鋼筋混凝土構件受彎性能分析與尺寸效應.pdf

1、混凝土是一種準脆性材料，其名義強度具有尺寸效應。隨著大跨度結構的發(fā)展，構件尺寸越來越大，高強混凝土也得到廣泛的應用，學者們開始認識到構件尺寸效應的問題并展開了相關研究。在過去的幾十年中，學者們對于鋼筋混凝土梁受彎性能進行了大量的試驗研究和理論研究，但是對于鋼筋混凝土梁的受彎性能是否存在尺寸效應這一問題尚存在爭議。此外，目前對于配置雙筋的高強鋼筋混凝土梁的受彎性能特別是變形性能研究還尚不夠充分。本文在課題組其他成員的試驗研究基礎上，針對鋼

2、筋混凝土梁的受彎承載能力、變形能力以及相關的尺寸效應問題，開展了相應的數(shù)值模擬研究，主要工作如下:
　　(1)在平截面假定的基礎上，建立了受彎構件屈服彎矩和極限彎矩的簡化計算公式，討論了鋼筋混凝上梁極限狀態(tài)的判定依據(jù);在確定屈服彎矩和極限彎矩的基礎上，采用理想二折線彎矩-曲率關系計算構件位移。在極限彎矩計算中，分別考慮了保護層混凝土剝落導致構件達到極限受彎承載力和保護層混凝土退出工作后核心區(qū)受壓的考慮箍筋約束作用的混凝土發(fā)生破壞兩

3、種情況。采用多種約束模型對保護層脫落后核心區(qū)受壓混凝土破壞情況下的構件極限彎矩進行計算。計算結果表明，不同的約束混凝土模型均能夠較好地預測受彎構件的屈服彎矩、極限彎矩以及相應的屈服變形;不同尺寸試件的名義屈服彎矩、名義極限彎矩計算值沒有表現(xiàn)出明顯的尺寸效應，與試驗所觀察到的規(guī)律一致。但對于試件的極限變形和塑性轉角的計算，各種約束混凝土模型的誤差均較大，遠遠高于試驗值。其中，Biskinis2007模型考慮了受壓區(qū)高度對混凝土極限應變的影

4、響，考慮曲率及塑性長度計算得到的塑性轉動能力和位移延性系數(shù)隨試件高度的增加而減小。說明采用Biskinis2007模型在有可能一定程度上體現(xiàn)出試驗中得到的構件塑性轉動能力的尺寸效應規(guī)律。
　　(2)采用Matlab編制了鋼筋混凝土受彎構件承載力和變形分析程序。首先采用分層法計算截面的彎矩-曲率全曲線，然后將梁分為有限結點，用數(shù)值積分的方法通過調(diào)用彎矩-曲率計算結果得到各個結點的轉角及位移。截面分析中，保護層混凝土及核心區(qū)受壓混凝土

5、分別采用不同的應力-應變關系。為了考察不同約束模型對計算結果的影響，核心區(qū)受壓混凝土采用了四種約束混凝土模型，分別為Mander模型、Razvi模型、M.Akiyama模型和重疊裂縫模型(overlapping crack model)。其中，M.Akiyama模型和重疊裂縫模型在斷裂力學的基礎上，考慮了混凝土受壓的尺寸效應（長度效應）。采用編制的程序對試件進行分析，結果表明，不同模型均能很好地預測受彎構件的開裂彎矩、屈服彎矩、極限彎矩