高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应试验研究

为避免实际结构与缩尺模型因尺寸效应引起的安全隐患，应对剪切作用下轻骨料混凝土深受弯构件的破坏机理、承载能力和设计方法进行研究，为此，完成了对称集中荷载作用下截面高度在500~1400 mm、剪跨比为0.85~1.73的15根LC60级的高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能试验，观察破坏过程与破坏形态，分析了荷载-跨中挠度曲线、特征荷载、钢筋应变、斜裂缝等的发展趋势，研究其尺寸效应作用机理，分析了典型模型和计算方法的适用性。试验结果表明：试件破坏形态与尺寸大小无关，主要包括剪压和斜向劈裂两种破坏模式；随截面高度增大其尺寸效应作用显著，截面高度由500 mm增大至1400 mm，归一化极限荷载降低约37%；随剪跨比减小，归一化开裂荷载/极限荷载均呈降低趋势。计算表明，对轻骨料混凝土强度未进行折减时，采用我国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中未准确考虑尺寸效应影响的计算公式，结果较为保守，未合理考虑尺寸效应对深受弯构件抗剪强度的影响，采用欧洲EC2规范、美国ACI 318规范、Tan-Cheng及Tang-Tan等基于拉压杆的受剪承载力模型进行计算时，其预测值与试验值吻合良好。而采用加拿大CSA规范计算时，应根据剪跨比合理选取有效压杆系数。     

钢纤维高强混凝土牛腿受剪性能试验研究

通过集中竖向荷载作用下9根剪跨比为0.2~0.4、钢纤维体积掺量为0~1.5%钢纤维高强混凝土双面支撑牛腿的受剪性能试验,研究剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量对牛腿试件开裂荷载、极限荷载及破坏形态的影响。采用我国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中牛腿承载力计算方法对9根试件进行计算,并与采用拉压杆模型的规范ACI 318-14、EN 1992-1-1:2004和CSA A23.3-04的计算结果进行对比分析。研究结果表明：小剪跨比混凝土牛腿主要发生斜压破坏和斜剪破坏两种典型破坏形态,随剪跨比增大,牛腿承载力显著减小;提高钢纤维体积掺量,有助于提高牛腿开裂荷载和延性;随着纵向配筋率的提高,牛腿承载力显著提高;提高箍筋配筋率有利于提高牛腿开裂荷载和受剪承载力。由于牛腿同时承受正应力和剪应力的作用,属于复杂受力状态,采用拉压杆模型计算牛腿承载力具有清晰的力学概念,但计算结果较为保守,各参数取值尚需进一步研究;而GB 50010—2010中采用经验公式计算牛腿的受剪承载力,与试验结果较为接近。     

混凝土深受弯构件力学性能分析与裂缝宽度检测

为保证混凝土深受弯构件的服役寿命,分析了其在载荷作用下的力学性能,并检测其裂缝宽度。在制备4种不同剪跨比的混凝土深受弯构件后,制定加载方案。然后基于有限元模型分析构件在载荷下的应力分布情况,并通过构件受剪分析模型计算混凝土深受弯构件的受剪承载力,同时利用拉压杆模型检测裂缝宽度。试验结果显示：剪跨比能够直接影响构件的力学性能。剪跨比为0.26、载荷达到600 kN左右时,跨中位移最高值为8.6 mm;剪跨比为1.04、载荷为300 kN左右时,跨中位移达到12.5 mm,构件从剪切破坏状态变化成剪弯破坏;根据构件裂缝之间的受力情况,可以准确获取裂缝最大宽度值;剪跨比较大时,构件裂缝较宽位置,大部分均位于支座附近。     

腹筋对轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应影响的试验研究

完成对称集中荷载作用下的8根轻骨料混凝土深受弯构件及2根普通混凝土深受弯构件受剪性能试验,分析了腹筋配筋率及截面高度对破坏过程及形态、荷载 跨中挠度曲线、特征荷载、斜裂缝发展趋势、纵筋及腹筋应变等的影响机制与规律,重点明确了腹筋对深受弯构件抗剪承载力及尺寸效应影响的作用机理。为合理量化腹筋在传力机制中的贡献,建立以腹筋作为竖向拉杆的改进拉-压杆模型(STM),结合对典型压杆有效系数模型的分析和评价,验证了改进STM的有效性。试验结果表明：试件主要发生剪压破坏,其破坏形态与截面高度无关,腹筋可有效约束混凝土剥落;随腹筋配筋率增大,名义开裂/极限强度呈增大趋势,而最大斜裂缝宽度随之降低;腹筋可在抵抗斜截面内部分拉应力的同时对压杆形成有效侧向约束,削弱尺寸效应影响。计算结果表明：与简化STM相比,改进STM能够合理反映腹筋配筋率对受剪承载力的影响,基于ACI 318.19压杆有效系数的改进STM的预测值与试验值吻合良好。     

深受弯构件抗剪性能影响的研究

结合对混凝土结构设计规范的理解,分析了跨高比和剪跨比对集中荷载作用下的深受弯钢筋混凝土梁的抗剪性能的影响,介绍了国外规范深受弯梁抗剪设计的拉压杆模型的原理,结合各国规范的具体内容,对163根无腹筋深受弯构件进行了抗剪承载力的分析,得出中国规范深受弯公式偏于保守,美国规范偏于不安全,加拿大规范较为符合实际。     

基于数据库的连续深受弯构件受剪承载力研究

为评估中、美规范计算方法对连续深受弯构件受剪承载力预测的安全性,通过搜集和筛选国内外文献中的试验研究成果,建立了钢筋混凝土连续深受弯构件受剪试验数据库。对美国规范ACI 318-2011采用的拉压杆模型（STM）计算方法以及GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中深受弯构件受剪承载力计算公式进行了分析。在此基础上,利用所建立的数据库对中、美两国规范中的计算方法进行评估。结果表明：两规范的计算结果均高估了连续深受弯构件的受剪承载力;对于中国规范中深受弯构件的受剪承载力计算公式,建议将其剪跨比λ的上限值取3.00,下限值取0.25,可以使其偏安全地用于连续深受弯构件计算;对于美国规范中所采用的STM,则可通过调整压杆混凝土有效系数,提高其安全度。     

钢筋混凝土简支深梁静力性能试验研究及拉压杆模型分析

通过8根混凝土简支深梁的静力试验,研究了水平及竖向配筋率、剪跨比对拉压杆模型的影响。研究结果表明：试件经历了弹性、弹塑性和破坏三个工作阶段,在支座与加载点之间出现一条或多条斜向裂缝,试件的破坏模式主要为剪切和弯剪破坏,配筋率较小的试件发生弯曲破坏,其破坏具有延性特征;随着荷载增加,支座附近出现斜裂缝并形成混凝土压杆,当压杆的配筋率增大（不超过1.5%）和剪跨比的变小,压杆强度明显提高,且试件趋于剪切破坏;配筋率（水平、竖向配筋率）不大于1.5%,压杆的最大主应力角与剪跨比的反正切角方向接近,本文建议拉压杆模型最大主应力角取54°;推导混凝土深梁的拉压杆模型受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

L形型钢混凝土柱火灾后抗震性能试验研究

轴压比、剪跨比、腹杆间距是影响异形柱结构抗震设计的重要因素。对8根不同参数的L形型钢混凝土柱进行了低周反复试验,试验表明:受火后试件的屈服荷载、极限荷载以及位移延性均减小;增加轴压比提高了试件的极限荷载和刚度,使得裂缝发展受到抑制,破坏形态由弯剪破坏逐渐向剪切破坏转变;随着剪跨比的增加,试件的屈服荷载、极限荷载以及弹性工作阶段的刚度均呈现下降趋势;腹杆间距增加使得破坏时钢筋充分屈服,延性明显提高。     

钢筋混凝土简支深梁压杆-拉杆模型试验对比分析

深受弯构件的拉压杆模型已经得到了广泛的认可。为研究混凝土深梁设计中采用的压杆-拉杆模型,进行了简支深梁集中荷载下的模型静载试验。试验设计依据为《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中深梁的相关规定及美国《混凝土结构建筑规范》(ACI318M-05)中压杆-拉杆模型设计的相关规定,试验参数为剪跨比、配筋方式等。试验结果表明,深梁混凝土抗压强度软化系数β与剪跨比和分布钢筋配筋率有关;水平分布筋对于承载力的贡献大于竖向分布钢筋。根据试验结果比较,中国规范对于小剪跨比(λ≤1)深梁的设计有较大的安全储备,美国规范深梁设计中所采用的压杆-拉杆模型较为经济合理。     

基于修正软化拉-压杆模型的型钢#br# 混凝土深梁受剪承载力研究

为研究型钢混凝土深梁的受剪承载力,完成7组型钢混凝土深梁的静力试验和有限元分析,主要考虑剪跨比、型钢腹板高度及翼缘宽度等影响因素。试件的破坏模式为斜压破坏和剪切破坏。剪跨比对破坏形态有较大影响,较大的型钢腹板高度和翼缘宽度显著提高试件受剪承载力。在试验研究和有限元分析的基础上,考虑钢筋混凝土部分的软化效应、非软化混凝土与型钢翼缘的协调变形作用及腹板部分的受剪贡献,建立修正软化拉-压杆模型,并采用叠加原理推导型钢混凝土深梁受剪承载力实用计算方法。结果表明：修正软化拉-压杆模型能较好地反映型钢混凝土深梁的破坏特征和受力机制,文中提出的受剪承载力计算方法与试验数据吻合较好,对受剪影响因素考虑更加全面,能较好地预测型钢混凝土深梁的受剪承载力。     

高强混凝土无腹筋梁不同破坏形态受剪性能试验研究

为研究不同剪切破坏形态高强混凝土无腹筋梁的受剪性能,以剪跨比和截面有效高度为主要参数,开展了9根混凝土强度等级为C90的高强混凝土无腹筋梁试件在集中荷载作用下的受剪性能试验,分析了试件的剪切破坏形态、剪切性能状态以及对应的名义剪切强度。根据试验现象和试件受力特点,发现斜拉破坏试件以主斜裂缝的出现为主要破坏标志,剪压和斜压破坏试件以受压区混凝土的压碎为主要破坏标志。对名义剪切强度的分析表明：名义剪切开裂强度受剪跨比和截面有效高度的共同影响,而名义剪切破坏强度则主要受剪跨比影响;名义剪切开裂强度和名义剪切破坏强度可分别采用混凝土的抗拉强度和抗压强度进行表征。通过对国内外相关规范中的受剪承载力计算公式进行适用性分析,建议在确定高强混凝土无腹筋梁的受剪承载力时应以剪切开裂作为控制状态,同时应考虑构件尺寸效应的影响以提高计算的准确性。     

双钢板混凝土组合剪力墙斜截面承载力计算方法

分析24片以剪切破坏为主的双钢板混凝土组合剪力墙的低周反复加载试验结果表明,剪切破坏以腹部混凝土斜压杆压碎或表面钢板拉断为破坏特征,无轴压力作用时,墙体腹部混凝土形成45°交叉斜裂缝,表面钢板发生45°剪切屈曲;轴压力可提高墙体的斜截面承载力;当剪跨比小于0.85时,随剪跨比减小,墙体受剪承载力增大,当剪跨比大于0.85时,剪跨比的变化对墙体受剪承载力影响不大.在此基础上,提出了该类组合剪力墙斜截面承载力计算的交叉斜杆模型,即当墙体达到极限状态时,钢板可视为45°分布式斜拉杆,混凝土可视为45°分布式斜压杆,拉压杆相互垂直.进而推导了组合剪力墙斜截面承载力的计算公式,并通过拟合试验结果,考虑轴压力对组合剪力墙斜截面承载力的影响.公式计算结果与试验结果吻合良好.     

钢管混凝土柱受剪承载力试验

为建立钢管混凝土柱的受剪承载力计算式,完成了35根试件的静力加载试验。试件参数包括钢管壁厚、混凝土强度、剪跨比和轴压比。结果表明,剪跨比λ≤0.5施加轴压力的试件为剪切破坏,1.0≥λ>0.5施加轴压力的试件为剪弯破坏,λ≥0.5未施加轴压力的试件为弯曲破坏;试件有较大的变形能力;钢管混凝土柱的受剪承载力与轴压比、剪跨比有关。建立了由钢管、混凝土和轴压力三部分贡献组成的钢管混凝土柱受剪承载力计算公式,计算值与试验值符合较好,且偏于安全。     

保温砌模现浇网格墙建筑结构设计方法

通过8个剪跨比不大于1.0和8个剪跨比为1.96～3.06的钢筋混凝土网格剪力墙试件在轴压力和往复水平力作用下的试验,表明网格墙的破坏形态为横肢剪切破坏和墙端竖肢混凝土压碎破坏,耗能构件多且分散,塑性变形能力大.有限元分析和(或)试验结果表明,可以将网格墙等效为普通钢筋混凝土剪力墙,计算其抗侧刚度,按现行规范计算其受剪承载力和偏心受压承载力.     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

全轻混凝土框架结构梁柱节点试验及破坏形态分析

应用拟静力试验研究方法,对全轻混凝土框架结构的梁柱节点试件以梁外端低周往复加载方式进行了极限承载力试验,研究轴压比为0.1和轴压比为0.3时全轻混凝土梁柱边节点和中间节点的破坏机制,分析不同轴压比和相同轴压比下梁柱节点的破坏性能。试验结果表明,边节点的抗震性能优于中间节点,相同的节点其承载力随轴压比增大而减小。节点核心区发生剪切破坏,梁端在弯剪共同作用下发生弯剪破坏。     

一种预测深受弯构件受剪承载力的协调方法

首先对《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)深受弯构件的抗剪设计进行了探讨,指出了其主要不足之处。改进的拉-压杆模型的提出有效地克服了上述问题,其不仅使预应力及非预应力深受弯构件的抗剪设计得到了协调,同时将压杆劈裂破坏、压杆或节点区压溃和拉杆屈服受弯破坏三种主要破坏模式统一了起来。引用文献中39根预应力和71根非预应力深受弯构件的试验数据对改进的拉压杆模型进行了验证,表明其预测结果协调、精确、连续而又偏于安全。     

钢板混凝土简支梁抗剪承载模式及承载力分析

以8根钢板混凝土组合简支梁的弯剪试验为基础,对构件的受剪破坏过程和破坏模式进行分析,基于试验中观测到的剪切破坏形态,以及测得的钢板受拉应变发展情况,建立钢板混凝土组合简支梁的抗剪承载力计算模型。模型根据构件临界开裂荷载与临界开裂后的抗剪承载力的相对大小,将剪切破坏模式分为混凝土开裂引起的脆性破坏和下部钢板拉剪屈服引起的延性破坏两类,模型计算承载力与试验结果相符。分别对ACI 349规程(针对钢筋混凝土结构)和JEAC 4618—2009规程(针对钢板混凝土结构)中建议的构件抗剪承载力的计算方法进行分析,通过与试验实测承载力的对比,得出各规程用于钢板混凝土构件时的适用程度和安全裕度。分析表明,导致计算值偏差的根本原因在于钢筋混凝土构件与钢板混凝土构件在破坏模式上的区别。     

不同破坏形态下混凝土无腹筋梁弯剪承载力计算研究

由于考虑到钢筋混凝土梁弯剪破坏的突然性和试验数据较大的离散性,从设计原则上应该使抗剪的安全度超过抗弯的安全度,规范取抗剪承载力的下限值。保守的设计方法在某种程度上可能会掩盖剪切破坏的某些问题,抗剪承载力实际值的研究非常必要。基于大量的试验数据和拉压杆方法,本文对不同破坏形态下混凝土梁抗剪承载力的平均值进行分析研究,提出了无腹筋梁剪压破坏的极限承载力与压杆角度θ(弧度值)成正比;得出了用压杆角度θ来计算抗剪承载力的计算公式,计算公式形式简洁,并且考虑了纵筋率的影响,与试验数据吻合度较好,有利于抗剪承载力的研究。     

压弯剪复合受力作用下带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件力学性能研究

以剪跨比和脱空率为主要参数,对12根带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件和2根无脱空对比构件在压弯剪复合作用下的力学性能进行试验,考察环向脱空缺陷对钢管混凝土压弯剪试件的破坏模式、荷载-位移曲线、极限承载力的影响。试验结果表明:试件的抗剪承载力随着脱空率的增大而显著降低,带缺陷试件的抗剪承载力随着剪跨比的减小而增大。通过带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件在压弯剪复合作用下的有限元分析模型,对带缺陷试件的钢管与核心混凝土之间接触应力的发展情况进行模拟,界定了其受弯和受剪状态的界限剪跨比。