基于改进MCFT的GFRP-RC梁抗剪承载力分析

通过三维细观数值模拟方法，建立了大尺寸GFRP筋混凝土(GFRP-RC)梁剪切破坏力学分析模型，研究了剪跨比、纵筋率和梁深对GFRP-RC梁裂缝倾角及荷载-位移曲线的影响规律。并以修正压力场理论(MCFT)为基础，根据剪切裂缝宽度沿梁深变化的特点，建立了考虑裂缝宽度沿梁深变化的平均裂缝宽度计算模型，提高了修正压力场简化公式的计算精度。鉴于此，提出能考虑剪跨比及大尺寸影响的无腹筋GFRPRC梁抗剪承载力计算方法，并通过213组试验和模拟数据验证其合理性及准确性。与规范计算结果相比较，结果表明，本文所建立的平均裂缝宽度计算模型合理有效，基于此得到的MCFT简化公式能较好的预测大尺寸无腹筋GFRP-RC梁的抗剪承载力，为GFRP-RC梁的抗剪设计提供了理论参考和方法。     

基于修正拉-压杆模型的型钢混凝土深梁受剪承载力分析

在型钢混凝土深梁抗剪性能试验基础上,基于修正拉-压杆理论,考虑拉杆分力对受剪承载力的有利影响,采用型钢混凝土深梁的受压区高度作为上部节点高度,并对型钢翼缘和腹板进行合理简化,建立了型钢混凝土深梁的修正拉-压杆模型,推导了型钢混凝土深梁受剪承载力计算公式。将该文提出计算方法与ACI规范拉-压杆模型以及中国规范的计算方法进行比较可得:1）该文建立的修正拉-压杆模型,能较好反映型钢混凝土深梁的剪切传力机理和破坏模式,其受剪承载力计算值与试验结果吻合较好;2）采用JGJ 138-2001计算型钢混凝土深梁的受剪承载力偏低,离散性较大;按YB 9082-2006计算剪跨比大于2的构件受剪承载力偏于不安全。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力预测经验模型

该文总结了172组锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力试验数据,并利用这些数据与现有的锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力计算模型的预测值进行了对比分析研究,结果表明:现有的计算模型对锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力的估计是偏于保守的,且离散性较大。该文基于欧洲规范的抗剪承载力公式,考虑锈蚀后钢筋的屈服强度、锈蚀后梁截面有效宽度、箍筋锈蚀对箍筋承担剪力部分的折减、纵筋锈蚀对混凝土承担剪力部分的折减等影响因素,提出了集中荷载下有腹筋梁锈蚀后抗剪承载力经验预测模型,该模型计算值与试验结果吻合较好,为锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力的预测和评估提供了更有效的计算方法。     

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。     

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。     

冲击荷载下CFRP加固无腹筋梁的抗剪失效机理试验研究

对剪跨比为3.36的1根无腹筋钢筋混凝土梁和2根FRP加固无腹筋钢筋混凝土梁进行了落锤冲击试验,研究无腹筋混凝土梁在冲击荷载作用下的动力响应和FRP加固形式对其抗冲击性能的影响;为了对比动态冲击承载力,还进行了1根FRP加固无腹筋钢筋混凝土梁的静载试验。试验结果表明,黏贴FRP条带尤其是端部锚固FRP条带加固可显著提高无腹筋混凝土梁的抗冲击承载力。通过对实测的冲击力、跨中位移及纵向钢筋应变时程曲线等试验数据进行分析,并结合试件的破坏模式,获得了FRP加固无腹筋混凝土梁的动态抗剪失效机理,即冲击荷载下无腹筋混凝土梁的失效过程分为两个阶段:跨中局部受冲击瞬间的剪切破坏和随后的冲击作用点指向支座处的剪切破坏阶段。分两个阶段讨论了冲击荷载下FRP对抗剪承载力的贡献值,并与各规范理论承载力进行比较,数据比较表明两个阶段FRP动态抗剪承载力均高于静态抗剪承载力和理论值,并与以往CFRP-混凝土界面动态抗剪承载力评估方法比较,为获得合理的FRP抗剪承载力评估方法提供有价值的参考。     

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。     

高延性混凝土加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究及承载力计算

为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土梁的受剪性能,该文对7根HDC加固梁及4根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、配箍率、加固层厚度和加固层附加箍筋对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及裂缝的影响。结果表明:采用HDC面层对钢筋混凝土梁进行受剪加固,可以显著提高梁的受剪承载力;HDC面层可以代替部分箍筋的受剪作用,改善钢筋混凝土梁的剪切破坏形态;加固试件在达到极限位移之后,试件的完整性较好,剩余承载力较高。基于试验结果,利用桁架-拱模型,提出了HDC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

弯剪共同作用下钢筋混凝土梁承载力计算方法的研究

国内外大量实验现象表明,钢筋混凝土梁在受到弯矩和剪力共同作用的情况下,其抗弯承载力和抗剪承载力具有相关性。GB50010-2002《混凝土结构设计规范》(以下简称“规范”)关于梁的设计方法并未考虑两者的相关性。分析表明:在弯剪共同作用下,按《规范》设计的钢筋混凝土梁的可靠指标不能满足GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求。通过对现有试验数据进行分析,该文提出了基于四分之一圆弧模型的建议修正公式和相应的计算方法。修正公式能很好的体现梁抗弯承载力和抗剪承载力之间的相关性,具有明确的物理意义。对修正公式和《规范》公式进行配筋计算和可靠度分析,结果表明:考虑弯剪相关性的修正公式相比《规范》公式,计算模式准确,可靠指标接近《统一标准》的要求。     

腹板开洞钢-混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

为研究腹板开洞组合梁在静载作用下的竖向抗剪性能,共进行了5根腹板开洞组合梁和1根对比组合梁在集中荷载作用下的实验。试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土板厚和配筋率。加载方式为单调静力加载,实验测量内容为竖向荷载、挠度、滑移、截面应变等。试验结果表明:腹板开洞显著地降低了组合梁的刚度和承载力,洞口区域截面纵向应变不再满足平截面假定。增加混凝土板厚能有效地提高组合梁的承载力,增加混凝土板的配筋率能有效地提高组合梁的变形能力。洞口上方混凝土翼板承担了大部分剪力,混凝土翼板对腹板开洞组合梁的竖向抗剪承载力有较大的贡献。研究为腹板开洞组合梁的应用提供了实验依据。     

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。     

钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏及尺寸效应律研究

相比于混凝土材料,钢筋混凝土构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料层次的尺寸效应理论难以描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为。为研究钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏的尺寸效应行为,从细观角度出发,建立了钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。结合现有试验数据,验证了细观模拟方法的可行性与合理性,进而拓展模拟与分析了剪跨比及配箍率对钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为的影响规律,发现:剪跨比对悬臂梁抗剪承载力有较大影响,对尺寸效应的影响很小;配箍率的增大提高了悬臂梁抗剪承载力,同时削弱了梁的抗剪强度尺寸效应。根据剪跨比及配箍率对悬臂梁抗剪强度的影响机制与规律,基于Bažant材料层次尺寸效应律,建立了钢筋混凝土悬臂梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比模拟结果及试验数据,验证了所提尺寸效应理论公式的准确性与合理性。     

轻骨料无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应:细观模拟

轻骨料混凝土具有轻质、高强及保温隔热性能好等优点,被广泛应用于工程结构中。采用细观数值模拟方法,将普通及轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了无腹筋混凝土梁剪切破坏行为模拟的三维细观力学分析模型,研究了不同尺寸普通及轻骨料无腹筋混凝土悬臂梁在单调加载下的剪切破坏模式与失效机制,揭示了名义剪切强度的尺寸效应规律。此外,结合模拟结果对相关设计规范抗剪承载力计算公式的准确性和安全性进行了初步探讨。研究结果表明:区别于普通混凝土梁,轻骨料混凝土梁由于骨料强度较低而首先发生破坏;不同尺寸混凝土梁的剪切破坏模式基本一致,梁的名义剪切强度展现出明显的尺寸效应;相比于普通混凝土梁,轻骨料混凝土梁剪切破坏表现出具有更强的尺寸效应。     

高延性混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

为利用高延性混凝土（HDC）良好的拉伸和剪切变形能力,提高无腹筋钢筋混凝土梁的受剪性能,该文通过对9根HDC加固梁、1根高性能复合砂浆加固梁及3根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、加固层厚度和加固层是否配置箍筋对梁破坏形态、受剪承载力及变形能力的影响。结果表明:采用HDC面层对无腹筋梁进行抗剪加固,可以显著提高梁的抗剪承载力和变形能力;HDC面层可代替部分箍筋的抗剪作用,改善无腹筋梁的剪切破坏形态,并提高梁的剪压比限值;HDC加固层越厚,其受剪承载力和变形能力提高越明显,但加固层厚度较大时,需采用措施防止HDC面层间发生剥离破坏;HDC面层配置附加箍筋,可进一步提高试件的受剪承载力和耐损伤能力。基于试验结果,该文提出了HDC加固试件的受剪承载力计算公式,其计算值与试验结果吻合较好。     

带翼缘剪力墙截面曲率分析及延性的计算

通过对非对称截面带翼缘剪力墙的弯矩-曲率分析,分别计算了翼缘受拉和翼缘受压方向的截面屈服曲率和极限曲率,分析了轴压比、纵筋配筋率、腹板竖向分布钢筋配筋率、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度、配箍特征值、腹板截面高厚比对截面曲率的影响,并结合受压区高度的变化详细阐述了截面曲率随各影响因素的变化规律。通过对4941个工况下计算结果的回归分析,建立了带翼缘剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,并进一步推导了曲率延性和位移延性的计算公式。通过与试验结果的比对,验证了计算公式的准确性。该文公式不仅将翼缘受拉和翼缘受压状态进行了区分,并择取了影响截面曲率的关键因素,可为带翼缘剪力墙的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供依据。     

考虑组合作用的钢-混凝土组合梁抗剪承载力

针对当前规范和各学者有关钢-混凝土组合梁抗剪承载力公式都未考虑钢梁翼缘抗剪贡献导致计算结果误差较大的现状,笔者采用合理的材料本构关系,通过ABAQUS有限元软件建立考虑栓钉受力特征的组合梁足尺有限元模型进行抗剪性能研究。在验证现有试验结果的基础上通过参数分析,确定了组合梁界限剪跨比,揭示了剪切荷载作用下组合梁栓钉内力重分布规律,以及钢梁与混凝土翼板组合作用规律与抗剪荷载分担比例。基于叠加原理提出了考虑混凝土板和钢梁腹板与翼缘抗剪贡献的工字钢-混凝土组合梁抗剪承载力计算公式。对比结果显示该文提出的抗剪承载力计算公式的精度比GB 50017?2017建议公式以及其他学者建议公式的精度高。