考虑结构空间约束的现浇RC框架深梁受剪性能试验研究

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现有的钢筋混凝土(RC)深梁设计理论和设计方法均建立在构件试验的基础上,未考虑结构空间约束的影响。在整体结构中,现浇楼板与框架柱共同组成的空间约束体系,将同时约束深梁的轴向变形,产生不可忽略的约束轴力,显著改变深梁的承载能力和破坏形态。根据现有研究,结构空间约束将大幅度提高深梁的受弯承载力,但对深梁受剪承载力的影响仍未有充分认识。深梁受剪承载力的改变,可能使得“强剪弱弯”抗震设计思想无法实现,导致深梁在强震中发生脆性破坏,削弱结构抗震性能,增加地震灾害风险。为此,本文开展足尺框架结构试验,并通过系列非线性有限元分析,研究结构空间约束对RC深梁受剪性能的作用机理,主要研究内容和成果如下:(1)在足尺框架结构中开展12根框架深梁的静载试验,并与简支深梁试验结果进行对比,揭示结构空间约束对框架深梁受剪性能的影响规律。对比结果表明:结构空间约束可提高框架深梁的受剪承载力,但将削弱其变形能力,使深梁呈现更为显著的脆性破坏特征。框架深梁的剪跨比和空间位置均会显著影响其空间约束效应。与简支深梁相比,框架深梁在剪跨比0.7和1.0时的受剪承载力提高幅度均值为1.09倍和1.39倍;边框边跨、边框中跨、中框边跨和中框中跨位置的受剪承载力提高幅度均值分别为1.30、1.30、1.43和1.72倍。(2)采用现有规范及文献的深梁承载力计算公式,计算本文RC深梁试件的受剪承载力,并与试验承载力进行对比。结果表明:对于简支深梁,美、欧规范有较好的预测精度,而中国规范及文献的预测结果都较为保守;对于框架深梁,现有计算公式均低估试件的承载力,且无法考虑部分试件参数对承载力的影响。(3)基于足尺结构的框架深梁试验,提出可考虑结构空间约束的数值模拟方法,并对材料本构的取值提出合理性建议。足尺试验中12根框架深梁的数值模拟结果表明,所提出的数值模拟方法可准确模拟框架深梁在结构空间约束下的受剪承载力、破坏形态、钢筋应变和轴向伸长现象。(4)通过系列非线性有限元分析,揭示结构空间约束下的框架深梁受剪机制。分析结果表明:框架深梁在受剪过程中将因结构空间约束而产生约束轴力,约束轴力随跨中挠度的增大而增大,进而提高深梁的受剪承载力;在结构空间约束中,楼板板厚起主要作用,板配筋率、板宽以及框架柱和周边框梁起次要作用。
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