钢筋混凝土深梁STM模型设计方法

摘要

在工程实践当中,钢筋混凝土深梁作为一种十分常用的结构构件,以其出色的承载能力受到了工程师们越来越多的重视。国内外许多专家学者都对深梁进行了大量的深入性研究。但是相对于普通钢筋混凝土梁来说,深梁的受力机理比较复杂且不符合平截面假定,所以对普通梁的应力分析结果并不能直接运用到深梁设计以及研究方法当中。由于缺少对深梁受力机理的透彻研究,我国钢筋混凝土规范仍然使用由大量试验数据结果进行回归分析而得到的经验公式来对深受弯构件包括深梁进行设计。虽然在实践当中该方法能保证结构构件的安全性,但是从经济以及未来的发展角度来看还是有不必要的浪费。因此本文提出了使用国外规范中收录的STM(Strut-and-Tie Model)模型方法来对钢筋混凝土深梁进行设计这一观点。STM模型设计方法基于合理的力学受力原理,对深梁的研究提供了充分的理论依据,因此这种方法更容易被理解和接受。针对以上情况,本文进行了以下工作:
　　1分析美国混凝土结构设计规范ACI318-11、澳洲混凝土规范AS3600以及欧洲混凝土设计规范EN1991-1-1中的STM模型设计方法。
　　2.利用上述三种规范的STM模型方法对跨中集中荷载和均布荷载作用下的简支深梁进行了公式推导,得到了这两种荷载情况下的设计公式,并比较得出结论:三种规范的计算公式形式基本一致,其差别主要存在于系数当中。
　　3.利用得到的STM模型设计公式计算了二十根深梁,这二十根深梁以跨高比以及荷载大小作为主要变量,将得出的结果与国内常用计算方法进行对比分析。比较得出结论:利用STM模型设计所用钢筋量低于国内规范方法,剪跨比是影响各种计算方法所得配筋比例的重要因素。
　　4.利用大型通用有限元软件ABAQUS对计算的深梁进行建模分析,将分析的结果与公式计算法进行对比分析。得出结论:我国规范用经验公式计算得到的结果较为保守,相比之下用STM模型方法更为接近实际情况。

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第一章 绪论

1.1 深梁构件

1.2 STM模型的基本概念以及建立方法

1.3 STM模型的发展情况

1.4 本文研究主要内容

第二章 国内外规范设计深梁方法分析

2.1 美国ACI318-11附录A中介绍的STM模型方法

2.2 欧洲混凝土规范EN1992-1-1：2004中有关STM模型方法的应用

2.3 澳大利亚规范A3600中有关STM模型方法的应用

2.4 我国钢筋混凝土结构设计规范GB50010-2010中深梁的设计方法

2.5 本章小结

第三章 深梁基于STM方法的设计

3.1 单个集中荷载作用下深梁的STM方法设计

3.2 均布荷载作用下深梁的STM方法设计

3.3 利用我国钢筋混凝土结构设计规范GB50010-2010设计

3.4 利用美国ACI318-11中STM模型方法设计

3.5 利用欧洲混凝土规范EN1992-1-1：2004中STM方法设计

3.6 利用澳大利亚规范A3600中STM方法设计

3.7 计算结果及对比分析

3.8 本章小结

第四章 算例ABAQUS有限元模拟分析

4.1 ABAQUS简介

4.2 ABAQUS单元特性

4.3 混凝土材料的本构关系

4.4 ABAQUS模型的建立

4.5 ABAQUS有限元模拟结果以及分析

4.6 本章小结

结论与展望

一、结论

二、展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢