钢筋混凝土受弯构件时变裂缝宽度计算

摘要

目前，裂缝宽度计算理论一般针对短期荷载，长期荷载作用下钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算通常仅粗略地乘上扩大系数来近似考虑，预测精度难以保证。本文对受弯构件时变裂缝宽度的预测展开研究，主要完成以下工作： 首先，总结和分析了目前裂缝宽度计算理论以及国内外规范中裂缝宽度计算的方法，建立了以力学模型为基础的短期裂缝宽度计算模型，推导出加载时刻裂缝宽度解析式以及中性轴分布函数。 其次，采用按龄期调整的有效模量法（AEMM），根据截面内力平衡方程和变形协调条件，建立了以受压区高度位置为变量的一元三次方程，推导出裂缝截面曲率变化表达式；通过对裂缝间中间截面应力应变的求解，推导出裂缝间截面钢筋应力分布函数和曲率计算公式以及中性轴分布函数。 再次，通过分析混凝土应力松弛机理，将AEMM法推广运用到混凝土剪切徐变中，建立了裂缝间受拉区混凝土应变方程，进而得到了受拉区混凝土应变计算式；综合考虑长期荷载作用下受弯构件受压区混凝土时变、中性轴位置变化、受拉区混凝土应力松弛等影响因素，推导了以力学模型为基础的长期裂缝宽度计算表达式；引入试验结果修正相关参数，得到了实用的钢筋混凝土受弯构件时变裂缝宽度计算公式。 最后，用Matlab软件对钢筋混凝土受弯构件时变裂缝宽度进行编程计算，引用原南京工学院长期裂缝宽度试验结果与理论计算结果进行对比、分析，表明本文计算方法具有较好的计算精度，并且本文建立的计算式能方便地考虑混凝土收缩徐变特性变化和截面配筋等对长期裂缝宽度的影响，比现行规范公式具更广的适用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1钢筋混凝土结构的裂缝控制

1.2钢筋混凝土结构裂缝宽度的研究现状

1.2.1国外关于短期荷载作用下裂缝宽度研究现状简介

1.2.2国内关于短期荷载作用下裂缝宽度研究现状简介

1.2.3长期荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度研究

1.2.4长期荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度增长机理

1.3混凝土时变特性概述

1.3.1混凝土的收缩

1.3.2混凝土的徐变与松弛

1.4混凝土收缩、徐变研究现状及分析方法

1.4.1混凝土收缩、徐变研究现状

1.4.2混凝土收缩徐变分析方法

1.5研究时变对钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算的意义

1.6本文研究主要内容

1.7本文的创新点

第二章现有裂缝宽度计算理论及规范计算方法

2.1荷载作用下的裂缝宽度计算理论

2.1.1粘结滑移理论

2.1.2无粘结滑移理论

2.1.3粘结滑移-无滑移综合理论

2.1.4实验数理统计分析方法

2.2各规范关于裂缝宽度的计算方法

2.2.1《混凝土结构设计规范》

2.2.2《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》

2.2.3《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》

2.2.4《水工混凝土结构设计规范》

2.2.5《美国公路桥梁设计规范》

2.2.6 ACI318-05(美国混凝土协会规范)

2.2.7《欧洲混凝土委员会-国际预应力混凝土协会规范》

2.2.8 Eurocode2(欧洲规范2)

2.2.9 BS5400-4-1990(英国桥梁规范)

2.2.10前苏联规范

2.3本章小结

第三章加载时刻受弯构件裂缝宽度计算

3.1受弯构件截面应力计算

3.1.1 受弯构件未开裂时截面应力计算

3.1.2开裂后截面应力计算

3.2加载时刻裂缝宽度计算模型

3.3 受弯构件加载时刻裂缝宽度计算

3.3.1受弯构件恒载作用下各截面应力计算

3.3.2受弯构件恒载作用下平均裂缝宽度计算

3.3.3受弯构件恒载作用下最大裂缝宽度计算

3.4受弯构件加载时刻受压区高度函数计算

3.4.1裂缝间截面平均曲率计算

3.4.2裂缝间受压区高度函数计算

3.5本章小结

第四章受弯构件时变裂缝宽度计算

4.1混凝土时变本构方程

4.2任意t时刻裂缝截面受压区高度h(t)方程

4.3裂缝截面受压区高度h(t)的求解及应力应变和曲率求解

4.4任意t时刻裂缝间截面应变(力)求解

4.4.1受弯构件裂缝间中间截面B钢筋应力求解

4.4.2受弯构件裂缝间截面钢筋应力求解

4.5裂缝间受拉混凝土应变(力)求解

4.5.1混凝土应力松弛函数

4.5.2长期荷载作用下混凝土应变计算

4.5.3关于裂缝高度的探讨

4.6考虑收缩徐变及松弛等时变影响的长期裂缝宽度计算

4.7基于力学模型的长期裂缝宽度实用计算公式

4.8本章小结

第五章算例及分析

5.1南京工学院试验简介

5.1.1试验过程及方法

5.1.2试验结果分析

5.2裂缝宽度理论计算方法及结果

5.2.1理论计算条件及方法

5.2.2计算过程及结果分析

5.3裂缝宽度理论值与试验值对比分析

5.4本文方法与规范方法理论计算值对比分析

5.5本章小结

第六章结语与展望

6.1本文的主要研究内容与结论

6.2今后的工作及努力的方向

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间论文发表及参与科研情况