不同剪跨比高强钢筋超高性能混凝土梁抗剪性能研究

为了探究超高性能混凝土(UHPC)简支梁的抗剪性能,对3根有腹筋UHPC简支梁和3根无腹筋UHPC简支梁开展抗剪试验。根据梁的实测抗剪承载力,并基于桁架-拱模型修正高强钢筋UHPC梁的抗剪承载力计算式。结果表明:主拉应变在开裂荷载以前呈线性增长,达到开裂荷载后主拉应变激增,应变方向发生突变;在传统桁架-拱模型的基础上,考虑UHPC的软化效应、抗拉贡献及纵筋销栓作用,构建高强钢筋UHPC梁受剪承载力修正式,其计算值与试验值吻合较好。     

超高性能混凝土有腹筋梁受剪性能及受剪承载力研究

为了研究超高性能混凝土（UHPC）有腹筋梁的受剪性能,对7根UHPC梁进行了受剪性能试验,变化参数包括剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、钢纤维掺量等。试验结果表明：UHPC有腹筋梁的破坏形态有弯曲屈服后的剪切破坏和剪压破坏,破坏时梁表面呈现斜向多条裂缝形态;箍筋可以提高UHPC梁开裂后刚度,钢纤维和箍筋均可以提高UHPC梁的变形能力和受剪承载力,足够的箍筋和钢纤维共同作用可以进一步提高UHPC梁的延性;配箍率增加,梁腹部会出现较密的短斜裂缝。提出了UHPC有腹筋梁受剪承载力计算模型,其中包括剪压区混凝土、斜裂缝处钢纤维、箍筋及纵筋销栓作用对于梁受剪承载力的贡献,模型计算值与试验值吻合良好。     

钢筋超高性能混凝土梁受剪性能细观分析

为了研究钢筋超高性能混凝土(UHPC)梁的受剪破坏机理，对8根UHPC梁进行了受剪性能试验，设计变量包括钢纤维掺量、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距。结果表明：钢纤维桥接作用能够显著提高UHPC梁受剪承载力，限制裂缝发展，减小裂缝间距；随着剪跨比增大，受剪承载力减小但变形能力增强；随着配箍率增大，受剪承载力提高，且增设箍筋能够显著改善UHPC梁峰值荷载后的受剪性能，减小斜裂缝宽度和长度；掺入钢纤维和增设箍筋均能够减小斜向变形(垂直于支座与加载点连线方向的混凝土变形),提高UHPC梁开裂后刚度。结合UHPC梁剪切受力特点，分别确定了临界剪切裂缝界面钢纤维、纵筋销栓作用、剪压区混凝土和箍筋等对受剪承载力的贡献，建立了UHPC梁细观多参数受剪承载力计算式。采用该计算式与5种常用计算式对收集的102根UHPC梁受剪承载力进行预测，发现采用细观多参数受剪承载力计算式的预测值与试验结果吻合较好，进而分析了常用设计参数对受剪承载力的影响规律，发现当剪跨比增大时，剪压区混凝土的受剪承载力会显著减小；纵筋销栓作用和临界剪切裂缝界面钢纤维的受剪承载力均随纤维特征值的增大而提高。     

Experimental study on shearing capacity of concrete beams longitudinal reinforced with steel fiber composite bars and BFRP bars

为了研究纵筋分别采用钢-纤维复合筋（SFCB）和玄武岩纤维复合筋（BFRP筋）的混凝土梁受剪性能，以普通钢筋混凝土梁作为对比，设计并开展了46根梁的受剪承载力试验，变化参数为剪跨比、纵筋配筋率和有无箍筋。试验结果表明:三种纵筋梁的受剪承载力均随着剪跨比的减小而增大；SFCB梁的受剪承载力随着纵筋配筋率的增大也增大。此外，提出广义销栓作用影响系数的概念，推导其计算式，用于评价复合纵筋和玄武岩纵筋对混凝土梁受剪承载力的贡献，并据此建立受剪承载力计算式。经与国内外共223组混凝土梁(纵筋为钢筋、BFRP筋和SFCB等)受剪试验数据对比，验证所提广义销栓作用受剪承载力计算式的正确性。在此基础上，采用与钢筋混凝土梁受剪承载力规范公式相近的安全度，建议了适用于纵筋为复合筋和玄武岩筋的混凝土梁受剪承载力设计公式。     

钢-纤维复合纵筋和玄武岩纤维复合纵筋混凝土梁受剪承载力试验研究

为了研究纵筋分别采用钢-纤维复合筋（SFCB）和玄武岩纤维复合筋（BFRP筋）的混凝土梁受剪性能,以普通钢筋混凝土梁作为对比,设计并开展了46根梁的受剪承载力试验,变化参数为剪跨比、纵筋配筋率和有无箍筋。试验结果表明:三种纵筋梁的受剪承载力均随着剪跨比的减小而增大;SFCB梁的受剪承载力随着纵筋配筋率的增大也增大。此外,提出广义销栓作用影响系数的概念,推导其计算式,用于评价复合纵筋和玄武岩纵筋对混凝土梁受剪承载力的贡献,并据此建立受剪承载力计算式。经与国内外共223组混凝土梁(纵筋为钢筋、BFRP筋和SFCB等)受剪试验数据对比,验证所提广义销栓作用受剪承载力计算式的正确性。在此基础上,采用与钢筋混凝土梁受剪承载力规范公式相近的安全度,建议了适用于纵筋为复合筋和玄武岩筋的混凝土梁受剪承载力设计公式。     

基于修正压力场理论的超高性能混凝土梁抗剪承载力计算方法

为研究超高性能混凝土梁的抗剪性能,基于修正压力场理论(MCFT),叠加弯矩效应并对该部分的超高性能混凝土(UHPC)的本构关系进行修正,同时考虑了UHPC开裂后的抗拉强度对抗剪的贡献,建立了预应力UHPC梁在弯剪复合作用下的截面分析模型并编制了计算程序。为验证该模型的正确性,以剪跨比为主要因素,设计3片预应力UHPC梁的抗剪试验,获得了梁的破坏形态、裂缝分布特征及承载能力大小等试验结果;并结合其他文献试验结果用此模型进行对比,结果吻合较好,且变异系数小。结合MCFT模型和大量已有文献的试验结果,综合考虑了剪跨比、配箍率、预应力以及UHPC强度等因素的影响提出了UHPC梁的抗剪计算式,计算值与试验值吻合良好。     

基于显式MCFT的钢筋混凝土梁受剪承载力计算方法研究

受剪承载力计算是钢筋混凝土结构中最基本的理论和工程设计问题,但由于其机理复杂、影响因素众多,目前仍没有一种被普遍接受的抗剪理论和计算方法。基于修正斜压场理论(MCFT),考虑了斜裂缝之间混凝土拉应力对受剪承载力的影响,通过合理简化,得到混凝土斜压杆角度的显式计算公式。考虑了斜向开裂后混凝土斜压杆在拉压双轴受力状态下的本构关系,编制了有腹筋钢筋混凝土梁受剪承载力的计算程序。最后推导了有腹筋钢筋混凝土梁受剪承载力的简化计算公式,相比MCFT,无需查表或迭代计算。建立了209根钢筋混凝土矩形梁的剪切试验数据库,采用统计特征值法和影响因素分析法,对提出的显式MCFT、GB 50010—2010、JTG D62—2004、ACI318-08和CSA-04规范中的抗剪计算方法进行评估,结果表明显式MCFT的计算精度较高。     

超高性能混凝土无腹筋梁剪切失效有限元模拟

为了研究超高性能混凝土(UHPC)无腹筋梁的剪切失效机理，采用有限元软件ABAQUS对UHPC无腹筋梁的受剪性能进行了三维精细有限元模拟。模型中考虑了材料非线性和几何非线性，对于UHPC材料受拉性能的模拟考虑其应变硬化的性能。结果表明：由模拟得到的UHPC无腹筋梁的荷载-跨中挠度曲线和破坏模态等均与试验结果吻合良好，UHPC无腹筋梁的剪切破坏可分为线弹性阶段、微裂缝开展阶段、宏观多裂缝开展阶段、破坏阶段和残余强度阶段等五个阶段；UHPC无腹筋梁的受剪承载力受UHPC抗拉强度的影响最大，其随着UHPC抗拉强度的提升呈线性增长；UHPC的断裂能大小和受拉应变硬化长度主要影响梁的延性，对梁的受剪承载力影响不大；UHPC的抗压强度则对梁的受剪承载力和延性均影响较小；随着预应力的提高，梁的延性不断降低，受剪承载力则先上升后下降；随着剪跨比的增大，梁的刚度和受剪承载力均逐渐减小。     

体外预应力混凝土梁受剪承载力计算方法研究

为研究体外预应力对混凝土梁受剪承载力提高的作用机理和体外预应力混凝土梁受剪承载力计算方法,分析钢筋混凝土梁和体外预应力混凝土梁微元体受力特点的区别,探讨体外预应力对受剪性能影响的机理,求解体外预应力对混凝土和箍筋抗剪贡献的提高系数,得到体外预应力混凝土梁受剪承载力理论计算式。采用已有体外预应力混凝土梁剪切破坏的试验数据对理论计算式进行验证,并与各国规范计算结果进行对比。结果表明,理论计算式得到的受剪承载力计算值与试验值的比值均值为0.950,标准差为0.125,提出的计算式可较好地预测体外预应力混凝土梁的受剪承载力,并可以考虑梁的几何尺寸、剪跨比、预应力筋弯起角度、纵筋率、配箍率、纵筋及腹筋屈服强度、混凝土强度等影响因素。     

纤维网格复合超高性能混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究纤维网格复合超高性能混凝土（UHPC）加固钢筋混凝土梁的抗剪性能，对2根UHPC加固梁、4根纤维网格复合UHPC加固梁及2根未加固梁进行静力试验，研究剪跨比、UHPC厚度和纤维网格层数对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及延性的影响。结果表明：采用UHPC对钢筋混凝土梁进行抗剪加固，可以明显改善梁的破坏形态，提高梁的受剪承载力；采用UHPC对钢筋混凝土梁进行抗剪加固，可以显著提高梁的开裂荷载，提升幅度为150%～216%；采用纤维网格复合UHPC加固的梁，延性系数大幅增加。最后，利用桁架-拱模型，推导了纤维网格复合UHPC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。