鋼筋混凝土復合受力構件的受力機理和受力模型的研究項目摘要

在收集國內外已有試驗數(shù)據(jù)基礎上補充進行了39根鋼筋混凝土短梁的受剪試驗，提出了可街接鋼筋混凝土深梁、短梁和淺梁受剪永載力新算的“桁架——拱”模型，獲得理論解答，通過試驗結果進行筒化修正并進行可靠度分析得到可供設計使用的鋼筋混凝土深梁、短梁和淺梁的設計方法。提出鋼筋混凝土受和構件采載力新算的“薄壁桁架”模型，并通試驗結果桁化修正。本項研究成果較地解釋了鋼筋混凝土深梁、短梁和淺梁以及受扭構件的傳力機理，混凝土作用項以及腹筋變力項對受量，受扭錄載力的貢獻的變化規(guī)律“桁架——拱”模型的提出受到國內的肯定，被多次引用。并被用作我國混凝土結構設計規(guī)范對受剪構件受力機理的解釋，成果經專家鑒定運用國內領先水平。 2100433B

本研究在軟化桁架模型理論的基礎上，根據(jù)小扭彎比構件受力特點，提出了彎、剪、扭共同作用下的板—桁模型理論。板—桁模型理論補充、發(fā)展了軟化桁架模型理論，擴大了桁架模型理論的使用范圍，進一步完善了復合受力下，鋼筋混凝土的理論計算方法。本研究內容為：提出混凝土構件板—桁模型理論；建立以板—桁模型理論為基礎的鋼筋混凝土和預應力混凝土構件復合受力強度計算相關方程；編制電算程序，計算了二組鋼筋混產土及三組預應力混凝土試驗構件16根，其抗扭強度試驗值與理論計算值符合良好；進行12根箱形截面預應力混凝土構件復合受力強度試驗，其抗扭強度度驗值與理論計算預測值符合良好，說明本方法具有較高的精度，是合理可行的。 2100433B

與相對完善的鋼結構計算理論相比，至今國際上沒有工程界普遍接受的拉/壓彎剪扭復合受力鋼筋混凝土構件統(tǒng)一破壞理論，各國規(guī)范多采用基于試驗的簡化計算公式，缺乏系統(tǒng)的理論模型和試驗數(shù)據(jù)，因而混凝土統(tǒng)一破壞理論一直是混凝土基礎研究領域的國際前沿課題。 為解決鋼筋混凝土構件在軸力、彎矩、剪力、扭矩復雜組合受力下(簡稱復合受力或組合受力)的承載力統(tǒng)一計算問題，本項目通過理論模型分析、試驗研究和數(shù)值模擬分析對鋼筋混凝土構件在拉/壓彎剪扭組合受力下破壞機理和承載力計算模型進行深入研究。 本課題組研究人員通過研究軸力對構件斜扭破壞面空間角度和破壞形式以及極限承載力的影響，應用混凝土截面微元的破壞準則，確定破壞面的幾何形狀和尺寸。應用改進的三維極限平衡理論建立鋼筋混凝土構件組合作用承載力統(tǒng)一計算模型。計算模型在單一及多種組合受力下可以變化為已被廣泛接受的混凝土承載力計算模型，具有理論統(tǒng)一性與系統(tǒng)性。通過合理簡化計算模型和假定條件，計算模型可以表達簡單便于工程設計應用。本項目的理論模型數(shù)據(jù)與本項目的試驗研究數(shù)據(jù)和已有的他人試驗研究數(shù)據(jù)比較，獲得比較一致的研究成果。 本項目研究人員自行設計混凝土構件的三維組合加載試驗裝置并于2013年9月在上海交通大學土木試驗室完成了一組15根鋼筋混凝土構件在不同壓彎剪扭組合受力下的承載力試驗研究數(shù)據(jù)，研究不同組合受力下構件的破壞機理和承載力變化規(guī)律，可供國內外后續(xù)研究人員參考。目前國內外在這方面的研究因試驗裝置難度大而導致可以使用的試驗研究數(shù)據(jù)很少，而合理的理論計算模型推導需要大量的試驗研究數(shù)據(jù)作為研究基礎。 本項目應用鋼筋混凝土非線性有限元數(shù)值模擬方法拓寬研究參數(shù),研究參數(shù)包括不同的鋼筋配筋率、不同的混凝土強度和鋼筋強度對于計算模型的影響。在建立數(shù)值分析模型時注意與本課題的試驗研究數(shù)據(jù)校核，保證數(shù)值計算模型的正確性。將數(shù)值計算模型獲得的研究數(shù)據(jù)與理論分析模型和試驗研究獲得的研究數(shù)據(jù)比較，獲得比較一致的研究結論。 本研究成果可為進一步完善混凝土統(tǒng)一破壞理論和中國規(guī)范的計算方法提供參考和研究依據(jù)。

與相對完善的鋼結構計算理論相比，至今國際上沒有工程界普遍接受的拉/壓彎剪扭復合受力鋼筋混凝土構件統(tǒng)一破壞理論，各國規(guī)范多采用基于試驗的簡化計算公式，缺乏系統(tǒng)的理論模型和試驗數(shù)據(jù)，因而這一直是本學科基礎前沿課題。.本課題通過理論模型、試驗研究和數(shù)值模擬分析對拉/壓彎剪扭復合受力下鋼筋混凝土構件破壞機理和承載力計算模型進行深入研究。重點研究軸力對構件斜扭破壞面空間角度、脆性或延性破壞形式以及極限承載力的影響，應用改進的三維極限平衡理論建立復合受力構件承載力統(tǒng)一計算模型，力求破壞機理統(tǒng)一，表達公式簡單。自主設計試驗裝置并進行拉/壓彎剪扭復合受力試驗，探索典型復合受力下構件的破壞機理及承載力變化規(guī)律，結合數(shù)值模擬方法拓寬研究參數(shù),同時將研究成果拓寬到箱型、T型、I型截面。.申請者已有長期研究積累，已在箱型環(huán)形截面構件統(tǒng)一破壞理論方面發(fā)表多篇論文，其中2篇發(fā)表在2006和2007年ASCE期刊。