復合受力下鋼筋混凝土構件承載力的統(tǒng)一表達.pdf

1、在各種災害作用下,鋼筋混凝土構件的復雜受力實際是由軸力、彎矩、剪力、扭矩的不同組合形成,其破壞機理十分復雜。目前,除軸力、彎矩單一受力情況國內(nèi)外有比較統(tǒng)一的計算方法外,對剪、扭加入引起的破壞理論并不統(tǒng)一。長期以來,國內(nèi)外研究學者對鋼筋混凝土構件在復合受力作用下的研究已取得許多成果。一些靠試驗數(shù)據(jù)回歸得到的承載力計算公式,如我國現(xiàn)行的鋼筋混凝土結構設計規(guī)范,缺少統(tǒng)一的理論基礎,各回歸公式之間也不存在內(nèi)在聯(lián)系。多年來,眾學者一直致力于鋼筋混

2、凝土構件組合受力統(tǒng)一破壞理論的研究,利用協(xié)調,平衡和本構關系對構件受復合力作用進行全過程分析,取得了一些領先的成果。目前僅有這種理論可以分析鋼筋混凝土構件受拉-壓彎剪扭作用的破壞機理,但由于在計算中引入?yún)f(xié)調條件使計算變得復雜,讓工程界難以接受。一個成熟的理論,它應該在理論上是統(tǒng)一的,在表達上是簡明的?？傊?與相對完善和成熟的鋼結構計算理論相比,鋼筋混凝土構件在復合力作用下的破壞理論還不夠成熟。
　　為方便工程應用,尤其是分析構件在

3、災難荷載作用下的破壞,本文針對量大面廣的矩形斷面的鋼筋混凝土構件在軸力、彎矩、剪力、扭矩共同作用下的破壞提出了一個形式簡單并且能展示構件破壞機理的統(tǒng)一理論。本文的理論利用了鋼筋和混凝土的破壞準則,尋找到承載力極限狀態(tài)下不違反邊界條件且滿足平衡條件的應力分布,從而得到構件承受復合力破壞時各個外力的相互關系。依據(jù)極限分析中下限解定理可知,本文得到的結果是一個偏于安全的極限下限解,本文尋找的極限應力狀態(tài)越接近實際情況,這個下限解應該越接近真實

4、解。
　　根據(jù)大量試驗現(xiàn)象可知,構件在承受的軸壓力相對較小時,構件的混凝土隨著荷載的增大,首先出現(xiàn)裂縫,之后部分混凝土退出工作,剩余的混凝土和鋼筋繼續(xù)承擔的荷載越來越大,直到構件破壞,此類破壞為延性破壞;而在構件承受軸壓力相對較大時,在混凝土先被壓碎的同時構件也隨之完全破壞,幾乎沒有像延性破壞那樣的破壞發(fā)展階段,此類破壞為脆性破壞。本文在利用極限下限解定理建立統(tǒng)一破壞方程時,根據(jù)兩類破壞模式的不同機理,分別建立了破壞方程。

5、　　在研究延性破壞時本文建立了如下的分析思路:首先需要尋找到構件在極限狀態(tài)下的三維翹曲破壞面,其次描述出破壞面上的應力分布,最后根據(jù)平衡條件可以得到各個外力之間的相互關系。在研究極限狀態(tài)下的破壞面時,本文提出了一種全新的組成破壞面各邊角的計算方法,根據(jù)這個方法找到的破壞面不僅能夠描述構件在受復合力作用時的三維翹曲破壞面,還可以在構件承受單一荷載時較為準確地退化成簡單的破壞面。在尋找破壞面上的應力狀態(tài)時,本文對鋼筋和混凝土的貢獻分別進行了

6、詳細的分析。通過對理論和試驗研究的分析,本文總結出破壞面上的鋼筋的貢獻,由于不需借助協(xié)調條件進行計算,表達簡單便于應用。破壞面上的混凝土分為受拉區(qū)和受壓區(qū)。受拉區(qū)的混凝土由于骨料咬合的作用在開裂后可繼續(xù)承擔部分外力,本文提出了一種簡便的計算方法,僅需一個可以簡單計算的折減系數(shù)kT,便可量化受拉開裂區(qū)混凝土的貢獻。對處于復雜應力狀態(tài)且受壓破壞的混凝土,可以用主應力空間混凝土三維破壞準則計算應力狀態(tài)。這樣,破壞面上的混凝土的應力分布得到了簡

7、單并較為準確的量化。由于構件承受復合力的不同,受壓區(qū)不同,破壞面形態(tài)也不同,在分析不同破壞形態(tài)下的極限平衡條件后,構件受拉-壓彎剪扭作用下的破壞方程可以用非常簡明的方式表達出來,同時破壞方程還清晰的表現(xiàn)了各個外力間的相互關系。
　　脆性破壞的最明顯的特征是,隨著混凝土先被壓壞構件也破壞,此時混凝土的應力狀態(tài)直接決定著構件的狀態(tài)。根據(jù)破壞機理,本文尋找到了構件受復合力作用時的正應力和剪應力的分布,當混凝土的應力狀態(tài)滿足主應力空間內(nèi)三

8、維破壞準則時,認為構件破壞。得到的分析方法計算簡單,便于應用,并反映了構件破壞的最主要特征。
　　經(jīng)和試驗結果對比后發(fā)現(xiàn),本文得到的破壞理論與實際破壞情況吻合較好。
　　本文用相同的分析方法對更復雜的受力情況,即矩形截面鋼筋混凝土構件受雙向拉-壓彎剪扭作用時的破壞情況,進行了初步探索。和試驗對比發(fā)現(xiàn),本文理論取得了比較理想的結果。
　　與現(xiàn)行混凝土結構設計規(guī)范相比,統(tǒng)一破壞理論不僅計算出的極限承載力更為準確,還能展示出