【摘要】：塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的安全使用非常重要,一方面它保證了構(gòu)件或結(jié)構(gòu)有一定的變形能力來(lái)承受溫度、徐變和支座位移等因素帶來(lái)的影響。另一方面對(duì)于基于彎矩重分布設(shè)計(jì)的超靜定結(jié)構(gòu)而言,充足的塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力則是保證結(jié)構(gòu)達(dá)到承載能力設(shè)計(jì)要求的必要條件。然而影響塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力的因素眾多,準(zhǔn)確地計(jì)算塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力并非易事,因此這一問(wèn)題一直是結(jié)構(gòu)工程界研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)之一。本文在分析與總結(jié)一部分塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力計(jì)算模型的基礎(chǔ)上,對(duì)鋼筋在屈服前后與混凝土的粘結(jié)行為、受拉剛化作用以及混凝土的受壓行為進(jìn)行了分析,并據(jù)此提出了通用的鋼筋混凝土梁轉(zhuǎn)動(dòng)變形計(jì)算模型用以計(jì)算塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力。隨后本文進(jìn)行了 8根不同配筋率與鋼筋延性的鋼筋混凝土三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn),并根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)提出的鋼筋混凝土梁轉(zhuǎn)動(dòng)變形計(jì)算模型進(jìn)行了驗(yàn)證。最后利用這一計(jì)算模型對(duì)彎矩調(diào)幅法中的一些參數(shù)進(jìn)行了分析討論。本文主要的研究?jī)?nèi)容為:(1)對(duì)鋼筋在屈服前后與混凝土的粘結(jié)行為進(jìn)行了分析。引入界面斷裂能的定義推出了均勻粘結(jié)應(yīng)力模型,即用兩個(gè)常量的粘結(jié)應(yīng)力來(lái)表示鋼筋屈服前后與混凝土的粘結(jié)行為。利用均勻粘結(jié)應(yīng)力求解鋼筋在混凝土中的應(yīng)力、應(yīng)變分布和滑移分布的解析解。推出了鋼筋在屈服時(shí)滑移的公式,使得Engstrom粘結(jié)-滑移模型更加完備。提出了以鋼筋應(yīng)變?yōu)閱我蛔兞棵枋鲣摻钋昂笈c混凝土粘結(jié)行為的粘結(jié)應(yīng)力-鋼筋應(yīng)變模型。利用級(jí)數(shù)的概念解釋了鋼筋屈服后在粘結(jié)應(yīng)力-滑移關(guān)系曲線中出現(xiàn)的陡降現(xiàn)象。最后利用一些拉拔試驗(yàn)的結(jié)果推出了兩個(gè)混凝土構(gòu)件特征時(shí)期的均勻粘結(jié)應(yīng)力代表值。(2)將提出的均勻粘結(jié)應(yīng)力模型與拉桿模型組合對(duì)鋼筋混凝土間的受拉剛化作用做了解析性分析,求得了鋼筋混凝土從開(kāi)始受拉至鋼筋斷裂這一完整加載過(guò)程中鋼筋與混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變分布,并同其他受拉強(qiáng)化作用模型對(duì)鋼筋混凝土的受拉試驗(yàn)進(jìn)行了模擬與對(duì)比。(3)對(duì)混凝土的受壓行為進(jìn)行了分析。參考對(duì)受拉混凝土的斷裂分析,將Bazant斷裂帶理論拓展到了受壓混凝土的變形計(jì)算,推出了混凝土受壓線性軟化模型。隨后將Hognestad混凝土本構(gòu)模型與線性軟化模型分別用于受壓混凝土峰值應(yīng)力之前與峰值應(yīng)力之后的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的描述,最后對(duì)混凝土受壓試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了模擬與對(duì)比。(4)根據(jù)鋼筋混凝土梁受壓軟化行為的出現(xiàn)與否分情況討論了鋼筋混凝土梁轉(zhuǎn)動(dòng)變形的計(jì)算,但基本思路仍然是通過(guò)力的平衡與變形協(xié)調(diào)的要求,將混凝土的受壓行為與鋼筋混凝土受拉行為進(jìn)行有效組合,得到彎矩-曲率關(guān)系曲線用于鋼筋混凝土梁轉(zhuǎn)動(dòng)變形計(jì)算。在加載過(guò)程中,當(dāng)梁頂部受壓混凝土進(jìn)入軟化階段前,受壓混凝土可以視為均勻狀態(tài),梁的轉(zhuǎn)動(dòng)變形直接通過(guò)截面彎矩-曲率關(guān)系曲線進(jìn)行評(píng)估;當(dāng)部分受壓混凝土進(jìn)入軟化階段后,將鋼筋混凝土梁劃分為鉸區(qū)與非鉸區(qū),非鉸區(qū)的混凝土可以視為均勻狀態(tài),但對(duì)于鉸區(qū)的壓碎混凝土則采取了理想化的處理辦法,將其視為由混凝土破壞面組成的特殊區(qū)域,求出可以考慮混凝土受壓軟化的彎矩-曲率關(guān)系曲線來(lái)進(jìn)行梁的轉(zhuǎn)動(dòng)變形計(jì)算。(5)分析了鋼筋混凝土梁在斜裂縫出現(xiàn)后剪力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)變形的影響�？紤]了混凝土裂縫處的多種作用,對(duì)鋼筋混凝土斷裂膜模型進(jìn)行了修正。討論了定角膜單元中斜裂縫間距的計(jì)算。最后提出使用修正斷裂膜模型計(jì)算剪力影響下無(wú)腹筋混凝土梁轉(zhuǎn)動(dòng)變形的方法。(6)開(kāi)展了鋼筋混凝土三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn),研究不同配筋率與鋼筋延性對(duì)鋼筋混凝土梁轉(zhuǎn)動(dòng)能力的影響。利用本文提出的轉(zhuǎn)動(dòng)變形計(jì)算模型與考慮剪力影響的轉(zhuǎn)動(dòng)變形計(jì)算模型對(duì)這一系列的試驗(yàn)進(jìn)行了模擬與對(duì)比,并證實(shí)了這一計(jì)算模型的有效性。同時(shí)對(duì)模擬計(jì)算中使用的粘結(jié)應(yīng)力進(jìn)行了分析與討論。(7)利用提出的梁轉(zhuǎn)動(dòng)變形計(jì)算模型對(duì)鋼筋的延性、跨高比等參數(shù)進(jìn)行了一系列的分析。介紹了通過(guò)比較轉(zhuǎn)動(dòng)能力與轉(zhuǎn)動(dòng)需求確定彎矩調(diào)幅程度的方法,并對(duì)彎矩調(diào)幅系數(shù)與鋼筋混凝土構(gòu)件截面最大相對(duì)受壓區(qū)高度的關(guān)系進(jìn)行了討論。最后結(jié)合參數(shù)分析的結(jié)果對(duì)彎矩調(diào)幅法提出了一些建議。本文為研究鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用、混凝土受壓、鋼筋混凝土構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)變形這些鋼筋混凝土基本行為提供了新的思路。提出的鋼筋混凝土梁轉(zhuǎn)動(dòng)變形計(jì)算模型可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)證與評(píng)估,是進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)的一個(gè)很好的工具。
【圖文】：

的相對(duì)受壓區(qū)高度；ｃ／ｈ邋＝邐或是配筋指數(shù)叫＝（ｐｓ／ｙ）／／ｅ來(lái)表示塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能逡逑力。當(dāng)鋼筋與混凝土的材性一定時(shí)這兩個(gè)參數(shù)與配筋率是等效的。試驗(yàn)及數(shù)值分析（圖１－１）逡逑表明［２義對(duì)于以底部鋼筋拉斷為破壞特征的鋼筋混凝土梁，隨著配筋率的增加轉(zhuǎn)動(dòng)能力會(huì)相逡逑應(yīng)增加＾對(duì)于以頂部混凝土受壓破碎為破壞特征的鋼筋混凝土梁，隨著配筋率的增加轉(zhuǎn)動(dòng)能逡逑力會(huì)相應(yīng)降低。而在這兩種破壞狀態(tài)的臨界點(diǎn)即底部鋼筋拉斷與頂部混凝土壓碎同時(shí)發(fā)生時(shí)逡逑梁的轉(zhuǎn)動(dòng)能力達(dá)到最大。逡逑Ｖ丨逡逑鋼？ｍ斷一？賽ａ邋土邋ｊ｜吞逡逑Ｔ邐ｐＴ逡逑圖１－１不同配筋率鋼筋混凝土梁的轉(zhuǎn)動(dòng)能力變化ｗ逡逑跨高比的影響逡逑跨高比對(duì)塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力產(chǎn)生影響的根本原因是由于彎矩梯度的存在【２２】�？绺弑仍酱�，逡逑彎矩梯度就越小，彎矩在梁跨上的分布就越緩，形成的塑性鉸區(qū)就越長(zhǎng)，由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)能逡逑力也就越強(qiáng)。當(dāng)跨高比越小時(shí)，彎矩梯度就越大，彎矩在梁跨上的分布就越陡，形成的塑性逡逑鉸區(qū)就越小，由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)能力也就越小。同樣的原因也可以解釋加載板寬度對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)能逡逑力的影響。當(dāng)加載板寬度越大時(shí)意味著通過(guò)加載板施加的荷載作用寬度越長(zhǎng)，形成的塑性鉸逡逑區(qū)的長(zhǎng)度也就越長(zhǎng)

梁中剪力的彩響逡逑根據(jù)加載點(diǎn)或是支座區(qū)剪力的大小，鋼筋混凝土梁會(huì)形成兩種形態(tài)的塑性鉸：彎曲鉸與逡逑彎剪鉸，如圖１－２所示。彎曲鉸區(qū)內(nèi)剪力很小，彎矩的作用很突出，產(chǎn)生的塑性變形多集中逡逑于一條或較少的幾條豎向裂縫，，因此彎曲鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力相對(duì)要小。而斜裂縫鉸區(qū)內(nèi)形成的裂逡逑縫則以彎剪斜裂縫為主，裂縫數(shù)量較多，分布區(qū)域較大。當(dāng)梁有著足夠的抗剪能力時(shí)，彎剪逡逑鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力要比彎曲剪力鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力大很多，這是由于彎剪斜裂縫的存在增大了塑性鉸逡逑區(qū)的范圍Ｗ。逡逑ｒｒｆｒＴＴＴｆｍ邐ｗ＂逡逑１邐：邐；；邐ｆ－邐１邐－ｉ邐ｒｉ０ｐｉ逡逑＊邋ｌ邐１邋ｉｉ邐＂逡逑Ｆ邐Ｖ逡逑Ｉ邋ＩＩ逡逑（ａ）彎曲鉸逡逑ｉ邐ｆ逡逑ｉｉ邐邐邐：邐＞４邐＇ｒ＇ｅｐｌ逡逑■邋Ｉ邐＊邋ＩＩ邐＞邋．逡逑ｉｆ邐；；逡逑ｌ邋＊邋ＩＩ逡逑Ｃｂ）彎剪鉸逡逑圖１－２彎曲鉸與彎剪鉸模型Ｍ逡逑圖１－３描述了梁截面上剪應(yīng)力與梁轉(zhuǎn)動(dòng)變形的關(guān)系：當(dāng)剪應(yīng)力較小時(shí)，梁內(nèi)形成的是彎逡逑曲鉸，隨著剪應(yīng)力增加，梁的轉(zhuǎn)動(dòng)變形逐漸減小。當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值，梁內(nèi)斜裂縫逐漸逡逑形成，此時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)變形急劇增大。而對(duì)彎剪鉸而言，隨著剪應(yīng)力的增加，梁的轉(zhuǎn)動(dòng)變形則逐逡逑漸下降。逡逑＾邋斜裂~+形成逡逑＼邋：ｒ－ｘ逡逑轉(zhuǎn)動(dòng)邋＼邋ｆ邋！邐＼逡逑＼ｊ［邐＼逡逑￣Ｔ逡逑圖１－３塑性較轉(zhuǎn)動(dòng)能力與剪應(yīng)力的關(guān)系Ｗ逡逑之所以要區(qū)分彎曲鉸與彎剪鉸，是因?yàn)檫@兩種塑性鉸對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)能力是不同的。試驗(yàn)研逡逑宄表明對(duì)于具有一般配筋率的鋼筋混凝土梁而言
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU375.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2596766