抗冲切钢筋对混凝土板受冲性能影响的研究

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钢筋混凝土平板结构由于其结构形式简单、能够充分利用净高空间、良好的环境适应性和经济实用的优点被广泛应用于水利、交通和公民建领域中。关于无抗冲切钢筋混凝土板的破坏机理和极限承载力的计算方法,国内外学者已经进行了大量研究,取得了较多成果。配置抗冲切钢筋混凝土板虽在工程中广泛应用,但其破坏机理不明晰以及极限承载力计算方法不统一的问题仍未得到较好地解决,并且国内外规范中相应的多为半理论半经验计算公式。因此,对其受冲切性能的进一步研究显得十分必要。
  本文在课题组配置抗冲切钢筋混凝土板试验的基础上对其受冲切性能进行了相关研究,并结合非线性有限元软件ABAQUS构建相应实体模型,对冲切破坏机理和影响承载力性能的相关因素进行分析。主要成果如下:
  1、在试验的基础上,分析总结了混凝土强度、抗冲切钢筋(弯起钢筋和箍筋)和纵向钢筋对冲切破坏形态以及极限承载力的影响规律:试验表明混凝土强度越高,板的抗冲切强度越高;板的抗冲切强度随纵向钢筋配筋率的提高而提高但增加幅度不如配筋率的幅度大,当纵向钢筋配筋率达到2%,板的抗冲切强度无明显增加。
  2、利用非线性有限元软件ABAQUS和选用的混凝土塑性损伤模型及相应本构关系,构建了配置抗冲切钢筋(弯起钢筋和箍筋)混凝土板实体模型。试验模拟了从加载到破坏的全过程,得到的荷载-挠度曲线和相应的应力云图与试验结果吻合良好。并利用模型分析了混凝土强度、纵向钢筋和抗冲切钢筋等因素对其受冲切性能的影响,得出:无论混凝土板中是否配置抗冲切钢筋,极限承载力与混凝土强度始终呈线性相关;无抗冲切钢筋混凝土板的极限承载力随着纵向钢筋配筋率的增大而增加,近似与ρ(1/3)呈线性关系,在配置抗冲切钢筋混凝土板中,近似与ρ(0.3)呈线性相关;消除其他因素影响,抗冲切极限承载力与抗冲切钢筋承载力(As yf)呈正相关,但抗冲切钢筋的配筋量存在上限值。
  3、根据试验和有限元分析结果,将配置抗冲切钢筋混凝土板的极限承载力分为三部分:混凝土项承载力、纵向钢筋销栓力和抗冲切钢筋承载力,并建立了相应的配置抗冲切钢筋混凝土板的计算模型。在此基础上,利用混凝土三参数统一强度理论和极限平衡法,提出了相应的抗冲切极限承载力计算公式。
  4、结合国内外配置抗冲切钢筋(弯起钢筋和箍筋)混凝土板的试验数据,比较了本文公式、水工混凝土结构设计规范(DL/T5057-2009)、混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、美国规范(ACI318-2014)、欧洲规范(EN1992-1:2004)和俄罗斯规范(CΠ52-101-2003)中配置抗冲切钢筋混凝土板公式中相关参数的差别和计算结果与试验结果的符合度。结果表明:中国规范(DL/T5057-2009&GB50010-2010)、美国规范(ACI318-2014)和俄罗斯规范(CΠ52-101-2003)中忽略了纵向钢筋配筋率的影响,造成计算结果偏于安全,且离散程度较高;欧洲规范(EN1992-1:2004)考虑因素周全,计算结果与试验结果吻合较好;本文公式能够达到与欧洲规范(EN1992-1:2004)相当的预测精度,且能够合理的反映混凝土强度和纵向钢筋配筋率对受冲切承载力的影响,可为相应规范修订提供参考。
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