配筋超高性能混凝土短梁受剪性能研究

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钢筋混凝土深受弯构件以其巨大的承载能力,在工业与民用建筑中得到越来越广泛的应用。深受弯构件一般承受剪力值较高而弯矩值相对较低,在地震或大的集中荷载作用下极易发生剪切破坏。为了满足抗剪要求,深受弯构件往往具有较大的高度,并且需要配置大量的钢筋,这样既浪费材料,同时也给施工增加了难度。超高性能混凝土以其优良的力学性能,越来越受到各国研究者的关注。一方面超高性能混凝土有优异的受拉应变-硬化性能,可用于以受剪为主的构件和高剪应力作用下的受弯构件;另一方面超高性能混凝土有很大的受压应变能力,可减少或取消抗震构件的约束钢筋。为此,本文采用试验研究与理论分析相结合的方法,对配筋超高性能混凝土短梁的抗剪性能进行了较为深入的研究。本文进行了超高性能混凝土的一系列材性试验,包括立方体抗压强度试验、轴拉强度试验、轴压强度试验,得到了其轴压曲线上升段和轴拉曲线上升段,证明超高性能混凝土有较高的受压应变性能和受拉应变-硬化性能。在材性试验的基础上,进行了短梁受剪试验,以水泥基材料(普通混凝土与超高性能混凝土)和剪跨比(1.25与1.75)为变量,试验共设计了3根短梁。试验结果表明3跟短梁均发生了剪切破坏,但剪切破坏形态并不相同,普通混凝土短梁发生剪压破坏,超高性能混凝土短梁发生弯剪破坏。通过对特征荷载、纵筋荷载-应变关系、箍筋荷载-应变关系、混凝土斜截面应变与荷载-跨中挠度关系进行分析可知,超高性能混凝土短梁相比普通混凝土短梁,开裂荷载和极限荷载有一定的提高,同时,具有更好的延性。运用有限元分析软件ABAQUS对配筋超高性能混凝土短梁受剪性能进行数值模拟,并与试验结果进行了比较,同时针对试验中未能考虑的影响因素(纵筋配筋率与配箍率)进行了有限元拓展分析。在有限元分析的基础上,建立了拉-压杆桁架抗剪承载力模型,该模型考虑了混凝土双向应力下的软化现象及箍筋在剪跨区应力的不均匀性,提出了集中荷载下梁的抗剪承载力计算公式。该公式较好地符合试验结果,可以作为配筋超高性能混凝土短梁抗剪承载力计算的预测公式。
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