钢筋混凝土构件受剪性能尺寸效应的机理研究

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钢筋混凝土构件的名义强度随着尺寸的增大而降低,存在明显的尺寸效应。然而,由于试验条件的限制,现有钢筋混凝土构件的研究主要集中在中等尺寸及以下,对于大尺寸试件的研究较少。因此,本文应用三维刚体弹簧元法对钢筋混凝土构件受剪性能尺寸效应产生的机理进行了研究,基于研究结果对抗剪承载力计算公式进行了修正,提出了相应的增强措施。研究的主要内容及结论如下:(1)整理已有钢筋混凝土梁受剪性能尺寸效应机理研究,通过对比分析抗剪强度变化趋势,探究了配箍率对钢筋混凝土深梁受剪性能尺寸效应的影响,同时,基于梁-拱模型,对尺寸效应产生的机理进行了研究。结果表明,钢筋混凝土深梁抗剪强度尺寸效应的产生主要是拱模型抗剪机制提供的抗剪作用下降导致的,梁模型抗剪机制的影响较小。在该研究的基础上,研究了贯通裂缝对钢筋混凝土梁受剪性能尺寸效应的影响。结果表明,对于存在贯通裂缝的梁,截面尺寸越大,抗剪承载力下降的比例越大,这主要是由于大尺寸梁会产生数量更多、宽度更大的细微斜裂缝,这些裂缝加剧了剪切斜裂缝的开展,从而阻碍了混凝土压杆主应力的传递。(2)应用三维刚体弹簧元法设计了不同截面尺寸的四组试件,研究了轴压比与剪跨比对钢筋混凝土柱受剪性能尺寸效应的影响;基于梁-拱模型对尺寸效应产生的机理进行了分析,根据Ba(?)ant尺寸效应率对抗剪承载力计算公式进行了修正。结果表明,单调荷载下,钢筋混凝土柱的抗剪强度随截面尺寸的增大而降低,表现出明显的尺寸效应,轴压比的增大加剧了尺寸效应,这主要是梁模型中混凝土抗剪机制尺寸效应加剧导致的,剪跨比的增大减缓了尺寸效应,这主要是梁模型中混凝土抗剪机制尺寸效应得到了缓解,根据模拟数据以及Ba(?)ant尺度率提出的影响系数可以有效改善尺寸效应对计算公式的影响,从而使大小尺寸构件的抗剪承载力安全储备系数趋于一致。(3)在单调荷载的基础上,研究了循环荷载对钢筋混凝土柱受剪性能尺寸效应的影响。结果表明,循环荷载下,轴压比的增大加剧了尺寸效应,这主要是拱模型抗剪机制急剧下降导致的;剪跨比的增大减缓了尺寸效应,这主要是拱模型抗剪机制的下降趋势得到缓解导致的。(4)基于单调及循环荷载下尺寸效应产生的机理,提出了两种高轴压比下大尺寸钢筋混凝土短柱的增强措施,分别为钢筋钢丝网增强以及“X”型纵筋增强,通过对比分析了两种增强措施的效果。结果表明,相比于无增强柱,增强柱的变形性能得到明显改善,循环荷载下,增强柱的抗剪承载力、刚度等退化速度减缓,同时,相比于钢筋钢丝网增强,“X”型纵筋增强的效果更为显著。
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