UHPC梁小剪跨区受剪全过程分析方法研究

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UHPC具有优异的力学性能,逐渐应用于桥梁工程结构中。然而,对于UHPC梁小剪跨区的设计,目前还存在两个问题,即承载能力极限状态下抗剪承载能力计算值相对保守,且缺乏正常使用状态分析方法,尤其缺乏裂缝宽度的计算方法。为此,本文分别从拉压杆模型理论和修正压力场理论两个角度来探索UHPC梁小剪跨区在承载能力极限状态和正常使用状态的设计理论与分析方法。主要从以下几个方面开展工作:(1)开展了45个配筋UHPC试件的轴拉试验,配筋UHPC试件受拉性能约呈双线性变化。在UHPC未开裂阶段,应力应变曲线呈线弹性;当UHPC开裂后,其刚度会随之下降,此时应力应变大体上也呈线性变化。由此,基于单根纤维拉拔模型建立配筋UHPC的受拉应力-应变曲线;(2)开展了12根UHPC梁小剪跨区受剪的模型试验,试验研究表明,在相同配箍率的情况下,开裂荷载及承载能力随剪跨比增大而减小;剪跨比相同时,UHPC梁的承载能力变化不大,即箍筋对抗剪的贡献较小;(3)基于弹塑性拉压杆模型理论,构建了UHPC梁小剪跨区的分析模型,并采用余能驻值原理,对模型中的拱机制和桁架机制进行解耦,进而揭示在加载过程中,UHPC梁小剪跨区受力机制的演变规律。拱机制的作用比例可分为三个阶段,未开裂阶段,弯曲裂缝发展阶段以及斜裂缝发展阶段。其中,未开裂阶段,拱机制的作用比例为一定值,且与UHPC梁的剪跨比线性相关;弯曲裂缝发展阶段,拱机制的作用比例随荷载的增大而快速减小;斜裂缝出现之后,拱机制的作用比例随荷载的增大而约呈线性增加;(4)建立了承载能力极限状态下的拉压杆模型,并与现有的计算方法进行对比,结果表明,本文计算方法与试验值均吻合良好,比值均值为0.89,方差为0.002,而法国规范的计算值会低估UHPC梁的抗剪承载能力。并基于弹塑性拉压杆模型,对UHPC梁小剪跨区加载全过程的受力响应进行分析及对比验证;(5)根据修正压力场理论,考虑剪压区UHPC的抗剪贡献,建立了弯剪复合受力状态下UHPC梁小剪跨区受力响应的分析方法,由此得到了UHPC梁小剪跨区的抗剪承载力和裂缝宽度的计算方法,并基于桁架模型理论结合最大刚度准则提出了斜裂缝开裂角度的计算方法。抗剪承载力的计算值与试验值的比值均值为0.93,方差为0.004。
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