钢筋混凝土梁受弯性能尺寸效应的数值模拟

摘要

混凝土是一种准脆性材料，大量实验表明:素混凝土的抗压、抗拉强度等材料力学性能具有明显的尺寸效应，其强度随着试件尺寸的增大而降低。对于发生脆性的剪切破坏的钢筋混凝土无腹筋梁而言，其破坏时的名义剪应力（即抗剪强度）也具有明显的尺寸效应，即随着截面的增高，抗剪强度降低;对于发生弯曲破坏的钢筋混凝土梁而言，一般认为构件的名义抗弯承载力不存在尺寸效应，但相应的弯曲变形能力是否具有尺寸效应，目前结论还不统一。　　在以弯曲变形为主的钢筋混凝土梁构件中，受压区混凝土的受力状态接近于单轴受压状态。单轴受压试验表明，混凝土的应力-应变曲线随着尺寸的不同表现出一定的差异性，尤其是峰值后的软化段。因此合理描述不同尺寸混凝土峰值后的软化段曲线是研究受弯构件弯曲性能及其尺寸效应的最主要问题。　　本文首先介绍如何采用重叠裂缝模型解释单轴抗压试验中不同尺寸构件峰值后软化段不同的问题，并根据重叠裂缝模型推导出含有结构尺寸变量的混凝土峰值后的应力-应变曲线。然后利用有限元软件ABAQUS对国内一组钢筋混凝土梁的弯曲试验进行非线性分析，以验证有限元模型的正确性，并将梁的高度扩大至500～3000mm范围，变换截面高度、混凝土强度、纵筋配筋率进行建模，通过数值计算，分析了随着截面高度的增大，各个因素对于钢筋混凝土梁的名义受弯承载力及延性的影响。最后再采用截面分层法对受弯构件的弯曲性能及延性进行简化分析。　　研究表明:随着梁截面增高，钢筋混凝土梁的延性逐渐降低;混凝土强度由30MPa提高到50MPa，钢筋混凝土梁的延性略有提高;对于对称配筋的钢筋混凝土梁时，延性随着纵筋配筋率的增加先增加后降低。名义承载力没有表现出尺寸效应。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 混凝土尺寸效应理论概述

1．2 混凝土材料性能尺寸效应研究

1．2．1 混凝土抗压强度尺寸效应研究

1．2．2 混凝土抗拉强度尺寸效应研究

1．2．3混凝土受压下降段长度效应研究

1．3 钢筋混凝土梁的尺寸效应研究

1．3．1 钢筋混凝土梁抗剪尺寸效应研究

1．3．2 钢筋混凝土梁弯曲性能尺寸效应研究

1．4本文研究的主要内容

2 基于重叠裂缝模型的混凝土应力-应变曲线

2．1 重叠裂缝模型(Overlapping Crack Model)介绍

2．2 基于重叠裂缝模型的混凝土下降段应力-应变曲线

2．3 混凝土受压上升段及受拉应力-应变曲线

2．3．1 混凝土受压应力-应变曲线

2．3．2 混凝土受拉应力-应变曲线

2．4 钢筋应力-应变曲线

3 ABAQUS及有限元理论简介

3．1 混凝土损伤塑性模型基本理论

3．2 混凝土损伤系数dc，dt的确定

3．3 名义应力-应变与真实应力-应变之间的转化

4基于重叠裂缝模型的钢筋混凝土梁有限元分析

4．1 大连理工大学试验

4．1．1 试验概况

4．1．2 有限元模型

4．1．3有限元计算结果

4．1．4开裂、屈服与破坏的确定

5 钢筋混凝土梁弯曲性能影响因素

5．1 截面高度对弯曲性能的影响

5．2 混凝土强度对弯曲性能的影响

5．3 纵筋配筋率对弯曲性能的影响

5．4 钢筋混凝土梁弯曲性能截面分析

5．4．1 分层法截面分析

5．4．2 截面高度对弯曲性能的影响

5．4．3 混凝土强度对弯曲性能的影响

5．4．4 纵筋配筋率对弯曲性能的影响

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢