考虑损伤效应的超高性能混凝土构件抗剪性能研究

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作为近年来性能优异的新型水泥基材料之一,超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)因其卓越的材料性能被广泛应用于土木工程领域。但因为UHPC较传统混凝土而言力学性能有很大区别,对于UHPC材料的力学性能、构件设计理论方面的研究还有很大的不足。目前,国内外学者针对UHPC材料本构关系和构件抗剪性能等方面开展了很多的试验研究和理论分析,但仍未形成广泛认可的共识。本文在本团队提出的基于细观损伤力学UHPC本构关系的基础上,探究了UHPC梁斜截面抗剪性能。主要研究工作和结论如下:(1)验证了本团队提出的UHPC损伤本构可以应用于UHPC梁抗剪性能研究。(2)基于文献试验梁参数,建立了有限元模型,并同试验结果进行比对分析。研究表明:有限元模拟结果与试验结果较为贴近,可以反映UHPC梁抗剪性能。剪跨比决定了梁体发生剪切破坏时的破坏形态,得益于UHPC材料优异的力学性能,对于较大剪跨比下发生的斜拉破坏,UHPC梁仍然表现出一定的延性,不会很快形成临界斜裂缝。(3)对UHPC梁抗剪性能影响因素进行了参数化分析。研究表明:剪跨比、配筋率、配箍率对其抗剪性能有重要影响。剪跨比对于抗剪承载力影响效果最为显著。剪跨比从2.0增加到2.5、2.8,抗剪承载力分别降低18.91%、24.26%。配筋率和配箍率的增大都会使得抗剪承载力有较小幅度的增长。增大配筋率可以有效提高纵筋的销栓作用,进而提高抗剪承载力。增大配箍率可以改善梁体延性,提高抗剪强度,使得构件破坏形态良好。(4)比对分析了国内外规范提出的UHPC构件抗剪承载力公式,发现现行规范在预估UHPC构件抗剪承载力时偏于保守且离散性较大。本文采用本团队提出的UHPC损伤本构关系,提出了UHPC构件斜截面抗剪承载力计算公式。该公式考虑了斜裂缝倾角的定量关系,基于该公式得到的计算值与文献试验数据结果比值均值、标准差、变异系数分别为1.00、0.06、0.06。本文提出的计算方法精确度较高且离散性较小。
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