發(fā)布時間：2017-12-09 11:04

  本文關(guān)鍵詞：斜裂縫對混凝土梁橋受剪性能影響研究

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【摘要】：斜裂縫對混凝土梁橋的受剪承載力和剪切剛度均會產(chǎn)生顯著的影響,然而目前各國規(guī)范的受剪承載力計算方法仍未像抗彎計算一樣形成統(tǒng)一,且對開裂后的剪切剛度計算幾乎不涉及。本文分別從混凝土梁受剪承載力計算理論、開裂后剪切變形測試和剪切剛度退化理論等多個方面入手,深入研究了斜裂縫對混凝土梁橋受剪性能的影響,主要研究工作包括:(1)基于ACI-DAfStb的鋼筋混凝土淺梁剪切數(shù)據(jù)庫分析了既有剪切試件的受剪參數(shù)分布特征,研究了各受剪參數(shù)對受剪承載力的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:鋼筋混凝土淺梁的剪切強度隨混凝土抗壓強度fc'增大而提高,并與其成非線性關(guān)系;隨剪跨比λ增大而降低,但當(dāng)λ4時,降低速度變慢;隨縱筋配筋率ρ增大而提高,并逐漸趨于穩(wěn)定;隨配箍強度ρvfyv增大而提高,但提高幅度受到混凝土抗壓強度的限制;隨截面有效高度d增大而降低,對小尺寸尤為顯著,但箍筋的加入會減小這種尺寸效應(yīng)的影響。另外,分析發(fā)現(xiàn)既有剪切數(shù)據(jù)庫中的大尺寸、高強混凝土和低縱筋率試件數(shù)量仍然偏少,這與實際橋梁工程存在較大差異。(2)總結(jié)了各國主流規(guī)范受剪設(shè)計方法的理論基礎(chǔ)以及優(yōu)缺點,在此基礎(chǔ)上,分析了可能發(fā)生的剪切破壞模式和與之對應(yīng)的破壞控制點,討論了不同剪切破壞模式之間的過渡機制,指出規(guī)范受剪公式的局限性在于無法銜接不同的剪切破壞模式。為克服這一局限性,分別基于彎剪斜裂縫破壞模式和腹剪斜裂縫破壞模式構(gòu)建了相應(yīng)的受剪分析模型。(3)對于以彎剪斜裂縫擴展為主要特征的剪壓或斜拉破壞,建立了基于受壓區(qū)的無腹筋混凝土淺梁分析模型。模型將受壓區(qū)混凝土細(xì)分為剪壓區(qū)和斜拉區(qū)兩部分,分別利用主壓應(yīng)力破壞準(zhǔn)則和抗拉強度破壞準(zhǔn)則來計算其抗剪貢獻(xiàn),從而得到了無腹筋混凝土淺梁的受剪承載力理論計算公式。在此基礎(chǔ)上,計入箍筋項的抗剪貢獻(xiàn),進(jìn)一步得到有腹筋混凝土淺梁的受剪承載力理論計算公式。該理論公式實現(xiàn)了混凝土淺梁由剪壓破壞至斜拉破壞受剪承載力計算的平滑過渡,且公式能夠反映混凝土強度fc'、縱筋率ρ、剪跨比λ、配箍強度ρvfyv以及截面有效高度d等主要參數(shù)的影響規(guī)律。基于ACI-DAfStb剪切數(shù)據(jù)庫的驗證表明:推薦公式的預(yù)測精度和預(yù)測穩(wěn)定性都較規(guī)范公式有所提高。(4)對于以腹剪斜裂縫擴展為主要特征的腹剪破壞,本文仍推薦采用變角桁架模型來計算混凝土梁的受剪承載力,并通過推導(dǎo)得到了變角桁架模型斜壓桿傾角的兩個理論計算公式。首先,根據(jù)試驗觀測發(fā)現(xiàn)的斜壓桿傾角動態(tài)轉(zhuǎn)動規(guī)律,發(fā)現(xiàn)斜壓桿傾角的轉(zhuǎn)動存在兩個特征階段,即裂后穩(wěn)定階段和塑性轉(zhuǎn)動階段,并指出在裂后穩(wěn)定階段混凝土和箍筋的協(xié)同作用尚未發(fā)揮,應(yīng)計入混凝土的抗剪貢獻(xiàn),而在塑性轉(zhuǎn)動階段混凝土和箍筋的協(xié)同作用已得到發(fā)揮,無需再計算混凝土貢獻(xiàn)。其次,對裂后穩(wěn)定階段和塑性轉(zhuǎn)動階段分別基于最小應(yīng)變能原理和塑性理論構(gòu)建斜壓桿傾角的求解準(zhǔn)則,從而得到了斜壓桿傾角的兩個理論計算公式,進(jìn)一步建立了相應(yīng)的鋼筋混凝土梁的兩個受剪承載力計算公式。最后,利用ACI-DAfStb有腹筋淺梁剪切數(shù)據(jù)庫對本文建立的兩個承載力計算公式和規(guī)范公式進(jìn)行的對比驗證表明,兩受剪承載力計算公式的預(yù)測精度和穩(wěn)定性要優(yōu)于規(guī)范計算公式,且能夠反映主要受剪參數(shù)混凝土強度fc'、縱筋率ρ、剪跨比λ、配箍強度ρvfyv和截面有效高度d的影響規(guī)律。(5)針對受反彎點、變截面和預(yù)應(yīng)力等特殊因素影響的梁段受剪承載力,分別分析了這些特殊因素對受剪承載力的影響機理,并推導(dǎo)了相應(yīng)的受剪承載力計算修正方法,并與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比驗證。(6)開展了 6片大尺寸薄腹鋼筋混凝土約束梁的剪切變形測試試驗,實現(xiàn)了剪切變形的直接剝離測量,得到了混凝土梁斜向開裂后的剪切剛度退化規(guī)律。基于自制的大標(biāo)距機械式應(yīng)變計組裝的應(yīng)變測量框格,實現(xiàn)了斜裂縫開裂前后梁體應(yīng)變的連續(xù)測量;通過等參變換實現(xiàn)了變高度梁段的剪切變形與彎曲變形的剝離測量。試驗測試結(jié)果表明:在配箍率較低的試件中,斜裂縫出現(xiàn)和箍筋屈服是荷載-變形曲線的兩個轉(zhuǎn)折點。提高混凝土強度等級和配箍率,能夠提高斜向開裂后的剩余剪切剛度,提高配箍率對開裂后的剪切變形抑制更有效。(7)針對斜向開裂混凝土梁的有效剪切剛度評價,建立了混凝土梁的剪切剛度理論退化模型。首先,基于變角桁架模型推導(dǎo)了混凝土梁箍筋屈服狀態(tài)的剪切剛度:其次,基于試驗規(guī)律提出了剪切剛度的恒定切線剛度退化模式,以考慮斜裂縫開展程度對剪切剛度退化程度的影響。與多個剪切變形試驗實測數(shù)據(jù)的對比結(jié)果表明,本文建立的剪切剛度退化模型能夠較好的評價混凝土梁在斜裂縫開裂后的剪切剛度退化。(8)為了定量化的評估斜向開裂橋梁的剪切剛度退化,本文在試驗和理論研究的基礎(chǔ)上給出了一種簡化評估方法。該方法利用斜裂縫分級來反映斜裂縫的開裂程度,并假定開裂后剪切剛度隨斜裂縫分級線性退化,計算結(jié)果偏于安全且較為實用。最后,在某實際橋梁的剪切剛度快速定量化評估中對其進(jìn)行了應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U441
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本文編號：1270130