基于不同模量弹性理论带裂钢筋混凝土梁短期刚度研究

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钢筋混凝土梁一般都处于带裂工作状态,开裂将对钢筋混凝土梁的短期刚度产生影响。带裂钢筋混凝土梁短期刚度计算是个复杂的问题,目前各国关于短期刚度计算的规范主要是建立在试验的基础上,通过对试验数据和试验现象的分析得出其计算式。现行的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中,抗弯刚度计算式是基于配有HPB235级和HRB335级钢筋的受弯混凝土梁试验数据。对于配有高强钢筋的混凝土梁,现行规范中的抗弯刚度公式是否适用,还值得进一步研究。大量的试验和研究表明,受弯钢筋混凝土梁,从受拉区混凝土开裂到钢筋屈服这一阶段,基本表现为弹性特征。本文基于结构力学中的匀质弹性材料模型,采用拉压不同模量弹性理论,研究了15根配有HRB500级钢筋和2根配有HRB335级钢筋的单筋混凝土梁,在设计荷载(约为0.8 M u)作用下的受弯力学响应。17根试验梁的混凝土等级和断面尺寸基本保持一致,均采用三分点加载。由于受压区未配筋,因此可以通过试验数据反算带裂钢筋混凝土梁的受拉弹性模量值,并采用回归分析的方法,得到了受拉弹性模量与配筋率的解析表达式,进而给出钢筋混凝土梁短期刚度及其折减、中和轴高度、开裂高度、钢筋应力、混凝土应力等参量与配筋率的本构关系。论文主要包括以下工作:第一章综述了钢筋混凝土梁短期刚度的研究现状。第二章介绍了钢筋混凝土的基本知识及拉压不同模量弹性理论。第三章介绍了现有的钢筋混凝土梁短期刚度计算方法,并对各国混凝土结构设计规范的短期刚度计算公式进行了比较,分析了各国规范对短期刚度进行计算时所考虑的影响因素。第四章是本文的创新性研究工作:求解了拉压不同模量纯弯曲梁,基于一组试验数据,反算了带裂钢筋混凝土梁的受拉弹性模量值,并采用回归分析的方法,给出了受拉弹性模量与配筋率的解析表达式,进而给出了短期刚度及其折减、中和轴高度、开裂高度、纵向受拉钢筋应力、受压区混凝土最大应力等参量与配筋率的解析表达式。第五章是本文的结果与分析,包括第四章的计算结果分析,不同模量方法与中美欧短期刚度及其折减的差异对比,钢筋混凝土梁理想配筋率的讨论等工作。第六章是本文的结论与展望。论文的最后是研究工作的致谢和参考文献,包括一个附录。本文工作对研究带裂钢筋混凝土梁问题提供了一个创新性研究思路,对完善钢筋混凝土结构设计理论具有重要意义。
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