配高强钢筋混凝土梁的受弯性能研究

摘要

高强钢筋的应用意味着使用状态下钢筋应力的提高,构件裂缝宽度将变大,刚度将变小,有可能由使用性能要求控制配筋设计,这将限制钢筋强度的发挥。为了解决高强钢筋在我国应用中的问题,使得高强钢筋得以推广,本课题作为《混凝土结构设计规范》“第六批研究课题”的重要组成部分,其目的在于得到适合我国应用的配高强钢筋混凝土结构的设计方法。结合此目的,本文在综述钢筋混凝土梁裂缝和刚度方面的研究及其成果,并介绍国内外规范目前采用的裂缝和挠度控制方法的基础上,主要做了以下几个方面的工作:
　　 (1)在比较我国、美国和欧盟主要的混凝土结构设计规范关于材料强度和荷载取值的基础上,将各规范关于正截面承载力设计的规定转化为统一的标准模式,从综合安全系数的角度,对受拉、受压、受弯等基本构件承载力设计方法进行了分析和比较,并对各规范有关裂缝、挠度控制的规定进行比较研究,据此得出我国规范、美国、欧盟规范关于正截面设计方法的差异。在此基础上,提出裂缝控制建议。
　　 (2)设计了18根配置400MPa和500MPa钢筋的混凝土简支梁,研究的主要参数有:混凝土强度、受拉钢筋配筋率、混凝土保护层厚度、受拉钢筋直径、表层钢筋间距。成功地完成这批试件的受弯性能试验,并获取大量关于裂缝微观形态的资料。根据试验结果,分析试件的裂缝形态,系统比较不同截面位置处的裂缝宽度,研究各位置处裂缝宽度的分布规律,建议各位置处裂缝宽度的计算方法。
　　 (3)根据本次试验结果,结合大量的过往试验数据,在规范GB50010-2002的计算模式基础上,提出平均裂缝间距及短期最大裂缝宽度的修正公式。并对建议的短期最大裂缝宽度公式进行可靠度分析,结果表明,修正公式的可靠度满足《混凝土结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001的要求。
　　 (4)根据本次试验结果,结合大量的过往试验数据,在规范GB50010-2002的计算模式基础上,对配高强钢筋且混凝土轴心抗压强度不大于50MPa的矩形梁提出短期刚度修正公式。
　　 (5)根据4根配置高强钢筋的大保护层混凝土梁的裂缝宽度试验结果,结合过往24根大保护层混凝土梁的试验数据,评估国内外不同设计规范采用的裂缝宽度计算公式及本文建议公式的准确性。
　　 (6)通过6根配置表层钢筋的混凝土梁和2根未配置表层钢筋的混凝土梁受弯性能试验,研究了配置表层钢筋的混凝土梁的开裂和受力变形特点,验证在构件的混凝土保护层中配置表层钢筋能较好的控制裂缝宽度。根据试验结果,分析表层钢筋对混凝土梁裂缝间距和裂缝宽度的影响规律,提出相应计算公式,并参考欧洲规范prEN1992-1-1:2002有关规定对配置表层钢筋的混凝土梁提出设计建议。根据试验结果,建议正常使用状态下配表层钢筋的混凝土梁的短期刚度计算公式,该公式的计算结果与试验值符合较好。
　　 (7)收集整理了国内外配置横向箍筋的钢筋混凝土梁受弯性能试验的大量裂缝结果,在此基础上,研究横向箍筋的设置对钢筋混凝土受弯构件裂缝位置及裂缝间距的影响,提出考虑箍筋影响的平均裂缝间距计算修正公式,并在我国规范GB50010-2002裂缝宽度计算模式的基础上,提出考虑箍筋影响的平均裂缝宽度计算公式。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 钢筋混凝土构件裂缝

1.1.1 裂缝宽度限值

1.1.2 开裂原因

1.1.3 正截面裂缝的间距和宽度

1.1.4 正截面裂缝宽度计算理论

1.1.5 正截面裂缝宽度计算方法

1.1.6 裂缝宽度的影响因素

1.1.7 目前各国规范采用的裂缝控制方法

1.2 钢筋混凝土受弯构件挠度

1.2.1 短期、长期挠度和允许挠度值

1.2.2 挠度的主要影响因素

1.2.3 挠度计算方法

1.2.4 受弯构件挠度控制方法

1.3 我国混凝土结构用钢筋概述

1.4 高强钢筋亟需推广应用

1.5 高强钢筋推广应用中存在的问题

1.6 本文选题目的及主要工作

第2章 混凝土结构规范正截面设计方法比较研究

2.1 前言

2.2 材料强度和荷载取值比较

2.2.1 混凝土抗压强度取值

2.2.2 钢筋抗拉强度取值

2.2.3 荷载取值

2.3 正截面承载力综合安全系数比较

2.3.1 承载力极限状态设计表达式

2.3.2 综合安全系数计算思路

2.3.3 综合安全系数

2.4 裂缝控制比较

2.4.1重裂缝宽度计算方法、控制标准简介

2.4.2 裂缝宽度计算方法比较

2.4.3 各规范的裂缝限值比较

2.5 挠度控制比较

2.5.1 美国、欧盟及我国规范的刚度计算公式简介

2.5.2 美国、欧盟及我国规范的挠度计算公式比较

2.5.3 美国、欧盟及我国规范的挠度控制要求

2.6 结论及建议

2.6.1 主要结论

2.6.2 裂缝控制的建议

第3章 试验设计及试验结果

3.1 概述

3.2 配400MPA级细晶钢筋混凝土梁试验

3.2.1 试件设计

3.2.2 加载方式及量测内容

3.3 配500MPA级钢筋混凝土梁试验

3.3.1 试件设计

3.3.2 加载方式和量测内容

3.4 材料试验结果

3.4.1 4mMPa试件

3.4.2 500MPa试件

3.5 试验过程及现象

3.5.1 加载过程及变形特点

3.5.2 裂缝状况

3.5.3 破坏特征

3.5.4 平均应变平截面假定的验证

3.6 梁挠度、裂缝间距和裂缝宽度试验结果

3.7 试验变量分析

3.7.1 混凝土强度等级

3.7.2 钢筋强度等级

3.7.3 配筋率

3.7.4 混凝土保护层厚度

3.7.5 表层钢筋

3.8 受弯承载力分析

3.9 小结

第4章 试件纯弯段裂缝形态分析

4.1 试验梁的裂缝图比较

4.1.1 常规钢筋混凝土梁(保护层厚度为25mm)与大保护层钢筋混凝土乡

4.1.2 大保护层钢筋混凝土梁与配表层筋混凝土梁

4.1.3 配400MPa与500MPa钢筋的常规混凝土梁裂缝图

4.1.4 枝状裂缝

4.1.5 有效裂缝

4.2 裂缝宽度沿截面竖向及横向的分布规律

4.2.1 侧面裂缝沿梁高的发展

4.2.2 底面裂缝沿横向的发展

4.2.3 裂缝微观形态

4.3 各试验梁几个典型位置处的裂缝宽度关系

4.4 几个典型位置裂缝宽度的统计分

4.4.1 各类型梁典型位置处的裂缝统计参数及分布图

4.4.2 各类型梁典型位置处裂缝宽度的统计规律比较

4.5 底面各典型位置处的短期最大裂缝宽度计算方法

4.6 本章小结

第5章 配高强钢筋混凝土梁的裂缝和挠度计算

5.1 裂缝宽度计算公式

5.1.1 裂缝间距和宽度试验值与现行规范计算值的比较

5.1.2 平均裂缝间距计算公式修正

5.1.3 平均裂缝宽度试验值与修正后计算平均裂缝宽度的比较

5.1.4 短期裂缝宽度扩大系数

5.1.5 最大裂缝宽度试验值与修正后计算最大裂缝宽度的比较

5.1.6 基于特征裂缝宽度的可靠度分析

5.1.7 使用阶段裂缝宽度分析

5.2 挠度分析

5.2.1 试验结果与按规范公式计算结果的比较

5.2.2 刚度公式修正

5.2.3 使用阶段挠度分析

5.3 小结

第6章 大保护层钢筋混凝土梁裂缝和挠度分析

6.1 裂缝分析

6.1.1 本次试验梁裂缝间距实测值与计算值的比较

6.1.2 大保护层钢筋混凝土梁裂缝间距计算方法的分析

6.1.3 平均裂缝宽度Wcr

6.1.4 最大裂缝宽度wmax

6.1.5 使用阶段裂缝宽度分析

6.1.6 裂缝宽度控制措施

6.2 挠度分析

6.2.1 刚度计算.

6.2.2 挠度计算

6.2.3 使用阶段挠度分析

6.3 小结

第7章 配置表层钢筋的混凝土梁裂缝和挠度分析

7.1 裂缝分析

7.1.1 与相应大保护层钢筋混凝土梁的比较.

7.1.2 裂缝间距、裂缝宽度试验值与现行规范计算值的比较

7.1.3 平均裂缝间距公式修正建议

7.1.4 平均裂缝宽度公式修正建议

7.1.5 短期裂缝宽度扩大系数

7.1.6 新公式计算的短期最大裂缝宽度与实测裂缝宽度的比较.

7.1.7 使用阶段裂缝宽度分析

7.2 挠度分析

7.2.1 刚度计算.

7.2.2 挠度计算

7.2.3 使用阶段挠度分析

7.3 小结及设计建议

7.3.1 小结

7.3.2 设计建议

第8章 箍筋对钢筋混凝土受弯构件裂缝的影响

8.1 前言

8.2 箍筋对裂缝位置和裂缝间距的影响

8.2.1 箍筋对剪弯区内受弯裂缝位置和裂缝间距的影响

8.2.2 箍筋对纯弯区内受弯裂缝位置和裂缝间距的影响

8.3 箍筋对平均裂缝间距和平均裂缝宽度的影响

8.3.1 箍筋对纯弯区段平均裂缝间距的影响

8.3.2 箍筋对纯弯区段平均裂缝宽度的影响

8.3.3 箍筋对剪弯区段平均裂缝间距的影响

8.4 小结

第9章 结论与展望

9.1 本文研究的主要结论

9.2 研究前景和展望

致谢

参考文献

附录 A 试件裂缝图

附录 B 试件的裂缝宽度试验值

附录 C 过往裂缝宽度试验数据

附录 D 有箍筋试件梁的截面尺寸和钢筋布置情况

个人简历 在读期间发表的学术论文