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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Evaluation of size dependent design shear strength of reinforced concrete beams without web reinforcement

Analytical studies on the effect of depth of beam and several parameters on the shear strength of reinforced concrete beams are reported. A large data base available has been segregated and a nonlinear regression analysis (NLRA) has been performed for developing the refined design models for both, the cracking and the ultimate shear strengths of reinforced concrete (RC) beams without web reinforcement. The shear strength of RC beams is size dependent, which needs to be evaluated and incorporated in the appropriate size effect models. The proposed models are functions of compressive strength of concrete, percentage of flexural reinforcement and depth of beam. The structural brittleness of large size beams seems to be severe compared with highly ductile small size beams at a given quantity of flexural reinforcement. The proposed models have been validated with the existing popular models as well as with the design code provisions.     

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。     

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.     

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.     

钢筋混凝土梁受弯破坏及尺寸效应的细观模拟分析

钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应取决于混凝土材料的非均质性以及钢筋/混凝土相互作用。该文借助混凝土细观结构特征,基于非线性弹簧单元来描述钢筋与混凝土之间的相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,拓展模拟了更大尺寸梁的弯曲大变形破坏行为,并分析了单调及循环加载模式对不同尺寸悬臂梁受弯破坏及名义抗弯强度影响规律。模拟结果分析表明:1)该文工况下钢筋混凝土悬臂梁的弯曲破坏存在尺寸效应,弯曲强度随梁深增大而减小; 2)循环加载下,混凝土、钢筋以及两者间的粘结性能由于低周疲劳而使得梁的弯曲破坏呈现出脆性特征; 3)相比于单调加载,循环加载条件下,悬臂梁的破坏具有更强的脆性,名义抗弯强度尺寸效应更明显。