配置抗冲切钢筋的RC板柱节点受冲切承载力计算

为计算配有常用抗冲切钢筋(箍筋和栓钉)的钢筋混凝土(RC)板柱节点的受冲切承载力,结合梁斜拉破坏机理和修正压力场理论(MCFT)提出一种配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的受冲切承载计算方法.首先根据MCFT推导出配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的临界斜裂缝倾角计算式;然后,假定冲切破坏时临界截面周长范围内的抗冲切钢筋达到屈服强度,将临界斜裂缝倾角代入MCFT推导出板柱节点的受冲切承载力计算方法;最后,使用该方法和美国规范(ACI 318-19)方法计算62个配有抗冲切钢筋的RC板柱节点试验的冲切承载力,并分析了混凝土强度、板有效厚度、柱截面边长、抗弯钢筋配筋率及抗冲切钢筋配筋率对节点抗冲切承载力的影响.结果表明:由MCFT推导出的节点受冲切承载力计算值与试验值吻合较好,均值为0.96,变异系数为0.20;节点的冲切承载力与上述影响因素呈非线性正相关.该方法可用于配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的受冲切承载力计算.

基于MCFT理论的钢纤维混凝土梁的截面分析

根据钢纤维混凝土的特性,对MCFT理论的裂后混凝土平均主应力-平均主应变关系进行了修正。在Vecchio和Collins对钢筋混凝土板在纯剪作用下截面分析的基础上,叠加了弯矩的作用,建立了钢纤维混凝土梁在弯剪复合作用下的截面分析模型。利用作者以及其他研究者的试验对该模型进行了验证,结果表明计算得到的钢纤维混凝土梁的剪力-箍筋应变曲线和极限荷载与实测结果吻合良好。该文还利用该模型对钢纤维和箍筋对梁抗剪性能的影响效率进行了比较。

基于MCFT的钢筋增强ECC梁受剪承载力计算方法

基于修正斜压场理论(MCFT)和ECC的材料特性,建立了适用于计算RECC梁受剪承载力的修正MCFT方法.该方法将开裂后的ECC看作一种连续材料,对ECC构件斜向开裂后的平均主应力-应变关系和局部应力平衡方程进行了修正,考虑了拉压双轴受力下的软化本构关系以及裂缝间ECC的纤维桥接作用.建立了40根RECC梁和6个RECC板的剪切试验数据库,对提出的RECC梁受剪承载力修正MCFT方法进行了验证,结果表明该方法具有较高的计算精度.通过合理简化,推导了斜压杆角度和主拉应变的显示计算公式,进而提出了有腹筋RECC梁受剪承载力的简化计算方法,该方法无需迭代计算.利用数据库对该简化方法进行评估,试验强度与计算强度比值的均值及变异系数分别为1. 05和0. 197,表明其预测精度良好.

基于显式MCFT的钢筋混凝土梁受剪承载力计算方法研究

受剪承载力计算是钢筋混凝土结构中最基本的理论和工程设计问题,但由于其机理复杂、影响因素众多,目前仍没有一种被普遍接受的抗剪理论和计算方法。基于修正斜压场理论(MCFT),考虑了斜裂缝之间混凝土拉应力对受剪承载力的影响,通过合理简化,得到混凝土斜压杆角度的显式计算公式。考虑了斜向开裂后混凝土斜压杆在拉压双轴受力状态下的本构关系,编制了有腹筋钢筋混凝土梁受剪承载力的计算程序。最后推导了有腹筋钢筋混凝土梁受剪承载力的简化计算公式,相比MCFT,无需查表或迭代计算。建立了209根钢筋混凝土矩形梁的剪切试验数据库,采用统计特征值法和影响因素分析法,对提出的显式MCFT、GB 50010—2010、JTG D62—2004、ACI318-08和CSA-04规范中的抗剪计算方法进行评估,结果表明显式MCFT的计算精度较高。

基于MCFT理论的RC框架节点受剪性能研究

根据10个梁高不等的钢筋混凝土框架中节点试件在低周反复荷载作用下的试验结果,重点分析该类框架节点的破坏过程和破坏特点。在试验研究的基础上,建立框架节点等效核心区在剪、压复合作用下的计算模型,应用改进斜压场理论(MCFT)对等效核心区进行受力分析,并通过国内外83个无扭矩作用框架节点试件(包括常规中节点、边节点、变梁中节点等)峰值剪应力的试验结果与该模型计算得到的理论结果进行对比,二者吻合良好。

基于MCFT理论的配斜筋RC梁抗剪承载力计算

针对桥梁工程中常用的配斜筋钢筋混凝土梁剪压破坏的情况,视梁截面的剪力由剪压区混凝土、箍筋和斜筋共同承担,以修正压力场(MCFT)理论为基础,考虑斜筋对裂缝处应力的影响,通过建立平均应力和斜裂缝处局部应力平衡方程,结合混凝土的变形协调条件和材料的本构关系,分别对受压区和受拉区混凝土抗剪承载力做出计算,提出了极限抗剪承载力的计算方法,并与2根实验室自制配斜筋RC梁的抗剪承载力试验结果进行了对比。研究结果表明理论值与试验值吻合较好,验证了该方法的有效性,可为相关承载力计算提供参考。

基于MCFT理论的钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪性能计算方法

在分析钢筋钢纤维混凝土梁柱节点破坏特征及受剪机理的基础上,将裂缝处乱向分布钢纤维的作用等效为钢纤维有效拉应力。基于修正压力场理论(MCFT),建立了钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪性能的计算模型,分析了钢纤维体积率和节点核心区水平配箍率对受剪承载力的影响。结果表明,随钢纤维体积率和水平配箍率的增加,节点受剪承载力均有提高,但钢纤维体积率的影响较水平配箍率小。最后,提出了与普通钢筋混凝土梁柱节点受剪承载力计算公式相衔接的钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力简化计算公式。

预应力超高性能混凝土工字形梁抗剪性能试验

为了研究预应力超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)工字形梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,设计并完成了3片预应力UHPC工字形梁的单点加载试验,获得了试验梁的荷载-位移曲线、破坏模式和裂缝分布特征等关键结果;基于试验结果,结合法国UHPC规范、瑞士UHPC规范、中国公路桥梁规范及公路桥涵超高性能混凝土应用规范意见稿计算了试验梁的抗剪承载力,分析了各个规范的适用性。此外,基于修正压力场理论(modified compression filed theory,MCFT),分别采用Mohr-Coulomb准则和Rankine准则,计算了试验梁的抗剪承载力,并进行了分析讨论。研究表明:预应力UHPC工字梁的抗剪承载力随着剪跨比的增加而减小,箍筋对于抗剪承载力影响较大;各国规范对UHPC梁的抗剪承载能力的计算较为保守。采用Mohr-Coulomb准则的计算结果较Rankine准则的计算结果与试验值更为接近;特别是小剪跨比的试验梁,处于弯剪复合状态,Mohr-Coulomb准则考虑了受压区UHPC法向和切向应力的影响,更为接近实际状况。

基于MCFT的高强轻骨料混凝土框架中节点受剪承载力计算方法

根据低周反复荷载作用下不同轴压比的4个不同核心区配箍率高强轻骨料混凝土框架中节点抗震性能试验结果,主要研究了该类构件的破坏特征以及受剪性能。在试验研究基础上,结合高强轻骨料混凝土破坏特性,选取合适的节点受剪核心区,修正骨料粒径计算参数,建立了基于修正压力场理论(MCFT)的高强轻骨料混凝土框架中节点受剪承载力计算模型,同时收集13个轻骨料混凝土框架中节点试验结果,应用该模型计算了包含17组该类构件的受剪承载力,并将理论值与试验值进行比较分析。结果表明:该类构架的破坏特征与普通混凝土中节点破坏特征类似,均经历了初裂、通裂、极限和破坏4个典型破坏阶段,且试验结果与应用基于修正压力场理论的高强轻骨料混凝土框架中节点受剪承载力计算模型计算结果之比的均值为0.907,方差为0.008,两者吻合较好,验证了模型的准确性与合理性,该模型可以应用于该类构件的极限受剪承载力计算,同时该理论有明确的力学理论和计算过程,可以较为清楚地反映构件初裂、通裂、极限阶段的受力过程。

基于MCFT的钢筋钢纤维混凝土深梁受剪承载力计算

在分析钢筋钢纤维混凝土深梁受剪机理和破坏特征的理论基础上,考虑钢纤维的有效分布,将MCFT运用到钢筋钢纤维混凝土深梁的受剪承载力分析中,并通过已有25根钢筋钢纤维混凝土深梁的试验结果,验证了该理论的可行性.在此基础上,运用MCFT对影响钢筋钢纤维混凝土深梁受剪承载力的因素进行分析.结果表明,混凝土强度对受剪承载力影响最大,受剪承载力随钢纤维体积率和梁底纵向钢筋配筋率的增大均呈先增大然后稍降低最终趋于稳定的特点,竖向分布筋的配筋率小于0. 6%时对受剪承载力的提高作用不如同体积率下钢纤维的提高作用显著,钢纤维长径比的影响作用最小.

荷载-盐渍土环境耦合下纤维混凝土柱受剪性能

为研究盐渍土侵蚀后混凝土柱的受剪性能,对11个聚丙烯纤维锂渣混凝土柱施加不同的预加荷载并进行龄期分别为0 d、90 d、180 d的盐渍土环境侵蚀试验,对历经侵蚀后的试件进行低周水平反复荷载试验,分析侵蚀时长、轴压比和预加荷载等因素对纤维锂渣混凝土柱抗剪性能变化规律及其破坏机理.结果表明,聚丙烯纤维和锂渣的加入能提高混凝土柱在盐渍土环境下的抗剪性能;轴压比相同时,随着侵蚀时间的延长,纤维混凝土柱的受剪承载力呈先上升后下降的趋势;随着预加荷载作用的提高,柱的受剪承载力先提高后降低;当侵蚀时间一定时,将轴压比从0.2提高到0.3,侵蚀后构件受剪承载力随轴压比增大而增大.根据试验结果,基于修正压力场理论和变角桁架-拱模型理论,将纤维作用视为拉力场并与箍筋共同进行力学分析,建立盐渍土预加荷载作用下聚丙烯纤维混凝土柱的受剪承载力计算公式,理论计算值与试验值之比的平均值为0.970,标准差为0.086,变异系数为0.090,二者吻合较好.

基于修正压力场理论的PSRC梁受剪承载力分析

为分析预制装配型钢混凝土(PSRC)梁的受剪机理并准确计算其受剪承载力,考虑剪跨比、型钢类型、抗剪连接件、现浇混凝土强度与类型、加载方式、浇筑方式等影响因素,设计并制作了10根PSRC梁试件,对其中9根PSRC梁试件进行低周反复荷载试验,另1根PSRC梁试件进行单调加载对比试验。基于改进的修正压力场理论提出了适用于PSRC梁的受剪计算公式。研究表明:PSRC梁受剪承载力试验值与计算值吻合较好;计算内置蜂窝型钢试件受剪承载力时,需将型钢腹板的贡献进行折减,使其满足安全要求。

钢筋混凝土桥墩弯剪数值分析模型

基于修正的压力场理论MCFT(The Modified Compression Field Theory)和纤维单元模型建立了钢筋混凝土桥墩的弯剪数值分析模型,以MCFT理论确定桥墩的剪切力-剪切位移关系,并与考虑桥墩弯曲变形的纤维单元模型组合,共同考虑桥墩的弯-剪-轴力耦合作用。通过与六个弯剪破坏控制的圆形截面钢筋混凝土桥墩拟静力试验结果的对比,对分析模型进行了验证。主要认识结论为基于MCFT理论可准确地计算弯剪破坏桥墩的屈服荷载、极限荷载和弹性阶段剪切刚度,剪切开裂是引起钢筋混凝土构件剪切力-剪切位移关系刚度突变的主要因素,而弯曲开裂与纵筋屈服对刚度的影响较小;分析模型对弯剪破坏桥墩的滞回曲线、弯曲与剪切变形成分均进行了较为准确的模拟分析。

考虑剪切变形的RC薄壁空心墩滞回分析模型

建立了考虑弹塑性剪切变形的钢筋混凝土薄壁空心墩抗震滞回分析模型,模型中以修正的压力场理论(modified compression field theory,MCFT)计算空心墩的剪切变形,并通过Ozcebe建议的滞回规则描述剪切滞回关系,以纤维单元模型模拟空心墩的弯曲变形,两者通过串联模型共同模拟试件在地震条件下的弯剪作用.利用建立的数值模型对1个矩形和3个圆形薄壁空心墩试件的滞回曲线进行了模拟分析.结果表明,不考虑剪切变形的纤维单元模型模拟的滞回曲线与试验结果有较大的误差,难以准确模拟滞回曲线的捏拢效应和耗能能力,并可能高估薄壁墩的刚度和残余位移,而建议的模型很好地模拟了薄壁墩的滞回性能.

聚丙烯纤维混凝土梁受剪承载力试验研究

为研究聚丙烯纤维混凝土梁在单调荷载作用下的受剪性能,考虑纤维掺量、剪跨比、配箍率和混凝土强度等级的影响,制作9根聚丙烯纤维混凝土梁,对其进行受剪性能试验.根据试验得到的破坏形态、荷载-挠度曲线和受剪承载力实测值,分析不同参数对试件的破坏形态、受剪承载能力、刚度和剪切延性的影响.研究结果表明:混凝土裂缝间的纤维可延缓裂缝发展、减小斜裂缝倾斜角度、提高构件受剪性能,且聚丙烯纤维混凝土梁较普通混凝土梁具有更好的承载能力、刚度和剪切延性.基于修正压力场理论,考虑了纤维混凝土抗拉强度对受剪承载力的贡献,建立了聚丙烯纤维混凝土梁受剪承载力计算公式,并通过国内外26组聚丙烯纤维混凝土梁受剪承载力试验数据对其进行验证,理论计算值与试验值之比的平均值为1.049,标准差为0.107,变异系数为0.102,二者吻合较好.

配筋活性粉末混凝土梁抗剪承载力

为掌握高强箍筋活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)梁的抗剪性能,通过6根T形梁的抗剪试验,获得了抗剪承载力试验值,并将试验值与压力场理论值进行了比较,探讨了压力场理论应用于RPC梁抗剪分析和承载力计算存在的问题,充分考虑斜裂缝截面上钢纤维拉拔阻力的抗剪贡献,对该理论进行了改进。并将剪切试验结果与塑性剪切理论、粘结滑移理论和法国规范等进行了比较,分析现有抗剪理论的适用条件、存在的问题,这些对揭示RPC梁抗剪破坏机理、建立承载力计算理论与设计方法有参考价值。

基于修正压力场模型的膜单元的开发及其在组合结构中的应用

以转动裂缝模型为核心思想的修正压力场模型(MCFT)是近30年来钢筋混凝土剪扭行为研究成果的代表之一,提出通过大型通用有限元程序ABAQUS 6.9二次开发将修正压力场模型应用于非线性有限元分析中,并在该模型的基础上作出一定发展,使其适用于压拉弯剪复合作用下的钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构的非线性分析。将该模型应用于国内外各种类型构件的分析中,包括钢筋混凝土梁(剪切破坏梁、弯曲破坏梁、弯剪复合破坏梁)、钢筋混凝土墙以及内嵌钢板混凝土组合墙,数值模拟结果与试验结果吻合良好,表明该模型充分兼顾准确性、通用性,为压拉弯剪复合作用下的钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构的非线性分析提供了有效的手段。

钢筋混凝土柱荷载-变形计算的理论模型

为得到轴向荷载及水平荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形曲线,利用简化的修正压力场理论描述剪切特性以及符合平截面假定的弯曲理论描述弯曲特性,并认为柱端产生的总水平变形主要由弯曲变形、剪切变形和钢筋滑移引起的变形组成,提出了一种分析轴向荷载及水平荷载作用下钢筋混凝土柱荷载-变形的新方法,它可模拟钢筋混凝土柱弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏的过程;最后将荷载-变形计算结果与15根矩形柱的低周反复荷载试验结果进行了对比分析。研究结果表明:按本文方法计算的荷载-变形计算结果与滞回曲线的外包线基本一致,可用于轴向荷载和水平荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形性能分析。

基于修正压力场理论的活性粉末混凝土梁抗剪分析

在Vecchio和Collins所提出的修正压力场理论(MCFT)基础上,叠加弯矩作用,并考虑活性粉末混凝土(RPC)材料的特点,修正开裂RPC材料的本构关系以及模型的平衡条件,建立了弯剪复合作用下配筋RPC梁截面分析模型.对12根具有不同剪跨比、配箍率、钢纤维体积率、配筋率以及纵筋强度的高强纵筋RPC试验梁进行了模型分析,并与试验结果进行对比.结果表明:该模型能很好地模拟整个试验加载过程,抗剪极限承载力的计算结果以及变化趋势与实测值吻合较好,计算所得的箍筋平均应变在加载后期能表现出弹塑性变化的趋势,RPC受拉本构关系对模型预测的精准性起主要影响,该模型对以剪压破坏形态为主的构件最为适用.

有腹筋UHPFRC梁抗剪承载力计算

为研究有腹筋UHPFRC梁的抗剪承载力,根据超高性能纤维混凝土梁的剪切破坏机理,结合修正压力场理论,考虑梁上部受压区混凝土和下部受拉区骨料咬合力、箍筋及裂缝间钢纤维共同承受剪力,推导了有腹筋超高性能纤维混凝土梁的抗剪承载力计算公式.与9根超高性能纤维混凝土梁的剪切试验结果进行对比,用推导公式计算的抗剪承载力与试验结果吻合较好,且变异系数较小,可用于有腹筋超高性能纤维混凝土梁的抗剪分析和设计.