预制装配型钢混凝土梁受剪承载力试验与计算方法研究

为了深入研究预制装配型钢混凝土梁的受剪机理并提出可准确预测其受剪承载力的计算公式,该文完成了2个足尺预制装配型钢混凝土梁试件的静力剪切性能试验。通过分析试件的破坏过程、荷载-位移曲线和应变发展规律,对不同剪跨比下试件的破坏形态和承载能力进行了研究。基于变形协调桁架-拱模型和Nakamura模型建立了该种预制装配型钢混凝土梁及普通现浇型钢混凝土梁共同适用的受剪承载力计算模型。通过与75个发生剪切破坏的型钢混凝土梁试验结果对比可得:该文提出的计算方法可较好反映型钢混凝土梁的剪切破坏机理,试验值与计算值吻合良好;规范AISC 360-2010和JGJ 138-2016建议的受剪承载力计算公式较为保守。     

型钢混凝土空腹叠合梁受剪承载力试验研究

为更加深入研究型钢混凝土叠合梁的受剪机理,提出更为优化的截面形式,该文完成了10个足尺型钢混凝土叠合梁在单调集中荷载作用下的静力试验研究。通过考察剪跨比、截面形式（空腹和实腹）等参数对受剪性能的影响,着重研究了足尺型钢混凝土空腹叠合梁的受剪性能。结合试验结果对各试件的裂缝形态、破坏特征、承载能力、变形等性能进行了分析研究。采用桁架-拱模型并基于变形协调条件将桁架、拱和型钢三者对受剪承载力的作用相结合,建立了适用于型钢混凝土叠合梁的受剪承载力计算方法。结果表明:型钢混凝土空腹叠合梁与实腹叠合梁具有相似的受剪性能和破坏形态,承载力随剪跨比的增大而减小,试件整体性良好;采用JGJ 2016和YB 9082-2006计算的受剪承载力离散型偏大,该文建立的修正桁架-拱模型计算值与试验结果吻合较好。     

型钢混凝土深梁受剪性能及承载能力研究EI北大核心CSCD

为了研究型钢混凝土深梁的受剪机理,以剪跨比、型钢截面高度比、翼缘宽度比为影响因素,设计7个试件进行了跨中集中荷载作用下的抗剪性能试验,对受力过程、荷载-位移曲线、破坏形态、受剪承载力等进行了比较分析,基于修正压力场理论提出了型钢混凝土深梁受剪承载力计算模型。结果表明:剪跨比是型钢混凝土深梁破坏形态主要影响因素,较大翼缘宽度比的试件具有更高的受剪承载力;基于修正压力场理论的计算模型能够综合考虑剪跨比和翼缘宽度比的影响,模型计算值与试验结果吻合较好。     

高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪模型分析

根据集中荷载作用下8根剪跨比0.26~1.04、跨高比为2和3的LC40级高强轻骨料混凝土简支深受弯构件受剪性能试验结果,重点分析了该类混凝土深受弯构件的破坏过程与破坏形态。在试验研究的基础上,建立了基于软化拉-压杆模型计算理论的高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪承载力计算模型,并应用该模型完成了22组该类构件受剪承载力试验计算与我国GB50010-2010、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果及软化拉-压杆模型计算结果的对比分析。分析表明:高强轻骨料混凝土深受弯构件破坏形态分为剪切破坏和弯剪破坏两种,剪跨比λ≤1,其受剪承载力基本由混凝土斜压杆控制,软化拉-压杆模型计算结果接近试验值,与现行规范计算结果相当,但软化拉-压杆模型有明确的力学模型,能够合理反映深受弯构件受力机理。     

预应力型钢超高强混凝土梁受剪承载力试验研究

基于12榀预应力型钢超高强混凝土简支梁和2榀预应力型钢普通强度混凝土简支梁的受剪试验,揭示了影响试验梁受剪性能的主要因素,探讨了剪跨比、箍筋间距、腹板厚度、混凝土强度和预应力度对试验梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、斜截面开裂荷载和受剪承载力的影响规律。试验结果表明:预应力型钢超高强混凝土梁具有更好的受剪承载力和剪切延性,以及更大的刚度;基于试验结果建立了预应力型钢超高强混凝土梁的受剪承载力建议计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明了该文提出的计算公式具有较高的精度。研究成果将为预应力型钢超高强混凝土梁的设计计算和工程应用提供理论依据。     

基于软化拉-压杆模型的小跨高比钢板-混凝土组合连梁受剪承载力分析

钢板-混凝土组合(PRC)连梁由于内嵌钢板的作用可显著提高连梁的抗剪承载力和延性耗能能力,但目前对其受剪承载力理论分析研究较少。该文应用软化拉-压杆模型方法对小跨高比PRC连梁进行了受力分析,并结合条带模型,建立了小跨高比PRC连梁受剪承载力分析模型和计算方法,进一步提出了小跨高比PRC连梁受剪承载力简化软化-拉压杆模型计算方法,通过国内外37个小跨高比PRC连梁试验结果对模拟计算建议模型的合理性进行了验证,并与国内外相关规程计算结果进行对比。结果表明:软化拉-压杆模型方法计算值与试验值吻合较好,该方法有明确的力学计算模型,能较为合理的反映跨高比不大于2.5的小跨高比PRC连梁的受剪机理。     

钢筋混凝土框架中节点受剪承载力计算的修正软化拉压杆模型

应用软化拉压杆模型对钢筋混凝土框架节点核心区进行受剪承载力计算时,常常基于经验取柱截面宽度作为节点的有效宽度参与抗剪强度计算。但是,对于实际工程中含有现浇楼板的框架中节点,节点的有效宽度在核心区上下验算截面并不相同且随着作用外力的增加而逐步增大,直至软化拉压杆模型中结点域(nodal zone)混凝土达到其抗压强度后压溃而失效。本文对软化拉压杆模型中节点有效宽度的计算方法进行了改进,应用修正软化拉压杆模型(Modified Softened Strut-and-Tie,简称MSST)对国内外63个框架中节点试件的抗剪强度进行理论计算,并将受剪分析得到的峰值剪应力计算结果与现行规范建议方法及软化拉压杆模型方法的计算结果进行对比。结果表明:修正软化拉压杆模型计算得到的框架节点受剪承载力与软化拉压杆模型计算结果相比和试验结果吻合更好,与现行规范建议设计方法计算结果相当,该建议模型可较为合理地反映含现浇楼板框架节点的受力机理。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点抗剪承载力研究

为研究型钢再生混凝土柱-钢梁（SRRC柱-S梁）组合框架节点的抗剪承载力,该文对8个组合框架节点试件进行低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获得各加载阶段试件中型钢和钢筋的应变,分析再生粗骨料取代率和轴压比对节点抗剪承载力的影响规律。结果表明:节点抗剪承载力随取代率的增大而降低,但降低幅度不大;适当增大轴压比可以提高节点的抗剪承载力;试件屈服前,节点剪力主要由核心区再生混凝土承担;屈服后型钢腹板和箍筋起主要抗剪作用。在此基础上,分析节点区受力机理,推导型钢腹板、箍筋和再生混凝土各部分抗剪计算方法,最后通过叠加法建立该节点的抗剪承载力公式,计算结果与试验结果吻合较好,研究结果可为型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的工程应用提供参考。     

基于能量损失平衡的轻骨料混凝土深受弯构件受剪分析

尺寸效应对轻骨料混凝土深受弯构件受剪能力影响显著,现有规范和典型抗剪模型均未准确考虑。结合拉压杆模型和裂缝带处能量损失平衡理论,建立了深受弯构件受剪计算模型;在已有大量普通混凝土构件试验研究基础上,量化深受弯构件斜压杆中混凝土项和钢筋项的作用,简化模型,并通过与多国规范建议模型对比分析,验证模型的准确性;进而,考虑轻骨料混凝土与普通混凝土的受剪破损差异,修正模型,结合已完成8根轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能试验研究,得到适用于轻骨料混凝土深受弯构件且考虑尺寸效应影响的计算模型。研究表明:基于能量损失平衡建立的深受弯构件的拉压杆模型计算结果较各国规范和Tan-Cheng模型更接近试验值,能够准确预测轻骨料混凝土深受弯构件受剪能力,并合理考虑尺寸效应,具有明确的力学概念。     

考虑尺寸效应的深受弯构件受剪模型分析

深受弯构件斜截面受剪机理复杂且受尺寸效应影响显著,缺乏准确、合理的受剪计算模型。结合Tan-Cheng模型中对混凝土软化作用和深受弯构件尺寸效应的全面考虑优势,在深入研究混凝土斜压杆倾角α和构件复合抗拉强度f_t对深受弯构件受剪承载力影响的基础上,简化压杆顶部节点区高度l_c与α的关系,考虑腹筋有效作用区域修正复合抗拉强度f_t计算模型,提出了不影响精度前提下的修正Tan-Cheng模型。研究表明:基于国内外308组深受弯构件受剪试验数据计算结果,建议模型计算精度等同Tan-Cheng模型,并能够准确考虑尺寸效应影响,但计算过程较为简洁;通过与现有典型各国规范建议模型对比分析表明,计算结果较规范计算值更接近试验值,能够更准确地对深受弯构件的受剪承载力进行预测。     

基于裂缝带理论的深受弯构件受剪分析

目前,现行各国规范和典型抗剪模型未能准确、合理考虑尺寸效应对深受弯构件受剪能力的影响。基于拉压杆模型,结合断裂力学中能量损失平衡方程和裂缝带抗剪理论,建立了深受弯构件抗剪计算模型;通过对大量钢筋混凝土深受弯构件受剪试验数据的回归分析,对模型进行简化;采用该模型对343组深受弯构件的受剪承载力进行计算,并将其预测结果及美国ACI318-14、欧洲EC2、加拿大CSA A23.3-04、我国规范（GB50010-2010）、Tan-Cheng模型计算结果与试验值进行对比分析。分析表明:基于裂缝带理论的深受弯构件抗剪模型预测结果较各国规范及Tan-Cheng模型的计算结果与试验值吻合良好,建议模型具有明确的力学概念且受剪跨比影响较小,消除了尺寸效应的影响,能够准确预测深受弯构件的抗剪能力。     

Evaluation of size effect on shear strength of reinforced concrete deep beams using refined strut-and-tie model

This paper reports on development of size dependent shear strength expression for reinforced concrete deep beams using refined strut-and-tie model. The generic form of the size effect law has been retained considering the merits of Siao’s model and modified Bazant’s size effect law using the large experimental data base reported in the literature. The proposed equation for predicting the shear strength of deep beams incorporates the compressive strength of concrete, ratios of the longitudinal and the web reinforcement, shear span-to-depth ratio and the effective depth.     

型钢高强混凝土梁力学性能试验研究

基于19榀型钢高强混凝土简支梁的力学性能试验,观察了诸试件的裂缝开展模式及破坏形态,揭示了影响梁力学性能的主要因素,探讨了混凝土强度、含钢率、剪跨比、荷载类型、剪切连接方式及宽度比(型钢翼缘宽度与梁宽之比)对梁力学性能的影响规律,给出了不同连接方式下型钢与混凝土界面间的剪切计算方法。依据现有型钢混凝土梁承载能力计算方法,通过引入截面对称性影响系数以考虑型钢截面形式变化对构件承载力的影响,建立了中和轴通过型钢腹板时型钢高强混凝土梁正截面抗弯承载力的计算公式。建议公式计算值与试验实测值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度。研究将为型钢高强混凝土梁相关计算理论的建立提供理论依据。     

Optimal efficiency factor in strut-and-tie model for FRP-reinforced concrete short beams with (1.5 < <Emphasis Type="Italic">a/d </Emphasis>< 2.5)

A new model for the efficiency factor of the concrete strut in the strut-and-tie model is proposed in this study for FRP-reinforced concrete short beams with (1.5 < a/d < 2.5). The ultimate load capacity of tested FRP-reinforced short beams was evaluated using the proposed model along with other models for the efficiency factor used in strut-and-tie models of design codes such as the ACI, CSA, and AS3600. It was found that efficiency factor models used in existing reinforced concrete design codes do not predict the ultimate load capacity of FRP-reinforced short beams as accurately as they do for steel-reinforced short beams. This can be attributed to not accounting for the effect of the shear span to effective depth ratio, a/d and the axial stiffness of the flexural reinforcement on the efficiency factor of the concrete strut in reinforced concrete short beams. Ultimate shear load capacity predictions by the proposed model were in agreement with experimental data obtained on 15 GFRP and CFRP-reinforced concrete short beams tested in the laboratory. The proposed model for the efficiency factor was shown to be statistically more accurate yielding the lowest standard deviation and coefficient of variation compared to those of the ACI, AS3600, and CSA A23.3 models. It was also found that shear equations recommended for FRP-RC beams by design guidelines such as the CSA S806-02, ISIS, JSCE, and ISE render very conservative predictions of the ultimate load capacity of FRP-reinforced short beams.     

高延性混凝土低矮剪力墙抗震性能试验研究及抗剪承载力计算

该文提出采用高延性混凝土（HDC）提高低矮剪力墙的抗震性能,设计并制作了5片剪跨比均为1.0的剪力墙,并通过拟静力试验,分析轴压比、水平分布钢筋及内置钢板对低矮剪力墙的破坏形态、延性和耗能能力的影响。试验结果表明:与高强混凝土剪力墙相比,HDC剪力墙的变形能力明显提高;HDC低矮剪力墙的耗能能力、变形能力随着轴压比的增大而减小,随水平分布钢筋数量的减小而减小;HDC与钢板协同工作提高了低矮剪力墙的承载能力和耗能能力。基于软化拉-压杆模型,并考虑HDC材料的受压软化特性,该文提出了高延性混凝土低矮剪力墙抗剪承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。