钢筋混凝土牛腿受剪性能研究
发布时间：2021-01-05 21:13
装配式建筑具有生产效率高、构件质量好、现场作业少等优点,目前得到了广泛的应用。在预制装配式钢筋混凝土（RC）框架结构体系中,可采用牛腿支承预制RC梁的方式进行拼装,即先在工厂中预制好梁和带牛腿的柱体,然后在施工现场,通过牛腿将预制梁与预制柱体进行拼接。RC牛腿承担着来自预制梁的荷载,并将其传递给柱体,起着传力枢纽的关键作用。RC牛腿在受力特征上不符合平截面假定,属于典型D区,若设计不当,易发生剪切破坏,从而导致建筑物损坏,甚至坍塌。然而,既有规范公式和分析方法存在诸多不足。鉴于此,本文针对RC牛腿的受剪性能展开系统而深入的研究,主要研究内容及结果如下:（1）建立了RC牛腿发生剪切破坏的构件数据库,并基于剪切数据库,对影响RC牛腿受剪承载力的主要影响因素进行了综合分析,为理论分析模型的建立提供依据;（2）基于剪切数据库,对比分析了既有的分析方法及主要国家规范设计公式,并在此基础上,提出了一种基于软化拉压杆模型的受剪承载力计算方法,预测精度优于既有方法,可供工程设计参考;（3）建立了试验数据校正的非线性有限元分析模型,可对RC牛腿进行全过程受力分析。
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
厂房RFig.1.2BeamsLappedon
小于牛腿与柱交接面处尺寸的一半，以避免沿牛腿斜边的局部剪切破坏；3）垫板下混凝土的局压应力不应大于0.5fc"，以避免垫板下的局压破坏；4）垫板外边缘与牛腿外边缘的最小距离应大于2in（50mm）（即图1.3中的e），以避免沿牛腿外边缘破坏，同时确保主筋的受力性能得以发挥；5）封闭的水平箍筋应均匀分布在靠近主筋的(2/3)d范围内；6）主筋As的横截面积不应小于0.004bd，水平箍筋的横截面积Ah不应小于0.5As，并规定两者的总配筋率需小于2%；7）当牛腿承受竖向作用力和水平作用力时，应将垫块与主钢焊接以传递水平力。图1.3RC牛腿Fig.1.3DetailsofRCCorbelKriz和Raths根据试验现象的不同，将RC牛腿的破坏模态主要分为五种类型：弯拉破坏（FlexuralTension）、受弯破坏（FlexuralCompression）、斜向劈裂破坏（DiagonalSplitting）、剪切破坏（ShearFailure）及构造破坏（SecondaryModesofFailure）。但在公式推导时，Kriz和Raths未区分破坏模式。1974年，Hermansen和Cowan[4]共对40个牛腿进行了试验研究，通过对照5个单牛腿的试验，证明了双牛腿的受力性能与单牛腿相同。根据试验现象，将破坏模态主要分为三种：剪切破坏、受弯破坏和构造破坏。其中，剪切破坏是由牛腿的剪切裂缝引起，破坏形态表现为牛腿的整体平移；受弯破坏是由牛腿的主筋屈服造成的，破坏形态表现为牛腿的整体旋转；而构造破坏可以通过相关构造措施加以避免。Hermansen和Cowan认为，混凝土的内聚力c和摩擦角tanφ与混凝土强度等级无关，因此提出的基于剪摩擦理论、受弯破坏准则的牛腿承载力计算公式中不含混凝土强度这一影响因素。同年，丁斌彦[2,30]通过试验研究表明，根据剪跨比，牛腿有三种类型破坏模态：弯
λ<0.1）。弯压破坏的特征是：斜裂缝开展后不断地向受压区延伸，但很少有分支，斜裂缝外侧部分绕牛腿斜边下端点转动（如图1.4a）。斜压破坏的特征是：对于箍筋较多的构件，出现斜裂缝后随着荷载的增加，出现大量短小斜裂缝（如图1.4b）；对于箍筋不足的构件，不会出现短小斜裂缝，而是斜裂缝开展到一定程度后突然断裂（如图1.4c，或称“劈裂破坏”）。剪切破坏（或称“直剪破坏”）的特征是：牛腿与柱交界面处出现一系列短斜裂缝，最后沿此裂缝发生断裂破坏（如图1.4d）。(a)弯压破坏(b)斜压破坏(c)劈裂破坏(d)直剪破坏图1.4RC牛腿破坏模态Fig.1.4RCCorbelFailureModes同时，丁斌彦采用弯矩平衡分析RC牛腿的承载力，并在此基础上推导了含水平力作用的牛腿承载力公式，被我国《混凝土结构设计规范》所采用。1976年，Mattock等[5]对28个牛腿进行试验研究，并提出牛腿的承载力计算公式，被美国ACI318-14规范所采用。Mattock等将牛腿的破坏模态分为三种类型：受弯破坏（FlexuralFailure）、斜拉破坏（DiagonalTensionFailure）、剪压破坏（Beam-ShearTypeFailure）。以剪摩擦理论、弯曲理论分别分析了梁剪破坏和受弯破坏情况下的承载力，并取小值作为设计值。Mattock等提出的剪摩擦理论公式参照了其先前提出的模型[6]，并考虑了水平作用力的影响。1983年，Hagberg[7]总结了欧洲与美国关于牛腿的常规设计方法及相关文献，基于破坏时的试验现象提出一些基本假设，并基于桁架模型提出了牛腿的承载力计算公式。该模型考虑了主筋、箍筋、混凝土和垫块的影响，并计算了压杆压溃及拉杆屈服时的牛腿承载力。1989年，Fattuhi和Hughes[8]对钢纤维混凝土牛腿与RC牛腿进行对比试验研究，表明：添加钢纤维可提高牛腿的抗弯强度、抗剪强度和延性，且钢
【参考文献】：
期刊论文
[1]再生混凝土框架节点受剪承载力计算新方法[J]. 王国林,陈明珠,祁尚远. 混凝土. 2018(07)
[2]一种预测深受弯构件受剪承载力的协调方法[J]. 王国林,孟少平,黄仕平. 建筑结构. 2009(04)
[3]基于改进拉-压杆模型的预应力混凝土深受弯构件受剪承载力预测[J]. 王国林,孟少平,张运涛,孙巍巍. 东南大学学报(自然科学版). 2007(05)
[4]钢筋混凝土牛腿中水平钢筋的作用及设计方法[J]. 苏三庆,丰定国,王清敏. 西安冶金建筑学院学报. 1990 (02)
[5]小剪跨牛腿的性能和承载能力[J]. 李建华. 工业建筑. 1989(12)
[6]钢筋混凝土牛腿的计算(二)[J]. 丁斌彦. 冶金建筑. 1974(03)
[7]钢筋混凝土牛腿的计算[J]. 丁斌彦. 冶金建筑. 1974(02)
博士论文
[1]预应力混凝土连续箱梁局部应力分析及拉—压杆设计[D]. 张文学.同济大学 2007
硕士论文
[1]钢筋混凝土牛腿基于拉压杆模型的抗剪承载力分析[D]. 王小兵.华北水利水电大学 2016
[2]新型全预制装配式混凝土框架节点的研究[D]. 黄祥海.东南大学 2006
[3]钢筋钢纤纤维混凝土牛腿力学性能试验研究[D]. 徐磊.郑州大学 2002
本文编号：2959311
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
厂房RFig.1.2BeamsLappedon
小于牛腿与柱交接面处尺寸的一半，以避免沿牛腿斜边的局部剪切破坏；3）垫板下混凝土的局压应力不应大于0.5fc"，以避免垫板下的局压破坏；4）垫板外边缘与牛腿外边缘的最小距离应大于2in（50mm）（即图1.3中的e），以避免沿牛腿外边缘破坏，同时确保主筋的受力性能得以发挥；5）封闭的水平箍筋应均匀分布在靠近主筋的(2/3)d范围内；6）主筋As的横截面积不应小于0.004bd，水平箍筋的横截面积Ah不应小于0.5As，并规定两者的总配筋率需小于2%；7）当牛腿承受竖向作用力和水平作用力时，应将垫块与主钢焊接以传递水平力。图1.3RC牛腿Fig.1.3DetailsofRCCorbelKriz和Raths根据试验现象的不同，将RC牛腿的破坏模态主要分为五种类型：弯拉破坏（FlexuralTension）、受弯破坏（FlexuralCompression）、斜向劈裂破坏（DiagonalSplitting）、剪切破坏（ShearFailure）及构造破坏（SecondaryModesofFailure）。但在公式推导时，Kriz和Raths未区分破坏模式。1974年，Hermansen和Cowan[4]共对40个牛腿进行了试验研究，通过对照5个单牛腿的试验，证明了双牛腿的受力性能与单牛腿相同。根据试验现象，将破坏模态主要分为三种：剪切破坏、受弯破坏和构造破坏。其中，剪切破坏是由牛腿的剪切裂缝引起，破坏形态表现为牛腿的整体平移；受弯破坏是由牛腿的主筋屈服造成的，破坏形态表现为牛腿的整体旋转；而构造破坏可以通过相关构造措施加以避免。Hermansen和Cowan认为，混凝土的内聚力c和摩擦角tanφ与混凝土强度等级无关，因此提出的基于剪摩擦理论、受弯破坏准则的牛腿承载力计算公式中不含混凝土强度这一影响因素。同年，丁斌彦[2,30]通过试验研究表明，根据剪跨比，牛腿有三种类型破坏模态：弯
λ<0.1）。弯压破坏的特征是：斜裂缝开展后不断地向受压区延伸，但很少有分支，斜裂缝外侧部分绕牛腿斜边下端点转动（如图1.4a）。斜压破坏的特征是：对于箍筋较多的构件，出现斜裂缝后随着荷载的增加，出现大量短小斜裂缝（如图1.4b）；对于箍筋不足的构件，不会出现短小斜裂缝，而是斜裂缝开展到一定程度后突然断裂（如图1.4c，或称“劈裂破坏”）。剪切破坏（或称“直剪破坏”）的特征是：牛腿与柱交界面处出现一系列短斜裂缝，最后沿此裂缝发生断裂破坏（如图1.4d）。(a)弯压破坏(b)斜压破坏(c)劈裂破坏(d)直剪破坏图1.4RC牛腿破坏模态Fig.1.4RCCorbelFailureModes同时，丁斌彦采用弯矩平衡分析RC牛腿的承载力，并在此基础上推导了含水平力作用的牛腿承载力公式，被我国《混凝土结构设计规范》所采用。1976年，Mattock等[5]对28个牛腿进行试验研究，并提出牛腿的承载力计算公式，被美国ACI318-14规范所采用。Mattock等将牛腿的破坏模态分为三种类型：受弯破坏（FlexuralFailure）、斜拉破坏（DiagonalTensionFailure）、剪压破坏（Beam-ShearTypeFailure）。以剪摩擦理论、弯曲理论分别分析了梁剪破坏和受弯破坏情况下的承载力，并取小值作为设计值。Mattock等提出的剪摩擦理论公式参照了其先前提出的模型[6]，并考虑了水平作用力的影响。1983年，Hagberg[7]总结了欧洲与美国关于牛腿的常规设计方法及相关文献，基于破坏时的试验现象提出一些基本假设，并基于桁架模型提出了牛腿的承载力计算公式。该模型考虑了主筋、箍筋、混凝土和垫块的影响，并计算了压杆压溃及拉杆屈服时的牛腿承载力。1989年，Fattuhi和Hughes[8]对钢纤维混凝土牛腿与RC牛腿进行对比试验研究，表明：添加钢纤维可提高牛腿的抗弯强度、抗剪强度和延性，且钢
【参考文献】：
期刊论文
[1]再生混凝土框架节点受剪承载力计算新方法[J]. 王国林,陈明珠,祁尚远. 混凝土. 2018(07)
[2]一种预测深受弯构件受剪承载力的协调方法[J]. 王国林,孟少平,黄仕平. 建筑结构. 2009(04)
[3]基于改进拉-压杆模型的预应力混凝土深受弯构件受剪承载力预测[J]. 王国林,孟少平,张运涛,孙巍巍. 东南大学学报(自然科学版). 2007(05)
[4]钢筋混凝土牛腿中水平钢筋的作用及设计方法[J]. 苏三庆,丰定国,王清敏. 西安冶金建筑学院学报. 1990 (02)
[5]小剪跨牛腿的性能和承载能力[J]. 李建华. 工业建筑. 1989(12)
[6]钢筋混凝土牛腿的计算(二)[J]. 丁斌彦. 冶金建筑. 1974(03)
[7]钢筋混凝土牛腿的计算[J]. 丁斌彦. 冶金建筑. 1974(02)
博士论文
[1]预应力混凝土连续箱梁局部应力分析及拉—压杆设计[D]. 张文学.同济大学 2007
硕士论文
[1]钢筋混凝土牛腿基于拉压杆模型的抗剪承载力分析[D]. 王小兵.华北水利水电大学 2016
[2]新型全预制装配式混凝土框架节点的研究[D]. 黄祥海.东南大学 2006
[3]钢筋钢纤纤维混凝土牛腿力学性能试验研究[D]. 徐磊.郑州大学 2002
本文编号：2959311
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