钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪共同作用下的受力性能研究

摘要

钢筋混凝土结构中，构件大多都处于复合受力状态。结构构件在复合受力作用下，各种受力状态之间会相互影响，各种受力状态之间存在承载力相关性。
　　《混凝土结构设计规范》(以下简称《规范》)在设计计算复合受力作用下的构件时，将各个受力区分出来单独进行设计计算，没有考虑受力之间的相关性，在这种情况下，构件的受力状态并不能真实的被反映，并可能由此导致构件设计的不合理。
　　为了研究构件在复合受力作用下的承载力相关性规律，本文开展了如下工作：
　　本文收集了国内外有关弯剪共同作用下的钢筋混凝土构件的实验室数据，通过对比《规范》，认为《规范》的设计计算方法与国内外试验数据相矛盾，未能正确反映构件的受力状态，设计将偏于不安全。本文基于梁的弯剪受力相关性，提出了四分之一圆弧相关性计算模型和抛物线相关性计算模型，并结合无腹筋梁的弯剪受力相关性，将有腹筋梁中的受弯纵筋分成混凝土相关纵筋和箍筋相关纵筋。同时，根据无腹筋和有腹筋梁之间弯矩、剪力的比例关系，推导出弯剪四分之一圆弧相关性模型的计算公式。对比分析表明：修正公式计算得到的结果都要安全于《规范》公式，且相比于《规范》公式，修正公式能够接近《建筑结构可靠度设计统一标准》(以下简称《统一标准》)的要求。
　　本文指出了《规范》关于偏心受压构件的Mu-Nu相关性曲线在大小偏心段相交处没有能够很好的过渡，在大小偏心界限点处出现了一个导数不存在的尖点，曲线不光滑。同时，偏心受压构件Mu-Nu曲线的小偏心段接近轴压状态时不具有连续性，不能很好的互相衔接，并最终导致Mu-Nu曲线在接近轴压状态时存在一块不安全区域；计算方面，规范公式需要判断大小偏心，计算步骤较繁琐。基于此，本文提出了两个纯弯-偏压-轴压的统一公式，使三种承载力计算公式统一起来。公式能够很好的解决规范曲线不能衔接、规范公式矛盾、规范曲线存在不安全区域的问题。利用统一公式计算对称配筋偏压构件时可取消判断大小偏心，计算所得的钢筋面积能返回统一公式验算，统一公式与试验数据拟合较好，且可靠指标满足《统一标准》的要求。
　　从压弯相关性曲线出发，分析了框架结构在地震作用下的梁的受力情况，认为，在罕遇地震作用下，框架梁还将受到轴力的作用而变成压弯构件，现行《规范》关于梁的设计方法将使梁设计偏于安全，并从可靠度方面得到了验证。最终建议在保证梁设计的可靠指标的基础上，适当增加框架柱的配筋，或者考虑梁所受轴力的影响将梁按照压弯构件进行设计，从而帮助框架结构最终实现“强柱弱梁”机制。
　　根据压(拉)弯相关性和弯剪相关性的分析，本文在压(拉)弯相关性的基础上，引入剪力项，提出了钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪共同作用下的承载力相关性公式。通过与试验数据进行对比分析，压(拉)弯剪承载力相关性公式符合情况良好，能够较好地反映构件在压(拉)弯剪共同作用下的受力情况。将压弯剪承载力相关性公式和拉弯剪承载力相关性公式联立，绘制得到构件在压(拉)弯剪共同作用下的承载力包络图。并以该承载力相关性公式和包络图为基础制定钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪作用下的损伤标准，最终为结构抗倒塌研究中的构件抽离提供依据。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 压弯剪理论的发展与研究现状

1.2.1 压弯相关性

1.2.2 弯剪相关性

1.2.3 压(拉)弯剪相关性

1.3 本文的主要研究内容

第2章 梁在弯剪共同作用下的受力性能研究

2.1 引言

2.2 钢筋混凝土梁弯剪受力性能

2.2.1《规范》对混凝土承载力计算公式的分析

2.3 钢筋混凝土梁弯剪相关性研究

2.3.1 弯矩对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响

2.3.2 剪力对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响

2.3.3 钢筋混凝土梁弯剪相关性

2.3.4 建议采用的计算模型一

2.3.5 建议采用的计算模型二

2.4 小结

第3章 构件在压弯共同作用下受力性能研究

3.1 引言

3.2 钢筋混凝土构件压弯受力性能

3.2.1《规范》关于压弯构件的设计方法

3.3 修正的压弯相关性计算方法

3.3.1《规范》公式存在的问题

3.3.2 统一公式一和《规范》公式的对比分析

3.4 梁的受力对框架结构抗震性能的影响性分析

3.4.1 钢筋混凝土框架结构抗震概念设计

3.4.2 框架结构构件的设计特点

3.4.3 框架结构构件安全性分析

3.4.4 地震作用下梁的受力特点

3.4.5 框架结构构件设计的调整

3.5 小结

第4章 钢筋混凝土构件的承载力包络图研究

4.1 引言

4.2 压(拉)弯剪承载力相关性

4.2.1 压弯剪承载力相关性模型

4.2.2 拉弯剪承载力相关性模型

4.2.3 压(拉)弯剪承载力相关性模型

4.3 压(拉)弯剪承载力相关性公式的验算分析

4.3.1 压(拉)弯剪承载力相关性包络图

4.4 小结

结语与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文