钢筋混凝土梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型

综合考虑剪跨比、混凝土强度、配筋率和配箍率等重要因素的影响,研究建立了RC梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型。首先,基于修正压力场理论,建立了RC梁临界斜裂缝倾角的确定性计算模型;然后,引入剪跨比修正系数,并综合考虑主观不确定性和客观不确定性因素的影响,结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛法（MCMC）,建立了RC梁临界斜裂缝倾角计算的概率模型;最后,通过与试验数据和传统确定性计算模型的对比分析,验证了该模型的有效性和适用性。分析结果表明,随着剪跨比的增大,RC梁的临界斜裂缝倾角逐渐减小;临界斜裂缝倾角的试验测试值的范围为23°～41°,具有显著的离散性;本文概率模型不仅可以合理描述临界斜裂缝倾角的概率分布特性,而且可以校准传统确定性计算模型的计算精度和置信水平,以及根据预定的置信水平确定临界斜裂缝倾角的概率特征值,具有良好的计算精度和适用性。     

剪切型钢筋混凝土柱临界斜裂缝倾角的概率模型

对于剪切型钢筋混凝土(RC)柱,传统的确定性临界斜裂缝倾角模型难以有效考虑其材料参数、几何尺寸和边界约束条件等方面不确定性因素的影响,导致计算精度有限,且离散性较大。鉴于此,本文研究建立了剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率模型。首先,基于变角桁架模型理论,建立了剪切型RC柱临界裂缝倾角的确定性模型;然后,考虑主观不确定性和客观不确定性因素的影响,结合贝叶斯理论和马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)法,建立了剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率模型,并推导了均值和方差的解析表达式,从而能够合理描述临界斜裂缝倾角的概率分布特性;最后,利用试验数据对比验证了该模型的有效性,并校准了现有确定性模型的置信水平,进而确定了不同置信水平下剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率特征值。     

钢筋混凝土柱抗弯承载力的概率模型与校准分析

为了克服传统确定性抗弯承载力模型和校准方法无法合理考虑不确定性所存在的缺陷,分别建立了钢筋混凝土(RC)柱的概率抗弯承载力模型与概率校准方法。首先,基于RC柱正截面受弯承载力的基本假定,结合偏心受压RC柱的截面内力平衡条件,分别建立了大(小)偏心受压RC柱的确定性抗弯承载力模型;然后,综合考虑固有不确定性和认知不确定性的影响,分别建立了大(小)偏心受压RC柱概率抗弯承载力模型的解析表达式,进而结合贝叶斯理论和MCMC法确定了概率模型参数的后验分布信息,从而建立了RC柱的概率抗弯承载力模型;最后,基于概率抗弯承载力模型所确定的概率密度函数、置信区间和置信水平,提出了传统确定性抗弯承载力模型的概率校准方法。研究结果表明,所建立的概率抗弯承载力模型不仅可以合理描述RC柱抗弯承载力的概率分布特性,而且可以校准传统确定性抗弯承载力模型的计算精度和置信水平。     

计及剪切影响的RC梁的非线性分析

为提高钢筋混凝土RC梁的计算效率和精度,提出了一种基于梁截面弯矩-曲率关系的宏观有限元方法,可用于各种跨高比RC梁的材料非线性分析。首先假定了混凝土和钢筋的非线性应力-应变关系,然后引入经过修正的Rodriguez截面模型,根据边界顶点把截面划分成若干梯形单元,利用quasi-Newton法求解由两个变量耦合而成的截面非线性平衡方程,由此建立RC截面的弯矩-曲率关系。在此基础上利用Timoshenko梁弯曲理论建立考虑横向剪切变形影响的RC梁的有限元分析模型。通过对试验梁的分析对比验证了所提出的分析方法的适用性。     

配有斜筋混凝土梁抗剪承载力计算与试验

以剪压破坏时配有斜筋的混凝土梁为研究对象,考虑临界斜裂缝处各钢筋拉应力和剪应力的影响,基于极限平衡理论和复合应力状态下混凝土的强度准则,建立了极限抗剪承载力的计算公式。对配有斜筋混凝土梁进行的试验研究发现,理论值与试验值的误差不超过5%。研究表明:箍筋与纵筋、斜筋与纵筋的相对配筋率以及剪跨比对临界斜裂缝顶端混凝土受压区的高度影响较为显著,进而影响抗剪承载力;临界斜裂缝顶端混凝土在复合应力状态下发生破坏,竖向压应力的作用不应忽略;斜筋和箍筋的剪应力对极限抗剪承载力影响较小,计算中可不予考虑。     

无腹筋RC悬臂梁抗剪强度及尺寸效应理论研究

不同于混凝土材料,钢筋混凝土(RC)构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料尺寸效应理论难以描述构件的尺寸效应行为。我国相关规范中并没有系统考虑构件尺寸及纵筋率对RC梁抗剪承载力的影响。为研究剪跨比及纵筋率对无腹筋RC梁剪切破坏及抗剪强度尺寸效应的影响,采用三维细观数值模拟方法,建立了RC梁剪切破坏力学分析模型,研究了剪跨比及纵筋率对RC梁剪切破坏及抗剪强度尺寸效应的影响机制与规律。研究结果表明,RC梁抗剪强度表现出极为显著的尺寸效应现象;RC梁抗剪强度随剪跨比的增大而减小,随纵筋率的增大而增大;剪跨比较小时,纵筋率对抗剪强度的影响尤为显著。此外,基于Ba■ant材料层次尺寸效应律,提出了考虑剪跨比及纵筋率影响的RC梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比试验结果,验证了所提公式的准确性与合理性。     

基于修正压力场理论的再生混凝土梁抗剪承载力计算方法研究

基于修正压力场理论分析有腹筋再生混凝土梁的剪切破坏机理,建立了更接近有腹筋再生混凝土梁实际受力的抗剪模型,并通过考虑再生骨料有效粒径和受箍筋作用下的裂缝宽度与构件裂缝处应力的联系,分析了再生骨料咬合力对梁斜截面抗剪性能的影响,提出了再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。此外,本文将理论结果与课题组自制的6根再生混凝土梁的抗剪承载力试验结果进行了对比,理论值与试验值吻合较好,验证了本文方法的有效性,从而为设计人员提供了一种预测再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。     

三维刚体弹簧元法在RC深梁抗剪性能尺寸效应评价中的应用

选取典型的钢筋混凝土(RC)深梁受剪试验,开发并运用三维刚体弹簧元法(3D RBSM)模拟了大尺寸截面深梁的受剪破坏过程,以及箍筋对深梁抗剪性能的影响。结果表明,3D RBSM不仅能够较准确地计算RC深梁的开裂荷载、名义抗剪强度以及箍筋的增强作用,而且能够模拟裂缝的开展以及构件的破坏。相比于有限元法,3D RBSM具有以下优势：大幅度提高了名义抗剪强度的计算精度,实现了散布裂缝模拟的可视化以及混凝土裂缝宽度的直观、定量评价;能够更好地捕捉峰值荷载后的软化行为。因此,3D RBSM为大尺寸截面深梁的受剪破坏模拟、明晰抗剪性能尺寸效应机理和完善大尺寸RC构件设计提供了有效研究手段。     

钢纤维增强钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力塑性极限分析

根据试验研究结果以及钢纤维混凝土的应力应变关系特点，确定了钢筋、混凝土以及钢纤维混凝土的屈服条件，建立了钢纤维增强钢筋混凝土梁斜截面破坏模型，运用塑性分析方法推导出斜截面受剪承载力计算公式的塑性解，并提出塑性解中系数μ1和μ2的计算公式。计算结果表明，该塑性解考虑了钢纤维混凝土层厚、剪跨比和混凝土强度等主要影响因素，而且通过调整钢纤维混凝土层厚，使提出的塑性解的计算公式适用于普通钢筋混凝土梁、钢筋钢纤维增强部分混凝土梁和钢筋钢纤维增强全截面混凝土梁的斜截面承载力计算，且与试验结果符合较好。     

I-II复合型裂缝断裂角的分层剪滞模型与分析

采用修正的剪滞理论建立了岩石、混凝土等准脆性材料的I-II复合型裂缝在单向拉伸荷载作用下的计算模型,得到了与实验相吻合且优于传统S判据的断裂角。通过对远场应力、斜裂缝区应力以及子层位移的合理简化,得到了求解剪滞分析模型的边界条件,进而得到了含斜裂缝的各子层位移分布函数。引入最大应力集中因子,对I-II复合型裂缝前缘应力场进行简化;基于斜裂缝沿最大应力集中因子方向扩展,得到裂缝的断裂角。根据斜裂缝的应力分布,设置不同的子层分区,得到了更为细化的位移分布模式。通过对计算数据的分析,针对单向拉伸荷载作用下的I-II复合型裂缝,建立了按应力场分区设置子层的分层剪滞模型,得到更为精确的斜裂缝断裂角。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂角的分层剪滞模型与分析

采用修正的剪滞理论建立了岩石、混凝土等准脆性材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝在单向拉伸荷载作用下的计算模型.得到了与实验相吻合且优于传统S判据的断裂角.通过对远场应力、斜裂缝区应力以及子层位秽的合理简化,得到了求解剪滞分析模型的边界条件,进而得到了含斜裂缝的各子层位移分布函数.引入最大应力集中因子,对Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝前缘应力场进行简化;基于斜裂缝沿最大应力集中因子方向扩展,得到裂缝的断裂角.根据斜裂缝的应力分布,设置不同的子层分区,得到了更为细化的位移分布模式.通过对计算数据的分析,针对单向拉伸荷载作用下的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝,建立了按应力场分区设置子层的分层剪滞模型,得到更为精确的斜裂缝断裂角.     

剪切方向与锚杆倾向垂直条件下锚杆的锚固机制研究

为了探究剪切方向与锚杆倾向垂直条件下锚杆的锚固机制,基于经典梁理论,假定锚杆受"拉-剪"联合作用,锚杆受压侧岩体作用反力沿锚杆方向呈抛物线分布,建立了剪切方向与锚杆倾向垂直的力学分析模型。综合考虑锚杆的轴向变形、挠曲变形、位移变分、变形协调关系以及临界锚固状态,得出了锚杆抗剪力计算公式。分析了锚杆产生扭转变形的原因,通过公式推导得出了相对扭转角与锚杆倾角的关系式以及临界锚固状态时扭矩的表达式。通过直剪试验验证了力学分析模型的可行性,并分析了锚杆内力对锚固效应的贡献。结果表明:试验实测抗剪力符合锚杆抗剪力计算公式,锚杆剪切变形与力学模型吻合较好且存在扭转变形;锚杆倾角越大,抗剪效果越好;锚杆抗剪力主要来自剪力的贡献,随着锚杆倾角的增大,轴力对抗剪的贡献比逐渐增大,剪力对抗剪的贡献比逐渐减小。     

爆炸荷载作用下RC梁单边直剪破坏数值分析

本文通过建立数值模型,选择相应的参数信息得出数值计算结果对既有的爆炸荷载作用下RC简支梁的动力响应试验结果进行对比分析,认为所选数值模型及计算方法能够很好地与试验相匹配.据此,文中通过建立RC梁在一端作用有0.2kg的TNT炸药爆炸模型分析该梁的破坏模式、提取梁中不同部位的位移时程曲线得出RC梁破坏的具体形态及由局部破坏导致整根构件失效等一系列过程.爆压分布的测定对RC梁发生该种破坏类型时荷载的简化具有指导意义.通过截取梁两端支反力可知受到单边直剪破坏作用的RC梁端的剪切作用力远高于另一端.对另外三种近似工况建立数值模型,通过数值计算分析出RC梁构件发生单边直剪破坏风险的诸条件及要素.与此同时,确定了单边直剪破坏荷载类型简化形式.     

沙漠砂混凝土梁抗剪性能研究

为了研究沙漠砂混凝土梁的抗剪性能,通过15根沙漠砂混凝土梁的抗剪试验,分析了剪跨比、沙漠砂替代率、配筋率、配箍率、加载方式对梁抗剪承载力的影响规律。试验结果表明:沙漠砂混凝土梁的受力破坏过程与普通混凝土梁类似,当λ≤1时,梁常发生斜压破坏;当1.5≤λ≤2.5时,梁常发生剪压破坏;当λ≥3时,梁常发生斜拉破坏;但现行规范中梁抗剪承载力公式不适用于沙漠砂混凝土梁。因此,本文通过引入混凝土抗力系数对普通混凝土梁的抗剪承载力计算公式进行修正,建立了适用于沙漠砂混凝土梁的抗剪承载力计算公式。计算结果表明本文提出的计算公式精度较高,能客观反映沙漠砂混凝土梁的抗剪性能。     

水工结构高强钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

通过对12根配置高强箍筋的混凝土梁在集中荷载作用下的受剪试验,研究梁的挠度、箍筋应变、斜裂缝扩展规律及破坏形态。依据现行《水工混凝土结构设计规范》,对比分析试验梁斜截面承载力及考虑荷载长期作用的正常使用阶段斜裂缝宽度。研究结果表明,配置高强箍筋的混凝土梁斜向开裂规律和受力特征与普通钢筋混凝土梁基本相同,受剪承载力可按现行《水工混凝土结构设计规范》公式计算,且有较高安全储备。当考虑荷载长期作用,HRBF500钢筋在水工结构中抗拉强度设计值取360MPa时,斜裂缝宽度满足正常使用极限状态要求。     

外框密肋复合墙抗剪机理及承载力计算

在外框密肋复合墙低周反复荷载试验的基础上,对墙体的抗剪机理进行了分析;依据极限平衡理论引入砌体抗剪承载力影响系数和框格承载力影响系数,同时考虑RC框格与填充砌块之间的相互作用;提出了外框密肋复合墙抗剪承载力计算公式;本文公式计算结果与试验结果、有限元数值模拟结果进行了比较。研究表明:本文基于水平薄弱层破坏建立的外框密肋复合墙抗剪公式较传统基于斜截面破坏建立的抗剪公式具有更明确的物理意义;本文公式计算精度较高,与试验结果、有限元数值模拟结果相差不到10%。     

钢筋混凝土箱梁非线性及剪滞效应的试验研究

制作了钢筋混凝土简支箱梁模型,试验包括模型梁开裂范围内的加载及开裂后的加载。在开裂范围内,对该试验梁分别进行了顶板满布均布荷载、均布荷载作用于肋板上方、集中力作用于跨中以及对称集中力作用下的加载;对开裂后的试验梁,进行了对称集中力作用下的加载。用应变采集仪与电脑连接,并用半桥测量,温度自补偿方法测取应变值,采用百分表测试梁体挠度,采用读数显微镜观测裂缝。测量得到应力、应变的分布规律,验证了钢筋混凝土箱梁中存在剪滞效应。试验结果与考虑混凝土非线性的有限段法的计算结果吻合较好,验证了有限段法在混凝土箱梁剪滞效应分析中的适用性。     

考虑剪切变形效应的受竖向集中荷载作用的单跨斜梁研究

为解决中、小跨径斜梁结构分析中采用初等梁理论而不考虑剪切变形的影响而导致计算挠度偏小的问题,基于Timoshenko深梁理论的力法及图乘法,推导了考虑剪切变形影响的单跨斜深梁在竖向集中荷载作用下的内力和变形计算公式,并用有限元软件对所推导的计算公式进行了验证。结果表明:本文理论解析结果与有限元结果吻合较好,证明了本文理论公式的正确性。通过对标准A型单跨斜箱梁桥的跨径比、斜交角、平面形状等参数进行分析得到跨径越小、斜交角越大,剪切效应对斜梁挠度的影响越大;剪切效应对平行四边形斜梁的挠度影响最大,对等腰梯形斜梁的挠度影响最小;中、小跨径斜梁桥挠度计算时应采用考虑剪切变形影响的Timoshenko深梁理论,否则会低估挠度结果;所推导的斜深梁桥内力与变形计算公式能方便设计人员的使用,有助于推动斜梁桥计算理论的深化和拓展,丰富了斜梁桥的计算方法。     

型钢再生混凝土梁受剪性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土梁的受剪性能,以剪跨比、再生粗骨料取代率、混凝土强度等级为变化参数,设计了12个试件进行静力加载试验。通过试验观察了试件受力破坏过程及形态,获取其荷载-变形全过程曲线、极限承载力等数据,并分析了再生粗骨料取代率、剪跨比、混凝土强度等参数对试件受剪承载力的影响规律。在试验基础上,建立了型钢再生混凝土梁受剪承载力的拟合公式;分别采用国内外相关规范公式计算试件的受剪承载力,并与试验结果进行对比分析。结果表明：型钢再生混凝土梁根据剪跨比的不同,表现为剪切斜压破坏和剪切粘结破坏两种不同的形态;再生骨料取代率对试件的受剪承载力有不利影响,但影响不大,而剪跨比和混凝土强度则有较大影响;随着剪跨比的增大,试件的承载力显著降低;随着混凝土强度的提高,试件的承载力有一定的提高;拟合公式和《型钢混凝土组合结构技术规程》方法可适用于型钢再生混凝土梁的受剪承载力计算,而《钢骨混凝土结构设计规程》及日本规范方法计算结果小于试验值。     

腹筋对连续深梁剪切破坏影响的有限元分析

我国现行混凝土结构设计规范关于腹筋对深梁抗剪承载力影响的考虑,主要基于简支深梁的试验数据和计算模型,相关规定对于连续深梁的适用性有待验证。腹筋对连续深梁抗剪性能的影响机理十分复杂,系统的试验研究较少,试验结果比较分散。为了弥补试验研究的不足,采用非线性有限元方法模拟钢筋混凝土连续深梁的受力性能。利用已有的试验数据,验证了基于ATENA软件建立的有限元模型,并以此为基础,对以腹筋配筋率和剪跨比为变量的64根连续深梁进行分析,研究腹筋对连续深梁受剪承载力的影响。有限元分析结果与规范公式和压杆-拉杆模型(STM)及最新提出的三参数机动法(3PKT)的比较表明,中国规范高估了水平腹筋对构件受剪承载力的贡献,STM和3PKT方法也存在各自的不足。