拉压杆模型在剪跨比小于2.5的钢筋混凝土梁中的应用研究

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较短梁一般指剪跨比小于2.5的梁,其应力状态较复杂,且正截面应变不再符合平截面假定。对于较短梁,中国规范中同时存在三种抗弯和抗剪设计方法,即《混凝土结构设计规范GB 50010-2010》中6.2和6.3节的公式(简称“正文公式”)、《混凝土结构设计规范GB 50010-2010》中附录G中的公式(简称“附录G公式”)、《钢筋混凝土深梁规程CECS 39:92》中第二章的公式(简称“规程公式”)。其中三种抗剪设计方法均为经验公式,三种抗弯设计方法包括基于平截面假定的方法以及经验公式,依据此三种方法进行抗弯和抗剪设计时会有不同的安全度和保证率,且无法对较短梁的弯剪问题进行统一,选择何种方法更能满足承载力预测的准确性和设计的安全性值得探讨。目前,拉压杆模型方法已被许多国家纳入规范中用于小剪跨比梁的设计。相较于经验方法,拉压杆模型提供了一种力学概念清晰且计算相对简单的设计方法,并且可将梁的弯坏和剪坏统一在一个模型中体现。然而,拉压杆模型在建立时具有主观性,杆件有效强度的不同计算方法也会影响承载力的预测结果,如何建立拉压杆模型能更好反映较短梁的性能,值得进一步研究。基于这些问题,本文主要进行了以下工作:(1)收集了国内外较短梁的试验数据组成数据库,采用中国规范中的三种方法以及各国规范中的拉压杆模型方法对数据库中试验梁的承载力进行预测和对比。(2)提出了一种在较短梁中建立拉压杆模型的迭代方法。(3)从“强剪弱弯”的设计理念出发,提出了符合中国规范设计参数的拉压杆模型方法。研究结果表明:(1)在预测抗弯承载力时,正文公式的预测结果最接近试验值,但安全系数和保证率在剪跨比小于1时较低;规程公式在其适用范围内的保证率较高,但在其适用范围外将得到不保守的承载力预测值;附录G公式的安全系数和保证率基本不随剪跨比变化,在规范方法中附录G公式更适用于抗弯设计;(2)在预测抗剪承载力时,正文公式对剪跨比小于1.5的梁的预测结果过于保守,对于有腹筋梁的安全系数低于无腹筋梁;规程公式在其适用范围内预测结果较准确,但保证率较小;附录G公式的保证率较高,且安全系数和保证率基本不随剪跨比和分布钢筋率变化,在规范方法中附录G公式更适用于抗剪设计。(3)各国规范中的拉压杆模型方法对压杆的有效强度采用不同的计算方法,用于抗剪承载力计算时会得到不同的计算结果,其中ACI 318-02规范中的拉压杆模型能较为准确的预测无腹筋梁和有腹筋梁的抗剪承载力。
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