基于力学分析的无腹筋RC梁受剪承载力研究

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钢筋混凝土结构作为现代建筑中广泛使用的结构形式,发挥着重要的作用,而钢筋混凝土梁则是混凝土结构体系的重要组成部分和主要受力构件之一。相对于梁构件的受弯破坏而言,斜截面剪切破坏的影响因素更多,机理更加复杂,至今没有形成一个公认合理的理论模型和计算方法,各国规范往往依据不同的剪切模型和试验数据并引入符合本国实际的可靠度指标给出各自的斜截面受剪承载力计算公式,这些计算公式在预测承载力时表现相对保守,结果离散性大。因此,开展无腹筋梁构件的受剪性能研究,为实际工程提供准确的剪切计算模型与可靠的设计方法,对于解决混凝土基本理论中的剪切问题具有一定的理论意义和工程应用价值。本文以无腹筋钢筋混凝土梁为研究对象,基于经典力学原理,研究了无腹筋钢筋混凝土梁的受剪承载力,开展了其预测承载力时的误差分析。主要内容及结论如下:1.归纳总结了现阶段主流的无腹筋钢筋混凝土梁受剪破坏理论模型,对不同受剪破坏模型进行了对比分析,阐述了目前国内外在无腹筋钢筋混凝土梁剪切设计计算方法上的研究现状,指出了梁构件剪切问题的进一步研究方向。2.概述了中国混凝土结构设计规范GB 50010-2010、美国规范ACI 318-14、欧洲规范EN 1994-1-1:2004及日本规范JSCE 2007中的理论计算模型和受剪承载力计算公式,总结不同受剪承载力计算公式中所考虑的主要影响因素,揭示了不同影响因素对无腹筋梁抗剪强度的影响,收集整理了615根无腹筋钢筋混凝土梁试验数据,评估了不同设计公式在计算中的准确性与稳定性,分析了各计算模型的误差。3.基于力学分析方法对无腹筋钢筋混凝土梁临界剪切破坏斜截面上的受力进行分析,根据经典力学平衡原理,推导了基于力学分析方法的受剪承载力计算公式,确定了计算公式中的参数取值。基于第二章中建立的615根无腹筋钢筋混凝土梁数据库及收集到的209根无腹筋FRP筋混凝土梁试验数据,利用统计特征值法、缺陷点数法和预测精度评价指标法等误差评价机制,对比评估了基于力学分析方法和其他承载力计算方法在预测承载力时的合理性及稳定性。研究结果表明:基于力学分析方法能够很好的反映剪切破坏机理,在预测承载力时计算精度高,离散性小。4.在理论分析的基础上,设计完成了3种不同剪跨长度的9根无腹筋梁的单调加载试验研究,分析了破坏过程、破坏模式、极限荷载、位移等性能;得到了试验梁的受剪承载力,并将抗剪强度与基于力学分析方法、中美欧日四国规范及Zsutty公式预测值进行了比较;探讨了不同参数对抗剪强度的影响。5.利用ABAQUS软件对9根无腹筋试验梁进行建模分析,得到了试件的破坏变形特征和极限承载力等模拟结果,并将有限元分析结果与试验值及力学分析方法得到的受剪承载力进行对比。结果表明:非线性有限元分析能够准确地反映试件主要受力变形情况,揭示了剪切破坏机理,能较好预测构件的受剪承载力。论文完成的相关工作,可以进一步丰富无腹筋钢筋混凝土梁试验资料,为受剪承载力设计计算相关标准的修订提供试验依据,对于进一步深入认识分析无腹筋钢筋混凝土梁抗剪性能以及基于力学分析计算方法的可行性,指导实际工程实践,促进钢筋混凝土梁受剪承载力计算分析有一定意义。
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