配筋超高性能混凝土工字形梁(RUHPC-I梁)整体稳定性能研究

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超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)作为一种具有优异的力学性能和耐久性的新型建筑材料,与其相关的研究和工程应用引起了广泛关注。因其超高强度特性,在相同受力情况下,UHPC梁所需截面面积相较普通钢筋混凝土梁显著减小,因此,UHPC梁通常采用工字形截面或箱形截面。而薄壁UHPC梁因大跨度和小截面,可能发生整体失稳,目前关于薄壁UHPC梁失稳破坏的研究还十分欠缺。基于上述背景,本文从试验研究、有限元模拟与理论分析三个方面对配筋超高性能混凝土工字形梁(简称RUHPC-I梁)的整体稳定性能开展研究。试验研究方面,设计了特殊加载系统并开展了7根RUHPC-I梁的受弯整体稳定性能试验。试验梁涵盖2种翼缘宽度(100 mm和150 mm)、2种腹板厚度(40 mm和50 mm)以及4种不同跨度(3 m、4 m、5 m、6 m)。试验发现,在加载过程中除了150 mm翼缘宽度的梁以外,其它梁均出现了侧向位移,且侧向位移随着跨度的增大而增大;此外,不同配筋方式和不同梁截面尺寸下,构件的破坏模式也不同。有限元模拟方面,采用通用有限元分析软件(ABAQUS)建立了RUHPC-I梁模型并对其受弯失稳过程进行了模拟。模型中考虑初始几何缺陷、材料与几何非线性、边界条件等影响。通过与试验结果对比,验证了有限元模型的精确性。随后,采用该有限元模型对RUHPC-I梁的整体稳定性能进行了参数分析。此外发现,当RUHPC-I梁的设计参数满足普通钢筋混凝土梁整体失稳控制相关规范要求时,由于UHPC较高的材料强度,RUHPC-I梁仍有可能发生整体失稳破坏。理论分析方面,基于能量法与弹性临界弯矩计算理论,考虑RUHPC-I梁开裂后的抗侧、抗扭和翘曲刚度退化,并结合有限元模拟结果,提出了RUHPC-I梁的弹塑性临界弯矩计算方法,并将该方法通过编程Matlab程序中实现。与相对复杂的有限元模拟相比,该计算方法为研究RUHPC-I梁整体稳定系数提供了更为简化且高效的工具,同时为后续建立RUHPC-I梁整体稳定相关的设计方法奠定了基础。
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