自密实混凝土无腹筋梁抗剪性能

为研究自密实混凝土无腹筋梁的抗剪性能和裂缝开展形态,进行了集中荷载作用下12根无腹筋钢筋混凝土简支梁(8根自密实混凝土和4根普通混凝土)的剪切破坏试验,变量为混凝土强度和剪跨比。探讨了《混凝土结构设计规范》(GB 50010―2010)、Zsutty拟合公式、美国规范(ACI318-11)抗剪承载力计算公式对自密实混凝土无腹筋梁抗剪承载力计算的适用性和准确性。收集了在集中荷载作用下的130根自密实混凝土和798根普通混凝土矩形截面无腹筋梁剪切破坏试验数据,将自密实混凝土和普通混凝土无腹筋梁抗剪承载力进行了对比。结果表明:自密实混凝土梁和普通混凝土梁的裂缝发展、破坏形态大致相同,自密实混凝土梁斜裂缝断面更为光滑;Zsutty拟合式计算结果与本文试验结果最接近;GB 50010—2010计算结果与本文试验结果也比较吻合,但偏于不安全;美国规范ACI 318-11计算公式偏差较大;自密实混凝土梁受剪承载力略低于普通混凝土梁。     

基于试验数据的高强混凝土梁抗剪承载力计算方法Ⅰ.无腹筋梁

为了研究高强混凝土无腹筋梁抗剪承载力的计算方法,收集国内外关于高强混凝土无腹筋梁抗剪试验的抗剪承载力、混凝土强度、剪跨比、截面有效高度、受拉纵筋配筋率等试验数据,整理成包含291组数据的数据库。利用数据库中的实测数据对中国《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）、美国混凝土结构设计规范ACI 31-14和Zsutty提出的混凝土梁抗剪承载力公式用于高强混凝土梁的适用性进行评价,并分情况进一步研究中国规范公式,修正中国规范公式中的参数,得到一个新的公式。结果表明:3个公式用于高强混凝土梁时,Zsutty公式的预测结果最精确,中国规范公式的预测结果准确性次于Zsutty公式但好于美国规范公式;所得出的新公式较原规范公式更加适用于高强混凝土无腹筋梁。     

HRBF500钢筋C100混凝土梁抗剪性能试验研究

通过对4根配箍率不同,剪跨比为3的高强钢筋C100混凝土梁的抗剪试验,观测梁的破坏过程及裂缝发展形态;并根据试验结果数据分析其抗剪承载力;最后将试验值与采用GB 5001—2010《混凝土结构设计规范》公式计算的计算值进行了对比。结果表明,高强钢筋C100混凝土梁抗剪承载力稳定,破坏形态与普通混凝土梁相似;适量提高配箍率,可以有效地控制斜裂缝的开展,提高梁的抗剪承载力;对于剪跨比为3的高强钢筋C100混凝土梁来说,GB 5001—2010《混凝土结构设计规范》公式用于无腹筋梁抗剪计算是偏高的,而用于有腹筋梁抗剪设计是偏保守的。     

EXPERIMENTAL STUDY ON SHEAR BEHAVIOR OF BEAM WITH C100 CONCRETE AND HRBFS00 GRADE REBAR

通过对4根配箍率不同,剪跨比为3的高强钢筋C100混凝土梁的抗剪试验,观测梁的破坏过程及裂缝发展形态;并根据试验结果数据分析其抗剪承载力;最后将试验值与采用GB 5001—2010《混凝土结构设计规范》公式计算的计算值进行了对比。结果表明,高强钢筋C100混凝土梁抗剪承载力稳定,破坏形态与普通混凝土梁相似;适量提高配箍率,可以有效地控制斜裂缝的开展,提高梁的抗剪承载力;对于剪跨比为3的高强钢筋C100混凝土梁来说,GB 5001—2010《混凝土结构设计规范》公式用于无腹筋梁抗剪计算是偏高的,而用于有腹筋梁抗剪设计是偏保守的。     

中等剪跨比高强钢筋活性粉末混凝土无腹筋梁抗剪性能试验研究

为了探究剪跨比对高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)梁抗剪性能的影响,对中等剪跨比条件下,3根HRB500级钢筋活性粉末混凝土无腹筋简支梁进行抗剪性能试验研究,分析不同剪跨比对高强钢筋RPC梁受剪破坏形态、斜裂缝宽度、开裂荷载与极限荷载的影响。通过研究得出:高强钢筋RPC梁比普通混凝土梁传递剪力的能力和延性显著增强;临界斜裂缝倾角大小随剪跨比的增大而减小;开裂荷载与剪跨比大小无比例关系,极限荷载随剪跨比的增大而减小;基于桁架-拱模型无腹筋梁的抗剪承载力计算式,比较适用于高强钢筋RPC无腹筋梁抗剪承载力的计算。     

基于桁架拱模型的活性粉末混凝土梁抗剪承载力研究

通过9根高强钢筋活性粉末混凝土梁在两点加载作用下的抗剪性能试验,研究了剪跨比、配箍率以及纵筋配筋率等因素对活性粉末混凝土梁抗剪破坏形态及抗剪承载能力的影响。在桁架模型基础上考虑混凝土拱的作用即采用桁架拱模型对试验梁抗剪承载力进行了计算,对比我国规范GB 50010-2010、美国规范ACI 318-08以及欧洲规范EN 1992-1-1:2004的计算结果,并与试验值进行对比。结果表明:上述规范抗剪承载力计算公式偏于保守,桁架拱模型较其他规范对活性粉末混凝土梁抗剪承载力的计算更为准确。     

轻骨料混凝土深梁抗剪性能研究

通过搜集到的53根无腹筋轻骨料混凝土抗剪试验数据,结合对混凝土深梁的理解,分析了混凝土强度、剪跨比、纵筋配筋率和截面高度对集中荷载作用下的轻骨料混凝土深梁的抗剪性能的影响,并根据我国现行规范的要求,对试件进行了抗剪承载力的分析,分析结果表明:我国规范预测结果的准确度和离散程度均不够理想,关于无腹筋轻骨料混凝土深梁抗剪承载力的研究还有待进一步的完善。     

钢纤维高强混凝土牛腿受剪性能试验研究

通过集中竖向荷载作用下9根剪跨比为0.2~0.4、钢纤维体积掺量为0~1.5%钢纤维高强混凝土双面支撑牛腿的受剪性能试验,研究剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量对牛腿试件开裂荷载、极限荷载及破坏形态的影响。采用我国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中牛腿承载力计算方法对9根试件进行计算,并与采用拉压杆模型的规范ACI 318-14、EN 1992-1-1:2004和CSA A23.3-04的计算结果进行对比分析。研究结果表明：小剪跨比混凝土牛腿主要发生斜压破坏和斜剪破坏两种典型破坏形态,随剪跨比增大,牛腿承载力显著减小;提高钢纤维体积掺量,有助于提高牛腿开裂荷载和延性;随着纵向配筋率的提高,牛腿承载力显著提高;提高箍筋配筋率有利于提高牛腿开裂荷载和受剪承载力。由于牛腿同时承受正应力和剪应力的作用,属于复杂受力状态,采用拉压杆模型计算牛腿承载力具有清晰的力学概念,但计算结果较为保守,各参数取值尚需进一步研究;而GB 50010—2010中采用经验公式计算牛腿的受剪承载力,与试验结果较为接近。     

腐蚀预应力混凝土梁抗剪性能试验

为研究预应力筋腐蚀对预应力混凝土梁抗剪性能的影响,设计制作了4片预应力混凝土梁,采用外加恒电流法对单侧弯剪区局部预应力筋进行了快速腐蚀,并对不同锈蚀程度混凝土梁进行了抗剪试验,分析了预应力筋腐蚀对梁开裂、变形、钢筋受力、破坏形态以及抗剪承载力的影响,并在试验基础上对锈蚀PC梁抗剪承载力计算方法进行了探讨。结果表明:相同剪跨比下预应力筋腐蚀对混凝土梁的破坏形态影响很小,但对构件裂缝发展影响较大,引起开裂荷载显著降低;开裂前,预应力筋腐蚀对其刚度影响较小;开裂后,腐蚀引起刚度退化较为明显;预应力筋腐蚀导致相同荷载下箍筋、纵筋应变增大,构件抗剪承载力退化;预应力筋腐蚀率为3.2%,7.9%,13.2%的混凝土梁抗剪承载力分别下降5.8%,9.1%,15.5%;考虑腐蚀预应力筋截面减小,采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)公式对PC梁抗剪承载力计算具有较高的计算精度。     

再生混凝土无腹筋梁抗剪性能尺寸效应试验研究

开展了系列尺寸再生混凝土无腹筋梁抗剪性能试验研究,考察了在梁的剪跨比保持不变的条件下,梁的开裂荷载、剪应变、剪切裂缝强度、极限承载力和抗剪强度等参数随梁的尺寸改变而变化的规律,比较全面的研究了再生混凝土梁抗剪性能方面的尺寸效应规律。试验结果表明:再生混凝土无腹筋梁的剪切裂缝强度、最大剪应力和抗剪强度均存在着明显的尺寸效应。     

基于桁-拱叠加模型的体外预应力混凝土梁抗剪承载力计算方法

通过剪力传递途径分析和结构拓扑优化,揭示了桁架-拱模型可以反映体外预应力混凝土梁主要受剪承载机理。通过桁架模型和拱模型的叠加,建立了体外预应力混凝土梁的抗剪承载力简化计算方法。公式形式简单,能够反映结构的受力机理,包含了梁的几何尺寸、剪跨比、配箍率、轴向预应力、混凝土强度、荷载形式等影响因素。公式可以统一考虑无腹筋梁和有腹筋梁,不同的剪跨比,以及体内体外混合配束的情况。应用本文方法与国内外已有试验进行对比,表明计算值与试验结果吻合良好且偏于安全。最后,通过参数分析得出了主要因素对抗剪承载力的影响规律。     

Shear strength prediction for steel reinforced concrete deep beams

This study proposes an analytical method for determining the shear strengths of steel reinforced concrete deep beams under the failure mode of concrete crushing originally based on the softened strut-and-tie model. The proposed method is a good physical model that can correlate well with the observed failure phenomenon of steel reinforced concrete deep beams. By comparing the predictions of the proposed method with the available test results from the literature, it was found that the proposed method is capable of predicting the shear strengths for steel reinforced concrete deep beams with sufficient accuracy. The shear-carrying behavior of steel reinforced concrete deep beams is highly influenced by the ratios of flange width to gross width, the shear span-to-depth ratios, and the concrete strengths. When the ratio of flange width to gross width is low, the shear-carrying capacities of steel reinforced concrete deep beams increase with the increasing ratio. However, if the ratio of the flange width to gross width is higher than a critical value, then the failure mode of steel reinforced concrete deep beams will be converted from diagonal compression failure into bearing failure.     

纤维增强混凝土对角斜筋小跨高比连梁抗震性能试验研究及受剪承载力分析

为了改善小跨高比连梁的抗震性能,考虑连梁跨高比和对角斜筋配筋率的影响,在课题组前期试验的基础上,在对角斜筋上增设拉筋,制作3个纤维增强混凝土（FRC）对角斜筋小跨高比连梁试件,对其进行拟静力试验,分析连梁的破坏形态、滞回耗能、刚度退化以及延性等抗震性能。基于试验结果及小跨高比连梁的受剪机理,建立连梁受剪承载力计算公式。结果表明,在小跨高比连梁对角斜筋上增设拉筋之后,跨高比为1.25和1.5的连梁,由原来的剪切破坏变为弯曲剪切破坏,并提高了连梁的延性、抗损伤能力和耗能能力;提出的连梁受剪承载力计算公式的计算值与试验值吻合较好。     

钢筋混凝土简支深梁静力性能试验研究及拉压杆模型分析

通过8根混凝土简支深梁的静力试验,研究了水平及竖向配筋率、剪跨比对拉压杆模型的影响。研究结果表明：试件经历了弹性、弹塑性和破坏三个工作阶段,在支座与加载点之间出现一条或多条斜向裂缝,试件的破坏模式主要为剪切和弯剪破坏,配筋率较小的试件发生弯曲破坏,其破坏具有延性特征;随着荷载增加,支座附近出现斜裂缝并形成混凝土压杆,当压杆的配筋率增大（不超过1.5%）和剪跨比的变小,压杆强度明显提高,且试件趋于剪切破坏;配筋率（水平、竖向配筋率）不大于1.5%,压杆的最大主应力角与剪跨比的反正切角方向接近,本文建议拉压杆模型最大主应力角取54°;推导混凝土深梁的拉压杆模型受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

预应力高强混凝土有腹筋T形截面梁抗剪承载力试验研究

对8根预应力高强混凝土和1根普通混凝土有腹筋T形截面简支梁的抗剪强度进行了试验研究。观察了有腹筋T形截面梁在不同参数变化下梁的斜向裂缝开裂特点和破坏形态;结合清华大学21根预应力高强混凝土(fcu=62.7~84.3MPa)无腹筋和有腹筋简支梁的试验研究,综合分析了混凝土强度、剪跨比、预应力度(预压比)、配箍率和纵筋配筋率对抗剪强度的影响及变化规律,通过对66根混凝土强度变化范围为fcu=25.5~84.3MPa的非预应力和预应力混凝土梁回归统计分析,提出了适合于上述混凝土强度范围内、在集中荷载作用下简支梁(T形或I字形截面)抗剪承载能力的建议公式。     

轻骨料混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

为研究骨料种类对无腹筋梁受剪性能的影响,以剪跨比和纵筋配筋率为变量,进行了16根集中荷载作用下的无腹筋混凝土简支梁受剪性能试验,其中8根采用普通碎石混凝土,8根梁采用页岩陶粒（轻骨料）混凝土,对轻骨料和普通混凝土梁的裂缝发展、破坏形态、斜向开裂荷载、受剪承载力、跨中挠度、裂缝面相对位移等进行了观察和测量。对比分析表明：轻骨料混凝土梁的斜向开裂荷载和受剪承载力均低于普通混凝土梁,其裂缝面较普通混凝土的更加光滑;将轻骨料混凝土梁受剪承载力试验值与采用我国JGJ 12-2006《轻骨料混凝土结构技术规程》和美国规范ACI 318-11、加拿大规范CSA 23.3-04、欧洲规范EC 2方法的计算值进行对比分析,结合此次试验结果和从国内外文献中搜集的126组已有试验数据,对我国JGJ 12-2006的受剪承载力公式的准确性和安全性进行探讨,提出了无腹筋轻骨料混凝土梁受剪承载力计算的建议公式。     

Finite element analysis of shear deformation in reinforced concrete shear-critical beams

The objective of this paper was to study the contribution of shear deformation in reinforced concrete (RC) shear-critical beams. A 2D concrete material model based on smeared fixed crack was presented and incorporated into a commercial finite element (FE) software. A method of calculating shear and flexure deformation separately out of total deformation in the shear span was presented and implemented into the FE analysis. Several experiments of RC shear-critical beams were simulated and good agreement between the experimental and numerical results was obtained in terms of total deformation, flexure deformation, shear deformation and crack patterns. The results show that after shear cracking, the contribution of shear deformation to total deformation increases rapidly. The shear span-to-depth ratio, the longitudinal reinforcement, the shear reinforcement and the load level could be the critical factor to influence the contribution of shear deformation. It appears that for RC shear-critical beams without shear reinforcement, the deformational behaviour is governed by flexure deformation. However, for RC beams with shear reinforcement, the contribution of shear deformation is not negligible after shear cracks develop. Moreover, the measuring method could also affect the measured shear deformation. Finally, future work on experimental investigation into this topic is recommended.     

Research on mechanics and deformation performance of plate-reinforced composite coupling beamswith small span-to-depth ratio

根据7个小跨高比钢板 混凝土组合连梁试件的应变量测数据，研究了纵筋、箍筋和钢板在不同转角位移下的应变分布，定量分析了不同工作阶段连梁中钢板承担的剪力，并采用ABAQUS软件对组合连梁试件的抗震性能进行了非线性有限元分析。结果表明：钢板承担的剪力占连梁总剪力的百分比随连梁弦转角的增大而逐渐增大；小跨高比组合连梁剪切变形和总侧移量并不成固定比例增长；随着加载位移的增加，连梁剪切变形所占比例逐渐增大，各试件达到屈服荷载以后，剪切变形已超过总变形的50%以上。采用混凝土应力-裂缝宽度关系来考虑混凝土受拉软化性能，能较好地进行小跨高比组合连梁的弹塑性有限元分析。钢板沿梁跨度方向全跨轴向受拉，拉力分布呈M形分布，随着钢板厚度的增大，M形的峰值点拉力逐渐增大，在梁跨内钢板拉力较小，最小仅约为其峰值拉力的20%；跨高比、截面配钢率、纵筋配筋率、混凝土抗压强度和楼板作用是影响组合连梁抗震性能的主要因素。     

高强箍筋高强混凝土梁受剪试验研究

设计了一套使钢筋混凝土梁剪切破坏稳定可控的刚性试验系统,利用该试验系统,完成了19根剪跨比为3的钢筋混凝土简支梁的剪切破坏试验,得到了荷载-挠度曲线。根据试验结果,分析了混凝土强度等级、箍筋的强度和倾角、纵筋配筋率和纵向分布钢筋等因素对试验梁破坏形态、剪切延性系数和受剪承载力的影响,并将受剪承载力试验值与我国混凝土结构设计规范和美国ACI规范计算值进行了对比。结果表明:对于剪跨比等于3的梁,适当配置腹筋,可以改善其延性性能;在高强混凝土梁中应用高强箍筋,可使两种材料的强度充分发挥,不仅增加了梁的剪切延性,而且提高了梁的受剪承载力;高强箍筋高强混凝土梁的受剪承载力仍可采用我国现行混凝土结构设计规范公式进行计算,但是对于高强混凝土无腹筋梁、纵筋配筋率低的梁和配有高强箍筋的普通强度混凝土梁安全度偏低。     

内填Y形钢支撑加固多层钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为了研究内填Y形钢支撑多层RC框架结构的抗震性能,进行了3榀2层单跨1/2缩尺试件的低周反复荷载试验。分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。研究结果表明：应用Y形钢支撑加固RC框架合理可行,Y形钢支撑承担了大部分水平荷载,梁柱连接节点破坏程度较轻;耗能段与混凝土梁的连接构造合理,没有发生破坏;Y形钢支撑破坏,导致结构失效;加载初期,试件荷载 侧向位移比滞回曲线具有一定程度的捏缩,耗能段屈服后,试件滞回曲线相对饱满;试件2层的荷载-层间位移比滞回曲线比1层饱满,2层的侧向变形程度比1层大;楼板的存在增加了框架梁的刚度,减少了梁上的裂缝数量;节点构造对结构抗侧刚度影响较小,对变形能力影响较大;加固震损后的结构,应该考虑结构刚度退化程度。在试验的基础上提出了内填Y形钢支撑的设计方法。