復(fù)合受力下鋼筋混凝土構(gòu)件承載力的統(tǒng)一表達(dá).pdf

1、在各種災(zāi)害作用下,鋼筋混凝土構(gòu)件的復(fù)雜受力實(shí)際是由軸力、彎矩、剪力、扭矩的不同組合形成,其破壞機(jī)理十分復(fù)雜。目前,除軸力、彎矩單一受力情況國(guó)內(nèi)外有比較統(tǒng)一的計(jì)算方法外,對(duì)剪、扭加入引起的破壞理論并不統(tǒng)一。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件在復(fù)合受力作用下的研究已取得許多成果。一些靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到的承載力計(jì)算公式,如我國(guó)現(xiàn)行的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,缺少統(tǒng)一的理論基礎(chǔ),各回歸公式之間也不存在內(nèi)在聯(lián)系。多年來(lái),眾學(xué)者一直致力于鋼筋混

2、凝土構(gòu)件組合受力統(tǒng)一破壞理論的研究,利用協(xié)調(diào),平衡和本構(gòu)關(guān)系對(duì)構(gòu)件受復(fù)合力作用進(jìn)行全過(guò)程分析,取得了一些領(lǐng)先的成果。目前僅有這種理論可以分析鋼筋混凝土構(gòu)件受拉-壓彎剪扭作用的破壞機(jī)理,但由于在計(jì)算中引入?yún)f(xié)調(diào)條件使計(jì)算變得復(fù)雜,讓工程界難以接受。一個(gè)成熟的理論,它應(yīng)該在理論上是統(tǒng)一的,在表達(dá)上是簡(jiǎn)明的。總之,與相對(duì)完善和成熟的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論相比,鋼筋混凝土構(gòu)件在復(fù)合力作用下的破壞理論還不夠成熟。
　　為方便工程應(yīng)用,尤其是分析構(gòu)件在

3、災(zāi)難荷載作用下的破壞,本文針對(duì)量大面廣的矩形斷面的鋼筋混凝土構(gòu)件在軸力、彎矩、剪力、扭矩共同作用下的破壞提出了一個(gè)形式簡(jiǎn)單并且能展示構(gòu)件破壞機(jī)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(zhǔn)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(yīng)力分布,從而得到構(gòu)件承受復(fù)合力破壞時(shí)各個(gè)外力的相互關(guān)系。依據(jù)極限分析中下限解定理可知,本文得到的結(jié)果是一個(gè)偏于安全的極限下限解,本文尋找的極限應(yīng)力狀態(tài)越接近實(shí)際情況,這個(gè)下限解應(yīng)該越接近真實(shí)

4、解。
　　根據(jù)大量試驗(yàn)現(xiàn)象可知,構(gòu)件在承受的軸壓力相對(duì)較小時(shí),構(gòu)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(dān)的荷載越來(lái)越大,直到構(gòu)件破壞,此類破壞為延性破壞;而在構(gòu)件承受軸壓力相對(duì)較大時(shí),在混凝土先被壓碎的同時(shí)構(gòu)件也隨之完全破壞,幾乎沒(méi)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(shí),根據(jù)兩類破壞模式的不同機(jī)理,分別建立了破壞方程。

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

6、詳細(xì)的分析。通過(guò)對(duì)理論和試驗(yàn)研究的分析,本文總結(jié)出破壞面上的鋼筋的貢獻(xiàn),由于不需借助協(xié)調(diào)條件進(jìn)行計(jì)算,表達(dá)簡(jiǎn)單便于應(yīng)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(kāi)裂后可繼續(xù)承擔(dān)部分外力,本文提出了一種簡(jiǎn)便的計(jì)算方法,僅需一個(gè)可以簡(jiǎn)單計(jì)算的折減系數(shù)kT,便可量化受拉開(kāi)裂區(qū)混凝土的貢獻(xiàn)。對(duì)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)且受壓破壞的混凝土,可以用主應(yīng)力空間混凝土三維破壞準(zhǔn)則計(jì)算應(yīng)力狀態(tài)。這樣,破壞面上的混凝土的應(yīng)力分布得到了簡(jiǎn)

7、單并較為準(zhǔn)確的量化。由于構(gòu)件承受復(fù)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(gòu)件受拉-壓彎剪扭作用下的破壞方程可以用非常簡(jiǎn)明的方式表達(dá)出來(lái),同時(shí)破壞方程還清晰的表現(xiàn)了各個(gè)外力間的相互關(guān)系。
　　脆性破壞的最明顯的特征是,隨著混凝土先被壓壞構(gòu)件也破壞,此時(shí)混凝土的應(yīng)力狀態(tài)直接決定著構(gòu)件的狀態(tài)。根據(jù)破壞機(jī)理,本文尋找到了構(gòu)件受復(fù)合力作用時(shí)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力的分布,當(dāng)混凝土的應(yīng)力狀態(tài)滿足主應(yīng)力空間內(nèi)三

8、維破壞準(zhǔn)則時(shí),認(rèn)為構(gòu)件破壞。得到的分析方法計(jì)算簡(jiǎn)單,便于應(yīng)用,并反映了構(gòu)件破壞的最主要特征。
　　經(jīng)和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比后發(fā)現(xiàn),本文得到的破壞理論與實(shí)際破壞情況吻合較好。
　　本文用相同的分析方法對(duì)更復(fù)雜的受力情況,即矩形截面鋼筋混凝土構(gòu)件受雙向拉-壓彎剪扭作用時(shí)的破壞情況,進(jìn)行了初步探索。和試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn),本文理論取得了比較理想的結(jié)果。
　　與現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相比,統(tǒng)一破壞理論不僅計(jì)算出的極限承載力更為準(zhǔn)確,還能展示出