

关键词：钢筋混凝土框架梁竖向荷载结构空间约束梁刚度增大系数楼板有效翼缘宽度

考虑结构空间约束的现浇RC框架深梁受剪性能试验研究

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考虑结构空间约束的现浇RC框架深梁受剪性能试验研究

作者：梁晓敏华南理工大学

学位级别：硕士

现有的钢筋混凝土(RC)深梁设计理论和设计方法均建立在构件试验的基础上,未考虑结构空间约束的影响。在整体结构中,现浇楼板与框架柱共同组成的空间约束体系,将同时约束深梁的轴向变形,产生不可忽略的约束轴力,显著改变深梁的承载能力... 详细信息

现有的钢筋混凝土(RC)深梁设计理论和设计方法均建立在构件试验的基础上,未考虑结构空间约束的影响。在整体结构中,现浇楼板与框架柱共同组成的空间约束体系,将同时约束深梁的轴向变形,产生不可忽略的约束轴力,显著改变深梁的承载能力和破坏形态。根据现有研究,结构空间约束将大幅度提高深梁的受弯承载力,但对深梁受剪承载力的影响仍未有充分认识。深梁受剪承载力的改变,可能使得“强剪弱弯”抗震设计思想无法实现,导致深梁在强震中发生脆性破坏,削弱结构抗震性能,增加地震灾害风险。为此,本文开展足尺框架结构试验,并通过系列非线性有限元分析,研究结构空间约束对RC深梁受剪性能的作用机理,主要研究内容和成果如下:(1)在足尺框架结构中开展12根框架深梁的静载试验,并与简支深梁试验结果进行对比,揭示结构空间约束对框架深梁受剪性能的影响规律。对比结果表明:结构空间约束可提高框架深梁的受剪承载力,但将削弱其变形能力,使深梁呈现更为显著的脆性破坏特征。框架深梁的剪跨比和空间位置均会显著影响其空间约束效应。与简支深梁相比,框架深梁在剪跨比0.7和1.0时的受剪承载力提高幅度均值为1.09倍和1.39倍;边框边跨、边框中跨、中框边跨和中框中跨位置的受剪承载力提高幅度均值分别为1.30、1.30、1.43和1.72倍。(2)采用现有规范及文献的深梁承载力计算公式,计算本文RC深梁试件的受剪承载力,并与试验承载力进行对比。结果表明:对于简支深梁,美、欧规范有较好的预测精度,而中国规范及文献的预测结果都较为保守;对于框架深梁,现有计算公式均低估试件的承载力,且无法考虑部分试件参数对承载力的影响。(3)基于足尺结构的框架深梁试验,提出可考虑结构空间约束的数值模拟方法,并对材料本构的取值提出合理性建议。足尺试验中12根框架深梁的数值模拟结果表明,所提出的数值模拟方法可准确模拟框架深梁在结构空间约束下的受剪承载力、破坏形态、钢筋应变和轴向伸长现象。(4)通过系列非线性有限元分析,揭示结构空间约束下的框架深梁受剪机制。分析结果表明:框架深梁在受剪过程中将因结构空间约束而产生约束轴力,约束轴力随跨中挠度的增大而增大,进而提高深梁的受剪承载力;在结构空间约束中,楼板板厚起主要作用,板配筋率、板宽以及框架柱和周边框梁起次要作用。

关键词：结构空间约束深梁承载力剪切延性受剪机制

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楼盖短梁受力性能试验与有限元分析

土木工程学报 2025年第1期58卷 47-57页

作者：郑振光韩小雷陈鑫凯季静林静聪华南理工大学亚热带建筑与城市科学全国重点实验室广东广州510640 华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

为研究结构空间约束对楼盖短梁受力性能的影响,以楼盖短梁底筋配筋率和所处空间位置为变量,在框架结构中设计12根跨高比为3.3的楼盖短梁并进行竖向静力试验,并与4根相同参数的简支短梁试验结果进行对比。结果表明:楼盖短梁表现为首先发... 详细信息

为研究结构空间约束对楼盖短梁受力性能的影响,以楼盖短梁底筋配筋率和所处空间位置为变量,在框架结构中设计12根跨高比为3.3的楼盖短梁并进行竖向静力试验,并与4根相同参数的简支短梁试验结果进行对比。结果表明:楼盖短梁表现为首先发生纵筋屈服、最终沿临界斜裂缝劈裂,简支短梁表现为首先发生纵筋屈服、最终发生弯曲破坏或剪压破坏。与简支短梁相比,楼盖短梁承载力提高、延性降低。楼盖短梁承载力与底筋配筋率正相关,受空间位置的影响较小。建立试验框架的有限元模型进行数值模拟,结果显示:随着楼盖短梁截面所取的楼板翼缘宽度增大,轴压力沿梁跨分布趋于均匀。楼盖短梁所受轴向约束刚度增大时,轴力和承载力增大,承载力从受弯承载力控制转变为受剪承载力控制。采用我国规范承载力计算方法,分别按有无轴力计算楼盖短梁试件承载力,结果表明考虑轴压力才能准确判断破坏形态和计算承载力。

关键词：楼盖短梁结构空间约束承载力轴压力