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。     

基于共轭先验分布的深受弯构件受剪承载力概率模型分析

钢筋混凝土深受弯构件由于影响因素多、受力复杂,其计算模型和设计方法未形成统一定论。贝叶斯理论已被应用于钢筋混凝土部分构件承载力的预测和设计中,且合理性、准确性及优越性已得到证明,然其先验分布的选取不同,对计算结果的精度影响不同。采用共轭分布法推导了贝叶斯参数先验分布,利用贝叶斯多元统计理论,建立了基于共轭分布的钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力贝叶斯概率模型,通过贝叶斯后验参数剔除法简化概率模型,并结合国内外学者已完成115组钢筋混凝土深受弯构件受剪性能试验结果验证模型。研究表明:基于贝叶斯简化模型得到的深受弯构件受剪承载力与试验结果吻合良好,较各国规范建议设计方法的计算结果更接近试验值。简化模型能较为合理地进行深受弯构件受剪承载力预测及设计。     

钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力概率模型研究

贝叶斯理论具有充分利用模型信息和数据信息且考虑先验分布等优点,已被广泛应用于各个领域。通过贝叶斯多元线性参数估计方法,建立基于影响参数的钢筋混凝土深受弯构件贝叶斯概率抗剪模型。基于该模型和271组钢筋混凝土深受弯构件试验结果,完成了模型参数计算及基于贝叶斯理论的受剪承载力计算,同时,利用贝叶斯参数剔除法对抗剪模型进行简化,并与我国混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果进行了对比分析。研究表明:利用贝叶斯方法建立的基于影响参数的深受弯构件抗剪模型计算结果与试验吻合良好,采用贝叶斯动态更新后结果较规范值更接近试验值,简化后模型能较为合理的进行深受弯构件受剪承载力计算。     

预应力混凝土深受弯构件的裂缝实验研究

结合4根预应力深受弯构件的实验,分析不同剪跨比和不同预应力筋对构件抗剪承载力的影响。分析表明,剪跨比影响不大。通过开裂荷载和极限荷载的计算值与实验测试值的对比可以看出,有效预应力的作用规范偏于保守,因此该文提出考虑预应力影响的深受弯构件的承载力公式,此承载力公式与实验值符合较好。试验表明:施加预应力后,开裂荷载明显提高。从裂缝分布图看出:预应力混凝土深受弯构件在受剪过程中的受力可比拟为桁架拱模型。     

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。     

基于Bayesian-MCMC方法的深受弯构件受剪概率模型研究

考虑主观、客观不确定性因素的影响,以深受弯构件受剪分析模型为研究对象,基于引入马尔科夫链-蒙特卡洛（MCMC）高效采样方法,通过R语言对深受弯构件概率模型参数进行MCMC随机模拟,给出参数的最优估计值及其对应的可信度,在先验模型基础上建立钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力概率模型,完成模型前后的对比分析,并根据不同置信水平确定了深受弯构件受剪承载力的特征值。结果表明:基于MCMC方法得到的受剪承载力概率模型是在50000次迭代分析后产生的结果,能合理地解释影响参数的不确定性,可信度较高;后验概率模型计算结果与试验结果吻合良好,较先验模型更接近试验值,且离散性小。     

钢筋混凝土受弯构件抗剪承载力影响因素探讨

本文阐述了钢筋混凝土受弯构件的类型和破坏模式,并对现行规范中的深受弯构件和一般受弯构件的抗剪承载力计算公式进行了对比分析,对受弯构件抗剪承载力的影响因素如剪跨比、配箍率等进行了总结。     

高强轻骨料混凝土深受弯构件剪切损伤演化与服役性能研究

偶然的超越荷载、长期的环境侵蚀及温度变形等易导致深受弯构件斜截面的服役能力降低,出现开裂,影响正常使用。完成15根高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能全过程试验,系统研究了剪切荷载作用下的损伤演化规律,分析了剪跨比、加载板宽度和截面高度对构件受剪服役能力的影响,基于裂缝发展趋势建立裂缝宽度与荷载水平的宏观对应关系,探讨了相关规范中正常使用阶段斜裂缝宽度限值对该类构件的适用性。研究表明:随剪跨比和加载板宽度增大,试件最大斜裂缝宽度呈增长趋势,且配置足够数量的水平和竖向腹筋能够有效抑制深受弯构件的斜向开裂,试件名义斜向开裂强度和最大斜裂缝宽度均受尺寸效应影响较小;受剪全过程中试件的宏观剪切裂缝宽度与相应承担荷载水平呈现显著对应关系,且基于普通混凝土深受弯构件试验数据建立的服役性能评价指标可用于高强轻骨料混凝土深受弯构件服役性能预测;按我国规范中最小腹筋配筋率设计的高强轻骨料混凝土深受弯构件难以满足斜裂缝宽度限值要求,建议适当增大腹筋最小配筋率。     

深受弯构件抗剪影响参数显著性分析

为合理量化不同规范中深受弯构件抗剪影响参数的显著性,结合691组受剪试验数据,通过相关分析系统地研究了单因素、组合因素对其抗剪能力影响的显著性,采用Kendall相关系数、Spearman相关系数和偏相关系数进行量化评估,并利用主成分分析法给出四项综合指标,分析各指标对实际受剪承载力的影响比重。研究表明:单因素条件下,混凝土强度等级f_c'对受剪承载力影响较为显著,截面尺寸b和h₀,剪跨比a/h₀次之;组合因素下,f_c'、bh₀、ab、a/h₀对受剪承载力影响较显著。同时,由主成因素分析得到的四项综合指标对深受弯构件受剪能力贡献比重依次为31%、16%、13%、9%,为深受弯构件的抗剪设计提供理论参考。     

Investigation on the flexural behaviour of reinforced concrete beams using phyllite aggregates from mining waste

This paper investigated the flexural behaviour of 12 reinforced concrete (RC) beams made of phyllite coarse aggregates produced as by-product of underground gold mining activity. The beams were tested to failure under four point test. Collapse of the beams which were adequately designed against shear failure occurred mostly through either flexural-shear failure and/or diagonal tension failure. The experimental failure loads averaged approximately 115% of the theoretical failure loads. It was observed that the beams developed early shear cracks and higher flexural crack widths than allowable at service loads. Deflections compared reasonably well with the design code requirement but displacement ductility was low. It is recommended that British Standard (BS) 8110 design concrete shear stress values be multiplied by 0.8 to assure that the predicted shear capacity of phyllite concrete would be low and reasonable as compared to flexural capacity. In that case, BS 8110 can be used to provide adequate load factor against flexural failure for under-reinforced RC beams made of phyllite coarse aggregates.     

CFRP筋增强ECC梁弯曲性能试验研究

为研究碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋/超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composite,ECC)梁的抗弯性能,对3根CFRP筋/ECC梁、1根玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋/梁和1根CFRP筋混凝土梁进行了四点弯曲试验,分析了配筋率、纤维增强树脂复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)筋类型和基体类型对梁抗弯性能的影响。试验结果表明:CFRP筋/ECC梁与GFRP筋/ECC梁和CFRP筋混凝土梁类似,均经历了弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段;配筋率对CFRP筋/ECC梁的受弯性能影响较大。随着配筋率的增加,CFRP筋/ECC梁的承载能力不断提高,延性性能逐渐减弱;ECC材料优异的应变硬化能力和受压延性,使得CFRP筋/ECC梁的极限承载能力和变形能力均优于CFRP筋混凝土梁;由于ECC材料多裂缝开裂能力,CFRP筋/ECC梁开裂后,纵筋表面应变分布比CFRP筋混凝土梁更均匀; 由于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)纤维的桥联作用,CFRP筋/ECC梁破坏时,其表面出现了大量的细密裂缝,且能保持较好的完整性和自复位能力;正常使用阶段,CFRP筋/ECC梁的最大弯曲裂缝宽度均小于CFRP筋混凝土梁。最后,根据试验结果,建立了基于等效应力图的CFRP筋/ECC梁弯曲承载力简化计算模型,确定模型中的相关系数。由简化模型计算的极限承载力与试验结果具有较好的相关性。      

Textile reinforced concrete for strengthening in bending and shear

Using test results it is demonstrated how thin layers of concrete with textile reinforcement can be used for strengthening for reinforced concrete (RC) members. The enhancement of bending capacity is illustrated with flexural strengthened RC-slabs. It is also established that the shear capacity may be increased through strengthening of RC-beams, and that properties of serviceability are improved, in particular the reduction of deflections and crack widths. The detailed problem of force transfer from the textile reinforced strengthening layer to the existing concrete of RC-members is then explained and subsequently the relation between the transferable bond force and the associated bond length is shown. A simple model for dimensioning the flexural strengthening of RC-slabs is presented and necessary model extensions are additionally pointed out.     

Response of steel fiber reinforced high strength concrete beams: Experiments and code predictions

The shear-flexure response of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams was investigated.Thirty-six reinforced concrete beams with and without conventional shear reinforcement (stirrups) were tested under a four-point bending configuration to study the effectiveness of steel fibers on shear and flexural strengths, failure mechanisms, crack control, and ductility.The major factors considered were compressive strength (normal strength and high strength concrete up to 100 MPa), shear span-effective depth ratio (a/d = 1.5, 2.5, 3.5), and web reinforcement (none, stirrups and/or steel fibers).The response of RC beams was evaluated based on the results of crack patterns, load at first cracking, ultimate shear capacity, and failure modes.The experimental evidence showed that the addition of steel fibers improves the mechanical response, i.e., flexural and shear strengths and the ductility of the flexural members.Finally, the most recent code-based shear resistance predictions for SFRC beams were considered to discuss their reliability with respect to the experimental findings. The crack pattern predictions are also reviewed based on the major factors that affect the results.     

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。