大尺寸钢筋混凝土无腹筋梁受剪试验研究

进行集中荷载作用下7根大尺寸钢筋混凝土无腹筋简支梁的受剪试验,分析截面高度和纵筋配筋率对钢筋混凝土梁受剪承载力的影响,研究无腹筋梁斜裂缝产生和发展的过程及开裂模式。对试验梁的破坏形式、开裂荷载、受剪承载力、荷载-位移曲线、混凝土受压区应变、最大裂缝宽度和平均裂缝间距受截面有效高度的影响进行讨论。结合试验数据及国内外已有受剪试验成果的基础上对我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)受剪承载力公式的准确性与适用性进行了探讨。     

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。     

碳纤维复材筋增强混凝土梁受剪性能试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)筋增强混凝土梁的受剪性能,以配箍率和剪跨比为试验变量,进行了3根两点集中荷载作用下的CFRP筋简支梁受剪试验,对CFRP筋梁的裂缝发展、破坏形态、斜向开裂荷载、跨中挠度、受剪承载力等进行了观察和测量。试验结果表明:CFRP筋梁的剪切破坏由贯通斜裂缝所致,配箍率和剪跨比对斜向开裂荷载和极限承载力影响显著。将本次试验值与我国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB 50608-2010)、美国规范ACI 440. 1R-06和英国规范BISEI-1999规范的计算值进行对比分析,结合此次试验结果和国内外搜集的70组已有试验数据,对我国GB 50608-2010的受剪承载力计算公式的准确性和安全性进行探讨,提出了一种计算CFRP筋梁抗剪承载力的建议公式。     

高强轻骨料混凝土无腹筋梁抗剪承载力研究

为了进一步评价我国现行的《轻骨料混凝土结构技术规程》(JGJ 12—2006)中无腹筋梁抗剪承载力计算公式对于高强轻骨料混凝土的适用性,收集整理了公开发表的186根无腹筋轻骨料混凝土梁试验结果,着重研究了混凝土强度、剪跨比、纵筋率、混凝土密度等因素对抗剪承载力的影响规律。在此基础上,采用中、美、日规程或规范提供的抗剪承载力公式以及部分建议公式对试验结果进行了预测分析对比,对各计算公式的准确性进行了定量评价,提出了修正的无腹筋轻骨料混凝土梁的抗剪承载力计算公式。结果表明,修正的公式对于轻骨料混凝土无腹筋梁抗剪承载力的预测更加准确。     

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。     

高强轻骨料混凝土梁抗剪承载力的试验分析与计算

通过集中荷载作用下的8根高强轻骨料混凝土简支梁的抗剪试验研究,分析了高强轻骨料混凝土梁的抗剪破坏形态和抗剪性能。结合国外大量砂轻混凝土简支梁抗剪试验结果的分析,提出了砂轻混凝土无腹筋梁斜向开裂荷载和抗剪极限荷载的计算公式,与试验结果符合较好。在此基础上,建议了砂轻混凝土无腹筋梁和有腹筋梁的简化抗剪计算公式。     

无腹筋轻骨料混凝土梁抗剪承载力的计算

为研究无腹筋轻骨料混凝土梁的抗剪承载力,完成了集中荷载下的16根无腹筋混凝土简支梁的受剪承载力试验,得到无腹筋轻骨料混凝土梁抗剪破坏形态和抗剪承载力。根据试验结果与收集的试验数据,对多个抗剪计算模型进行模型误差分析。结果表明:Zararis的预测结果最差,美国规范ACI 318-11和加拿大规范CSA A23.3-04偏于保守,Muttoni和我国轻骨料规范的预测值偏于不安全,Zsutty拟合度最高,但预测值过于不安全。为提高轻骨料混凝土无腹筋梁抗剪计算的准确性和安全性,对试验数据进行非线性拟合,得到无腹筋轻骨料建议计算公式,该公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

煤矸石混凝土梁受剪性能试验研究

为研究煤矸石混凝土梁受剪性能,对9个煤矸石混凝土梁和1个普通混凝土对照梁进行了受剪试验,分析了煤矸石混凝土梁斜截面破坏形态、开裂荷载和受剪承载力。结果表明：煤矸石混凝土梁和普通混凝土梁受剪破坏形态相似;在同一荷载等级下,煤矸石混凝土梁试件跨中挠度随煤矸石取代率的增加而增大,而达到各试件极限荷载时其挠度值相差不大;斜向开裂荷载随煤矸石取代率的增加而减小,煤矸石混凝土梁较普通混凝土梁降低了19.6%~31.5%;受剪承载力随煤矸石取代率的增加也有降低趋势,煤矸石混凝土梁较普通混凝土梁降低了8.9%~24.0%;此外,剪跨比和配箍率对煤矸石混凝土梁受剪性能的影响与普通混凝土梁相似,受剪承载力随剪跨比的增加而减小,随配箍率的增加而增加;煤矸石混凝土梁受剪承载力计算可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中公式,且计算结果有一定的安全储备。     

超高性能混凝土有腹筋梁受剪性能及受剪承载力研究

为了研究超高性能混凝土（UHPC）有腹筋梁的受剪性能,对7根UHPC梁进行了受剪性能试验,变化参数包括剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、钢纤维掺量等。试验结果表明：UHPC有腹筋梁的破坏形态有弯曲屈服后的剪切破坏和剪压破坏,破坏时梁表面呈现斜向多条裂缝形态;箍筋可以提高UHPC梁开裂后刚度,钢纤维和箍筋均可以提高UHPC梁的变形能力和受剪承载力,足够的箍筋和钢纤维共同作用可以进一步提高UHPC梁的延性;配箍率增加,梁腹部会出现较密的短斜裂缝。提出了UHPC有腹筋梁受剪承载力计算模型,其中包括剪压区混凝土、斜裂缝处钢纤维、箍筋及纵筋销栓作用对于梁受剪承载力的贡献,模型计算值与试验值吻合良好。     

低受拉纵筋率时高强轻骨料混凝土无腹筋梁受力性能试验研究

通过采用HRB500钢筋和LC50高强轻骨料混凝土的剪跨比为3的不同受拉纵筋率的无腹筋梁试验,研究了试验梁开裂和极限承载力阶段的受力特征,并着重研究了低受拉纵筋率对梁破坏模式的影响规律。结合已有的试验研究结果,对我国现行《轻骨料混凝土结构规程》(JGJ 12—2006)中梁的最小受拉纵筋配筋率取值进行了检验。研究结果表明轻骨料混凝土梁抗剪承载力计算时应当考虑受拉纵筋率的影响。     

高强钢筋轻骨料混凝土梁短期裂缝试验研究

进行了10根配置400MPa和500MPa高强纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验,获得了10组裂缝间距和39组短期裂缝宽度数据,并收集了国内外27根高强钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝试验数据。采用以上数据,分析了钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝特征,并评估了JGJ 12—2006《轻骨料混凝土结构技术规程》中裂缝计算公式的适用性。结果表明,JGJ 12—2006的短期裂缝特征值计算方法仍适用于高强钢筋轻骨料混凝土梁,但按其公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度与试验值有一定偏差,二者之比的均值为0.992、1.276和1.037,因此建议对JGJ 12—2006中公式的部分参数进行修正。通过对试验数据的回归分析,得到了梁侧面受拉纵筋中心处裂缝宽度的修正计算式,以及梁侧面受拉钢筋中心处与受拉边缘裂缝宽度的换算关系式,建议公式计算得到的裂缝宽度和试验值吻合较好。     

型钢轻骨料混凝土梁弯曲性能的试验研究

为研究型钢轻骨料混凝土梁的弯曲性能,进行了8根型钢轻骨料混凝土梁和2根型钢普通混凝土梁的抗弯性能试验。试验表明,型钢轻骨料混凝土梁受力过程经历弹性、弹塑性和破坏3个阶段;开裂荷载约为极限荷载的15%左右,试件开裂对试验梁的刚度没有明显的影响;试验梁的屈服是以型钢的受拉翼缘屈服为标志;试件屈服前,平均应变的平截面假定成立;屈服后,平截面假定不再成立,此后型钢与混凝土间的滑移对试验梁的变形及裂缝宽度的影响加大;试验梁达到极限承载力以后,表现出良好的延性。可见型钢轻骨料混凝土梁的弯曲性能是优越的。     

锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪性能研究

锈蚀钢筋混凝土构件抗剪性能是迫切需要研究的问题,本文通过18根锈蚀钢筋混凝土简支梁和3根无锈蚀的普通钢筋混凝土对比梁的斜截面抗剪试验研究及理论分析,研究了不同剪跨比下箍筋锈蚀程度对钢筋混凝土简支梁斜截面变形、裂缝形成和开展、承载能力、破坏机理等方面的影响。试验结果表明:箍筋锈蚀使箍筋对混凝土的约束降低,斜面裂缝发展较快,从而削弱了斜裂缝两侧骨料之间的咬合作用;剪压区箍筋锈蚀所产生的锈胀裂缝对试验构件抗剪强度的影响很大;剪跨比决定了试验构件的破坏形态,箍筋锈蚀对破坏形态影响较小;箍筋锈蚀对试验构件斜截面承载能力有较大影响。本文在试验研究基础上,运用根据极限平衡理论,建立了锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面承载力计算模型。     

GFRP筋钢纤维高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

完成了9根配GFRP筋和1根配钢筋的高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验,观察其破坏过程与破坏形态,分析了纤维掺量、纵筋类型、配筋率及纵筋直径等参数对试件承载能力、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响,采用美国ACI 440.1R-15、中国GB 50608—2010和加拿大CSA S806-12、ISIS-M03-07等规范中的建议模型,通过开裂弯矩、承载力、挠度和裂缝宽度等参数评估了各国规范对该类构件的适用性。结果表明：随配筋率的增大,试件破坏模式依次表现为受拉破坏、平衡破坏和受压破坏,受压区破坏面贯穿骨料内部,较为光滑;掺入钢纤维能够有效抑制混凝土裂缝开展,延缓构件刚度退化,使开裂弯矩平均提高51.71%,承载力平均提高22.10%;增大GFRP筋配筋率能够提高构件刚度,但GFRP筋直径变化对试件变形及裂缝宽度无显著影响;GFRP筋梁开裂后刚度退化较配钢筋的对比试件迅速。各国规范计算结果表明：受拉破坏试件承载力计算结果较离散,且均偏于不安全;对于平衡破坏和受压破坏的试件预测结果均偏于保守,有足够安全储备。考虑轻骨料和钢纤维对构件刚度退化规律的影响,修正有效惯性矩并给出建议挠度计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

无腹筋钢筋混凝土受弯构件基于修正压力场理论的受剪计算

为解释无腹筋钢筋混凝土受弯构件的受剪破坏机理,并反映尺寸效应对无腹筋受弯构件受剪强度的影响,在修正压力场理论基础上,对钢筋混凝土构件受剪破坏做了进一步研究,提出沿受弯构件斜裂缝表面平均剪应力的计算公式,并考虑混凝土构件的尺寸效应提出抗剪强度简化计算公式。与国内外无腹筋梁的512个试验结果比较表明,采用提出的斜裂缝表面平均剪应力公式按修正压力场理论计算的受剪承载力及按文中简化公式计算的受剪承载力与试验结果比值的变异性很小,可用于无腹筋钢筋混凝土梁的受剪分析和设计。     

基于模型试验的高强度钢筋混凝土梁斜向开裂研究

通过对配置高强度钢筋的混凝土梁在集中荷载作用下的受剪试验,从构件挠度、斜裂缝宽度及箍筋应变的角度分析其斜向开裂特征规律,研究混凝土强度、剪跨比、配箍率、截面尺寸及截面形状对构件斜向开裂荷载的影响规律,并对斜向开裂荷载的理论计算方法进行探讨。研究结果表明:混凝土强度、剪跨比、截面尺寸是配置高强钢筋混凝土梁斜向开裂荷载的主要影响因素,并由此提出斜向开裂荷载的建议计算公式,为工程应用中斜向开裂荷载计算以及高强钢筋的快速推广使用提供参考依据。     

型钢轻骨料混凝土梁剪切性能的试验研究

为研究型钢轻骨料混凝土梁的剪切性能,进行了15根型钢轻骨料混凝土梁和2根型钢普通混凝土梁的抗剪性能试验。试验表明,在型钢混凝土梁中配置一定的箍筋可避免剪切粘结破坏的发生;本次试验的17根试验梁中有7根发生斜压破坏,10根发生剪压破坏。与文献[1]的试验共同表明,剪跨比对试验梁的破坏形态具有决定性的影响;当剪跨比λ≤1.5时发生斜压破坏;剪跨比1.5<λ≤3.0时发生剪压破坏;剪跨比λ>3.0时发生弯曲破坏;同时型钢的存在使得受剪破坏时的脆性性能得到较大改善。     

腹筋对轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应影响的试验研究

完成对称集中荷载作用下的8根轻骨料混凝土深受弯构件及2根普通混凝土深受弯构件受剪性能试验,分析了腹筋配筋率及截面高度对破坏过程及形态、荷载 跨中挠度曲线、特征荷载、斜裂缝发展趋势、纵筋及腹筋应变等的影响机制与规律,重点明确了腹筋对深受弯构件抗剪承载力及尺寸效应影响的作用机理。为合理量化腹筋在传力机制中的贡献,建立以腹筋作为竖向拉杆的改进拉-压杆模型(STM),结合对典型压杆有效系数模型的分析和评价,验证了改进STM的有效性。试验结果表明：试件主要发生剪压破坏,其破坏形态与截面高度无关,腹筋可有效约束混凝土剥落;随腹筋配筋率增大,名义开裂/极限强度呈增大趋势,而最大斜裂缝宽度随之降低;腹筋可在抵抗斜截面内部分拉应力的同时对压杆形成有效侧向约束,削弱尺寸效应影响。计算结果表明：与简化STM相比,改进STM能够合理反映腹筋配筋率对受剪承载力的影响,基于ACI 318.19压杆有效系数的改进STM的预测值与试验值吻合良好。