D區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)件基于拉壓桿和擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)理論的抗剪性能研究.pdf

1、不滿足平截面假定的D區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)件受力機(jī)制復(fù)雜,剪力傳遞機(jī)理不明確。我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)雖然給出了開(kāi)洞深梁等在復(fù)雜受力狀態(tài)下的二維非桿系構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則,但缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撃Ｐ秃途_的承載力計(jì)算方法,導(dǎo)致實(shí)際工程中開(kāi)洞深梁的安全性難以得到保障。因此有必要在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合理論分析,提出一種更加合理的理論分析方法和計(jì)算模型。目前,國(guó)內(nèi)外多采用拉壓桿模型(StrutandTieModel-STM)的方法對(duì)D區(qū)

2、的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì),由于拉壓桿模型能反映出構(gòu)件的傳力機(jī)制,受力明確已被多國(guó)引入規(guī)范。擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)理論(DisturbedStressFieldModel-DSFM)能夠考慮剪切滑移破壞,基于DSFM的非線性有限元數(shù)值分析結(jié)果能更好的反映鋼筋混凝土抗剪受力全過(guò)程?；谝陨蟽煞N理論,本文希望建立一套適合各種復(fù)雜應(yīng)力分布情況下,滿足D區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪要求的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法,主要內(nèi)容包括:
　　(1)拉壓桿模型在建模時(shí)靈活性比較大,相同的幾何

3、與荷載條件,可以建立不同的拉壓桿模型,采用變密度法(SolidIsotropicMaterialwithPenalization-SIMP)應(yīng)變能最小化的優(yōu)化準(zhǔn)則方法,對(duì)基于拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)建立拉壓桿模型的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了深入研究。對(duì)變密度法中SIMP模型在網(wǎng)格劃分單元數(shù)目,體積保留數(shù),懲罰因子,過(guò)濾半徑等因素的影響下出現(xiàn)的棋盤(pán)格式和網(wǎng)格依賴性等數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行了分析并提出了解決方法。
　　(2)為系統(tǒng)研究D區(qū)構(gòu)件的抗剪性能,依據(jù)應(yīng)力

4、區(qū)域復(fù)雜程度將D區(qū)分為簡(jiǎn)單D區(qū)和復(fù)雜D區(qū)。簡(jiǎn)單D區(qū)構(gòu)件,包括大部分的簡(jiǎn)單深梁,托臂梁,剪力墻,梁柱的連接部分,可以利用基于拓?fù)鋬?yōu)化的非線性拉壓桿模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。復(fù)雜D區(qū)的構(gòu)件,可以利用基于DSFM理論的非線性有限元的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。
　　(3)基于SIMP拉壓桿對(duì)簡(jiǎn)單D區(qū)構(gòu)件抗剪性能的研究。利用非線性拉壓桿模型進(jìn)行分析,根據(jù)最小應(yīng)變能的原理對(duì)拉壓桿模型進(jìn)行比選,比選結(jié)果表明由拓?fù)鋬?yōu)化得出的拉壓桿模型為最優(yōu)的配筋形式。為驗(yàn)證

5、其可行性,對(duì)一簡(jiǎn)支開(kāi)洞深梁建立了多種拉壓桿模型,并與基于SIMP法的拓?fù)鋬?yōu)化建立的拉壓桿模型,通過(guò)承載能力和有效系數(shù)進(jìn)行方案的比選,研究結(jié)果表明基于SIMP拓?fù)鋬?yōu)化的拉壓桿模型應(yīng)變能和鋼筋體積比最小,而承載能力較大。
　　(4)基于DSFM對(duì)復(fù)雜D區(qū)構(gòu)件進(jìn)行抗剪性能的研究。利用非線性有限元分析程序Vector2分析了構(gòu)件在剪跨比、開(kāi)洞位置、混凝土強(qiáng)度、配筋形式、配箍率等因素影響下構(gòu)件的抗剪性能,并與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果顯示隨著剪跨比