箱形截面钢筋混凝土双向压弯剪构件受扭性能试验研究

摘要

在实际工程中，绝大多数钢筋混凝土构件往往同时承受压、弯、剪、扭中的一种或几种荷载，而目前国内外对于钢筋混凝土双向压、弯、剪构件受扭作用的问题研究甚少，尤其是对于箱形截面钢筋混凝土双向压、弯、剪构件的受扭性能研究还尚属空白。因此，本课题的提出有着十分重要的理论意义和实用价值。 本文在对钢筋混凝土复合受扭国内外研究现状的基础上，通过合理的试验方案设计，对九个箱形截面钢筋混凝土试件进行了双向压弯剪作用下的受扭性能试验研究，得到了构件在单调和反复扭矩作用下的裂缝发展规律及破坏特征，分析了构件的受力机理、弹塑性性能、受扭承载力、扭矩—扭转角曲线特性、耗能能力等，并讨论了轴压比和相对偏心距这两个参数对构件受扭性能的影响。试验研究表明，构件的初始斜裂缝一般出现在剪应力相加面兼弯曲受拉面的中部靠下的位置，破坏时各个面的裂缝呈螺旋状贯通；试件的开裂扭矩随相对偏心距的增大而降低；试件的初始刚度随相对偏心距的增加而降低，但并不是简单的线性关系。 论文还采用变角空间桁架模型对复合受扭构件进行理论推导，建立了双向压、弯、剪、扭构件的承载力相关方程，并结合规范推导出一个计算箱形截面钢筋混凝土双向压、弯、剪构件受扭承载力的实用计算公式，其计算值与试验值符合较好，且偏于安全，可供实际工程设计时参考。通过与一般矩形截面构件的受扭承载力计算公式对比，指出当偏心距和轴压比较小时，箱形截面压弯剪构件的受扭承载力公式基本上可用于矩形截面，核芯混凝土的影响较小；但当偏心距和轴压比较高时，箱形截面压弯剪构件的受扭承载力公式不再适用于矩形截面，且二者的误差较大，不能忽略核芯混凝土的作用。本文还运用大型通用有限元程序ANSYS，通过力学建模，模拟试验构件的边界条件和技术参数，对箱形截面钢筋混凝土双向压弯剪扭构件进行了弹塑性有限元分析，得到了单调扭矩作用下双向压弯剪构件的受扭性能，计算与试验结果对比表明，二者基本吻合，进一步验证了试验规律的正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明和关于论文使用授权的说明

1.绪论

1.1本课题研究的目的、意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

2.试件设计与试验概况

2.1构件设计与制作

2.2测试内容和加载方案

3.试验结果及分析

3.1裂缝发展规律及破坏特征

3.1.1单调扭矩作用下

3.1.2反复扭矩作用下

3.2纵筋应变分析

3.2.1单调扭矩作用下的纵筋应变

3.2.2反复扭矩作用下的纵筋应变

3.3箍筋应变分析

3.3.1单调扭矩作用下的箍筋应变

3.3.2反复扭矩作用下的箍筋应变

3.4开裂扭矩Tcr和最大扭矩Tm的影响因素分析

3.4.1开裂扭矩Tcr

3.4.2最大扭矩Tm

3.5初始刚度Kcr

3.6单调扭矩作用下构件的变形性能

3.6.1延性

3.6.2扭矩—扭角(T-θ)的关系

3.7反复扭矩作用下构件的力学性能

3.7.1扭矩—扭角恢复力特性曲线

3.7.2试验结果分析和滞回延性

3.7.3耗能能力

4.理论分析

4.1开裂扭矩Tcr

4.2受扭承载力

4.2.1概述

4.2.2基本假设

4.2.3公式推导

4.2.4实用计算公式

5.有限元弹塑性分析

5.1单元类型

5.2材料性质

5.2.1混凝土

5.2.2钢筋

5.3模型的建立

5.4加载及边界条件的处理

5.5计算结果及分析

5.5.1扭矩——位移曲线

5.5.2构件的应力云图

5.5.3构件变形图

6.结论及建议

参考文献

致谢