一种钢筋混凝土框架式涵洞破坏形态与承载力分析

摘要

一种具有独特端部配筋的钢筋混凝土框架式涵洞结构在美国部分地区应用广泛，该类结构主要承受车辆轮压等荷载。这些涵洞使用近半个世纪以来，虽然在涵洞结构的底部出现轻微的纵向裂缝，但涵洞结构却从未出现过重大的损伤和性能退化现象。为进一步明确这类涵洞结构的破坏形态和承载力，为后续该类结构的维护或加固工作提供技术支持，本课题组与美国特拉华大学合作，对该类结构的破坏形态和承载力进行研究。
　　本文在试验研究的基础上，对四个典型试件的破坏全过程、破坏形态和承载力进行了有限元模拟分析。通过选取合适的材料本构关系，与ABAQUS提供的混凝土损伤塑性模型结合起来，对混凝土损伤塑性本构关系参数的确定方法进行研究，并将试验和有限元模拟结果进行对比，验证所选参数的合理性。在对试件有限元模拟的基础上，分析四个典型试件的破坏全过程，结果表明，在跨中集中加载、两点对称加载和两点非对称加载三种加载方式下，试件的破坏形态均为剪压破坏，在两点对称加载下的承载力约达到跨中集中加载下承载力的两倍。在此基础上，对大宽度试件进行有限元模拟，结果表明：大宽度试件的破坏形态由剪压破坏转变为冲切破坏，试件的竖向位移变化较小，而承载力大大提高。分析表明，对于四个典型试件，当荷载值约达到破坏荷载的一半时，试件端部弯起钢筋才出现较明显的拉力，即弯起钢筋的存在延缓了试件端部混凝土的破坏，与端部不配筋情况相比，对提高试件承载力有一定贡献。分别利用中美欧加四国规范和基于塑性铰假定的框架计算理论，对试件的承载力进行计算分析，结果表明：对于试件的受弯承载力，各国规范得到的计算结果均偏保守，而框架计算理论的计算结果与试验结果符合较好。对于试件的受剪承载力，AASHTO MCFT采用基于修正压力场理论的受剪模型得到的计算结果精度较好。最后，对大宽度试件有效宽度的取值进行了研究，提出了改进方法，并基于改进后的有效宽度值，建立试件的承载力计算公式。

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1 绪 论

1.1 研究背景和课题来源

1.2 国内外研究现状

1.3 钢筋混凝土构件受剪承载力分析方法

1.4 存在的问题和本文的主要研究内容

2 有限元塑性损伤模型研究及参数验证

2.1 通用有限元ABAQUS简介

2.2 材料本构关系的确定

2.3 ABAQUS中混凝土损伤塑性模型原理

2.4 混凝土损伤塑性模型参数验证

2.5 本章小结

3 试件破坏全过程的有限元模拟和分析

3.1 混凝土破坏强度准则的确定

3.2 不同加载方式下试件的破坏全过程分析

3.3 构件宽度对试件破坏形态和承载力的影响

3.4 本章小结

4 试件承载力计算方法对比和公式的改进

4.1 各国规范材料强度指标的转换

4.2 试件的正截面受弯承载力计算分析

4.3 试件的斜截面受剪承载力计算分析

4.4 大宽度试件的承载力计算分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展 望

参考文献

致谢