鋼筋混凝土復(fù)合受力構(gòu)件的受力機(jī)理和受力模型的研究

在收集國內(nèi)外已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上補(bǔ)充進(jìn)行了39根鋼筋混凝土短梁的受剪試驗(yàn)，提出了可街接鋼筋混凝土深梁、短梁和淺梁受剪永載力新算的“桁架——拱”模型，獲得理論解答，通過試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行筒化修正并進(jìn)行可靠度分析得到可供設(shè)計(jì)使用的鋼筋混凝土深梁、短梁和淺梁的設(shè)計(jì)方法。提出鋼筋混凝土受和構(gòu)件采載力新算的“薄壁桁架”模型，并通試驗(yàn)結(jié)果桁化修正。本項(xiàng)研究成果較地解釋了鋼筋混凝土深梁、短梁和淺梁以及受扭構(gòu)件的傳力機(jī)理，混凝土作用項(xiàng)以及腹筋變力項(xiàng)對受量，受扭錄載力的貢獻(xiàn)的變化規(guī)律“桁架——拱”模型的提出受到國內(nèi)的肯定，被多次引用。并被用作我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對受剪構(gòu)件受力機(jī)理的解釋，成果經(jīng)專家鑒定運(yùn)用國內(nèi)領(lǐng)先水平。 2100433B

本研究在軟化桁架模型理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)小扭彎比構(gòu)件受力特點(diǎn)，提出了彎、剪、扭共同作用下的板—桁模型理論。板—桁模型理論補(bǔ)充、發(fā)展了軟化桁架模型理論，擴(kuò)大了桁架模型理論的使用范圍，進(jìn)一步完善了復(fù)合受力下，鋼筋混凝土的理論計(jì)算方法。本研究內(nèi)容為：提出混凝土構(gòu)件板—桁模型理論；建立以板—桁模型理論為基礎(chǔ)的鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件復(fù)合受力強(qiáng)度計(jì)算相關(guān)方程；編制電算程序，計(jì)算了二組鋼筋混產(chǎn)土及三組預(yù)應(yīng)力混凝土試驗(yàn)構(gòu)件16根，其抗扭強(qiáng)度試驗(yàn)值與理論計(jì)算值符合良好；進(jìn)行12根箱形截面預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件復(fù)合受力強(qiáng)度試驗(yàn)，其抗扭強(qiáng)度度驗(yàn)值與理論計(jì)算預(yù)測值符合良好，說明本方法具有較高的精度，是合理可行的。 2100433B

與相對完善的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論相比，至今國際上沒有工程界普遍接受的拉/壓彎剪扭復(fù)合受力鋼筋混凝土構(gòu)件統(tǒng)一破壞理論，各國規(guī)范多采用基于試驗(yàn)的簡化計(jì)算公式，缺乏系統(tǒng)的理論模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因而混凝土統(tǒng)一破壞理論一直是混凝土基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的國際前沿課題。 為解決鋼筋混凝土構(gòu)件在軸力、彎矩、剪力、扭矩復(fù)雜組合受力下(簡稱復(fù)合受力或組合受力)的承載力統(tǒng)一計(jì)算問題，本項(xiàng)目通過理論模型分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬分析對鋼筋混凝土構(gòu)件在拉/壓彎剪扭組合受力下破壞機(jī)理和承載力計(jì)算模型進(jìn)行深入研究。 本課題組研究人員通過研究軸力對構(gòu)件斜扭破壞面空間角度和破壞形式以及極限承載力的影響，應(yīng)用混凝土截面微元的破壞準(zhǔn)則，確定破壞面的幾何形狀和尺寸。應(yīng)用改進(jìn)的三維極限平衡理論建立鋼筋混凝土構(gòu)件組合作用承載力統(tǒng)一計(jì)算模型。計(jì)算模型在單一及多種組合受力下可以變化為已被廣泛接受的混凝土承載力計(jì)算模型，具有理論統(tǒng)一性與系統(tǒng)性。通過合理簡化計(jì)算模型和假定條件，計(jì)算模型可以表達(dá)簡單便于工程設(shè)計(jì)應(yīng)用。本項(xiàng)目的理論模型數(shù)據(jù)與本項(xiàng)目的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)和已有的他人試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)比較，獲得比較一致的研究成果。 本項(xiàng)目研究人員自行設(shè)計(jì)混凝土構(gòu)件的三維組合加載試驗(yàn)裝置并于2013年9月在上海交通大學(xué)土木試驗(yàn)室完成了一組15根鋼筋混凝土構(gòu)件在不同壓彎剪扭組合受力下的承載力試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，研究不同組合受力下構(gòu)件的破壞機(jī)理和承載力變化規(guī)律，可供國內(nèi)外后續(xù)研究人員參考。目前國內(nèi)外在這方面的研究因試驗(yàn)裝置難度大而導(dǎo)致可以使用的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)很少，而合理的理論計(jì)算模型推導(dǎo)需要大量的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)作為研究基礎(chǔ)。 本項(xiàng)目應(yīng)用鋼筋混凝土非線性有限元數(shù)值模擬方法拓寬研究參數(shù),研究參數(shù)包括不同的鋼筋配筋率、不同的混凝土強(qiáng)度和鋼筋強(qiáng)度對于計(jì)算模型的影響。在建立數(shù)值分析模型時(shí)注意與本課題的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)校核，保證數(shù)值計(jì)算模型的正確性。將數(shù)值計(jì)算模型獲得的研究數(shù)據(jù)與理論分析模型和試驗(yàn)研究獲得的研究數(shù)據(jù)比較，獲得比較一致的研究結(jié)論。 本研究成果可為進(jìn)一步完善混凝土統(tǒng)一破壞理論和中國規(guī)范的計(jì)算方法提供參考和研究依據(jù)。

與相對完善的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論相比，至今國際上沒有工程界普遍接受的拉/壓彎剪扭復(fù)合受力鋼筋混凝土構(gòu)件統(tǒng)一破壞理論，各國規(guī)范多采用基于試驗(yàn)的簡化計(jì)算公式，缺乏系統(tǒng)的理論模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因而這一直是本學(xué)科基礎(chǔ)前沿課題。.本課題通過理論模型、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬分析對拉/壓彎剪扭復(fù)合受力下鋼筋混凝土構(gòu)件破壞機(jī)理和承載力計(jì)算模型進(jìn)行深入研究。重點(diǎn)研究軸力對構(gòu)件斜扭破壞面空間角度、脆性或延性破壞形式以及極限承載力的影響，應(yīng)用改進(jìn)的三維極限平衡理論建立復(fù)合受力構(gòu)件承載力統(tǒng)一計(jì)算模型，力求破壞機(jī)理統(tǒng)一，表達(dá)公式簡單。自主設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置并進(jìn)行拉/壓彎剪扭復(fù)合受力試驗(yàn)，探索典型復(fù)合受力下構(gòu)件的破壞機(jī)理及承載力變化規(guī)律，結(jié)合數(shù)值模擬方法拓寬研究參數(shù),同時(shí)將研究成果拓寬到箱型、T型、I型截面。.申請者已有長期研究積累，已在箱型環(huán)形截面構(gòu)件統(tǒng)一破壞理論方面發(fā)表多篇論文，其中2篇發(fā)表在2006和2007年ASCE期刊。