钢筋混凝土复合受力构件的受力机理和受力模型的研究

在收集国内外已有试验数据基础上补充进行了39根钢筋混凝土短梁的受剪试验，提出了可街接钢筋混凝土深梁、短梁和浅梁受剪永载力新算的“桁架——拱”模型，获得理论解答，通过试验结果进行筒化修正并进行可靠度分析得到可供设计使用的钢筋混凝土深梁、短梁和浅梁的设计方法。提出钢筋混凝土受和构件采载力新算的“薄壁桁架”模型，并通试验结果桁化修正。本项研究成果较地解释了钢筋混凝土深梁、短梁和浅梁以及受扭构件的传力机理，混凝土作用项以及腹筋变力项对受量，受扭录载力的贡献的变化规律“桁架——拱”模型的提出受到国内的肯定，被多次引用。并被用作我国混凝土结构设计规范对受剪构件受力机理的解释，成果经专家鉴定运用国内领先水平。 2100433B

本研究在软化桁架模型理论的基础上，根据小扭弯比构件受力特点，提出了弯、剪、扭共同作用下的板—桁模型理论。板—桁模型理论补充、发展了软化桁架模型理论，扩大了桁架模型理论的使用范围，进一步完善了复合受力下，钢筋混凝土的理论计算方法。本研究内容为：提出混凝土构件板—桁模型理论；建立以板—桁模型理论为基础的钢筋混凝土和预应力混凝土构件复合受力强度计算相关方程；编制电算程序，计算了二组钢筋混产土及三组预应力混凝土试验构件16根，其抗扭强度试验值与理论计算值符合良好；进行12根箱形截面预应力混凝土构件复合受力强度试验，其抗扭强度度验值与理论计算预测值符合良好，说明本方法具有较高的精度，是合理可行的。 2100433B

与相对完善的钢结构计算理论相比，至今国际上没有工程界普遍接受的拉/压弯剪扭复合受力钢筋混凝土构件统一破坏理论，各国规范多采用基于试验的简化计算公式，缺乏系统的理论模型和试验数据，因而混凝土统一破坏理论一直是混凝土基础研究领域的国际前沿课题。 为解决钢筋混凝土构件在轴力、弯矩、剪力、扭矩复杂组合受力下(简称复合受力或组合受力)的承载力统一计算问题，本项目通过理论模型分析、试验研究和数值模拟分析对钢筋混凝土构件在拉/压弯剪扭组合受力下破坏机理和承载力计算模型进行深入研究。 本课题组研究人员通过研究轴力对构件斜扭破坏面空间角度和破坏形式以及极限承载力的影响，应用混凝土截面微元的破坏准则，确定破坏面的几何形状和尺寸。应用改进的三维极限平衡理论建立钢筋混凝土构件组合作用承载力统一计算模型。计算模型在单一及多种组合受力下可以变化为已被广泛接受的混凝土承载力计算模型，具有理论统一性与系统性。通过合理简化计算模型和假定条件，计算模型可以表达简单便于工程设计应用。本项目的理论模型数据与本项目的试验研究数据和已有的他人试验研究数据比较，获得比较一致的研究成果。 本项目研究人员自行设计混凝土构件的三维组合加载试验装置并于2013年9月在上海交通大学土木试验室完成了一组15根钢筋混凝土构件在不同压弯剪扭组合受力下的承载力试验研究数据，研究不同组合受力下构件的破坏机理和承载力变化规律，可供国内外后续研究人员参考。目前国内外在这方面的研究因试验装置难度大而导致可以使用的试验研究数据很少，而合理的理论计算模型推导需要大量的试验研究数据作为研究基础。 本项目应用钢筋混凝土非线性有限元数值模拟方法拓宽研究参数,研究参数包括不同的钢筋配筋率、不同的混凝土强度和钢筋强度对于计算模型的影响。在建立数值分析模型时注意与本课题的试验研究数据校核，保证数值计算模型的正确性。将数值计算模型获得的研究数据与理论分析模型和试验研究获得的研究数据比较，获得比较一致的研究结论。 本研究成果可为进一步完善混凝土统一破坏理论和中国规范的计算方法提供参考和研究依据。

与相对完善的钢结构计算理论相比，至今国际上没有工程界普遍接受的拉/压弯剪扭复合受力钢筋混凝土构件统一破坏理论，各国规范多采用基于试验的简化计算公式，缺乏系统的理论模型和试验数据，因而这一直是本学科基础前沿课题。.本课题通过理论模型、试验研究和数值模拟分析对拉/压弯剪扭复合受力下钢筋混凝土构件破坏机理和承载力计算模型进行深入研究。重点研究轴力对构件斜扭破坏面空间角度、脆性或延性破坏形式以及极限承载力的影响，应用改进的三维极限平衡理论建立复合受力构件承载力统一计算模型，力求破坏机理统一，表达公式简单。自主设计试验装置并进行拉/压弯剪扭复合受力试验，探索典型复合受力下构件的破坏机理及承载力变化规律，结合数值模拟方法拓宽研究参数,同时将研究成果拓宽到箱型、T型、I型截面。.申请者已有长期研究积累，已在箱型环形截面构件统一破坏理论方面发表多篇论文，其中2篇发表在2006和2007年ASCE期刊。