斜裂縫對(duì)混凝土梁橋受剪性能影響研究.pdf

1、斜裂縫對(duì)混凝土梁橋的受剪承載力和剪切剛度均會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，然而目前各國(guó)規(guī)范的受剪承載力計(jì)算方法仍未像抗彎計(jì)算一樣形成統(tǒng)一，且對(duì)開裂后的剪切剛度計(jì)算幾乎不涉及。本文分別從混凝土梁受剪承載力計(jì)算理論、開裂后剪切變形測(cè)試和剪切剛度退化理論等多個(gè)方面入手，深入研究了斜裂縫對(duì)混凝土梁橋受剪性能的影響，主要研究工作包括:
　　(1)基于ACI-DAfStb的鋼筋混凝土淺梁剪切數(shù)據(jù)庫(kù)分析了既有剪切試件的受剪參數(shù)分布特征，研究了各受剪參數(shù)對(duì)受剪

2、承載力的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:鋼筋混凝土淺梁的剪切強(qiáng)度隨混凝土抗壓強(qiáng)度fc'增大而提高，并與其成非線性關(guān)系;隨剪跨比λ增大而降低，但當(dāng)λ＞4時(shí)，降低速度變慢;隨縱筋配筋率ρ增大而提高，并逐漸趨于穩(wěn)定;隨配箍強(qiáng)度ρvfyv增大而提高，但提高幅度受到混凝土抗壓強(qiáng)度的限制;隨截面有效高度d增大而降低，對(duì)小尺寸尤為顯著，但箍筋的加入會(huì)減小這種尺寸效應(yīng)的影響。另外，分析發(fā)現(xiàn)既有剪切數(shù)據(jù)庫(kù)中的大尺寸、高強(qiáng)混凝土和低縱筋率試件數(shù)量仍然偏少，這與實(shí)際

3、橋梁工程存在較大差異。
　　(2)總結(jié)了各國(guó)主流規(guī)范受剪設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)以及優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，分析了可能發(fā)生的剪切破壞模式和與之對(duì)應(yīng)的破壞控制點(diǎn)，討論了不同剪切破壞模式之間的過渡機(jī)制，指出規(guī)范受剪公式的局限性在于無法銜接不同的剪切破壞模式。為克服這一局限性，分別基于彎剪斜裂縫破壞模式和腹剪斜裂縫破壞模式構(gòu)建了相應(yīng)的受剪分析模型。
　　(3)對(duì)于以彎剪斜裂縫擴(kuò)展為主要特征的剪壓或斜拉破壞，建立了基于受壓區(qū)的無腹筋混凝土淺梁

4、分析模型。模型將受壓區(qū)混凝土細(xì)分為剪壓區(qū)和斜拉區(qū)兩部分，分別利用主壓應(yīng)力破壞準(zhǔn)則和抗拉強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則來計(jì)算其抗剪貢獻(xiàn)，從而得到了無腹筋混凝土淺梁的受剪承載力理論計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上，計(jì)入箍筋項(xiàng)的抗剪貢獻(xiàn)，進(jìn)一步得到有腹筋混凝土淺梁的受剪承載力理論計(jì)算公式。該理論公式實(shí)現(xiàn)了混凝土淺梁由剪壓破壞至斜拉破壞受剪承載力計(jì)算的平滑過渡，且公式能夠反映混凝土強(qiáng)度fc'、縱筋率ρ、剪跨比λ、配箍強(qiáng)度ρvfyv以及截面有效高度d等主要參數(shù)的影響規(guī)律?；?/p>

5、ACI-DAfStb剪切數(shù)據(jù)庫(kù)的驗(yàn)證表明:推薦公式的預(yù)測(cè)精度和預(yù)測(cè)穩(wěn)定性都較規(guī)范公式有所提高。
　　(4)對(duì)于以腹剪斜裂縫擴(kuò)展為主要特征的腹剪破壞，本文仍推薦采用變角桁架模型來計(jì)算混凝土梁的受剪承載力，并通過推導(dǎo)得到了變角桁架模型斜壓桿傾角的兩個(gè)理論計(jì)算公式。首先，根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的斜壓稈傾角動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)斜壓桿傾角的轉(zhuǎn)動(dòng)存在兩個(gè)特征階段，即裂后穩(wěn)定階段和塑性轉(zhuǎn)動(dòng)階段，并指出在裂后穩(wěn)定階段混凝土和箍筋的協(xié)同作用尚未發(fā)揮，應(yīng)計(jì)入

6、混凝土的抗剪貢獻(xiàn)，而在塑性轉(zhuǎn)動(dòng)階段混凝土和箍筋的協(xié)同作用已得到發(fā)揮，無需再計(jì)算混凝土貢獻(xiàn)。其次，對(duì)裂后穩(wěn)定階段和塑性轉(zhuǎn)動(dòng)階段分別基于最小應(yīng)變能原理和塑性理論構(gòu)建斜壓桿傾角的求解準(zhǔn)則，從而得到了斜壓桿傾角的兩個(gè)理論計(jì)算公式，進(jìn)一步建立了相應(yīng)的鋼筋混凝土梁的兩個(gè)受剪承載力計(jì)算公式。最后，利用ACI-DAfStb有腹筋淺梁剪切數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)本文建立的兩個(gè)承載力計(jì)算公式和規(guī)范公式進(jìn)行的對(duì)比驗(yàn)證表明，兩受剪承載力計(jì)算公式的預(yù)測(cè)精度和穩(wěn)定性要優(yōu)于規(guī)范計(jì)算

7、公式，且能夠反映主要受剪參數(shù)混凝土強(qiáng)度fc'、縱筋率ρ、剪跨比λ、配箍強(qiáng)度ρvfyv和截面有效高度d的影響規(guī)律。
　　(5)針對(duì)受反彎點(diǎn)、變截面和預(yù)應(yīng)力等特殊因素影響的梁段受剪承載力，分別分析了這些特殊因素對(duì)受剪承載力的影響機(jī)理，并推導(dǎo)了相應(yīng)的受剪承載力計(jì)算修正方法，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。
　　(6)開展了6片大尺寸薄腹鋼筋混凝土約束梁的剪切變形測(cè)試試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了剪切變形的直接剝離測(cè)量，得到了混凝土梁斜向開裂后的剪切剛度

8、退化規(guī)律。基于自制的大標(biāo)距機(jī)械式應(yīng)變計(jì)組裝的成變測(cè)量框格，實(shí)現(xiàn)了斜裂縫開裂前后梁體應(yīng)變的連續(xù)測(cè)量;通過等參變換實(shí)現(xiàn)了變高度梁段的剪切變形與彎曲變形的剝離測(cè)量。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明:在配箍率較低的試件中，斜裂縫出現(xiàn)和箍筋屈服是荷載-變形曲線的兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)和配箍率，能夠提高斜向開裂后的剩余剪切剛度，提高配箍率對(duì)開裂后的剪切變形抑制更有效。
　　(7)針對(duì)斜向開裂混凝土梁的有效剪切剛度評(píng)價(jià)，建立了混凝土梁的剪切剛度理論退化

9、模型。首先，基于變角桁架模型推導(dǎo)了混凝土梁箍筋屈服狀態(tài)的剪切剛度;其次，基于試驗(yàn)規(guī)律提出了剪切剛度的恒定切線剛度退化模式，以考慮斜裂縫開展程度對(duì)剪切剛度退化程度的影響。與多個(gè)剪切變形試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果表明，本文建立的剪切剛度退化模型能夠較好的評(píng)價(jià)混凝土梁在斜裂縫開裂后的剪切剛度退化。
　　(8)為了定量化的評(píng)估斜向開裂橋梁的剪切剛度退化，本文在試驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上給出了一種簡(jiǎn)化評(píng)估方法。該方法利用斜裂縫分級(jí)來反映斜裂縫的開裂