混合結(jié)構(gòu)中PBL剪力鍵群的力學(xué)特性研究.pdf

1、論文首先總結(jié)了當(dāng)前PBL剪力鍵的研究成果，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了3批次28組較大規(guī)模的PBL剪力鍵試驗(yàn)，深入研究混合結(jié)構(gòu)中PBL剪力鍵的靜力性能及變形特征，揭示PBL剪力鍵的承載機(jī)理，厘清剪力鍵群與單個(gè)剪力鍵之間的內(nèi)在關(guān)系，精確評(píng)估混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵群的極限承載能力，探索PBL剪力鍵群的荷載傳遞規(guī)律，提出適合于工程計(jì)算的PBL剪力鍵群荷載傳遞模型。為此，主要完成了以下六個(gè)方面的研究工作:
　　(1)為獲得剪力鍵內(nèi)鋼筋混凝土榫及垂直

2、于開孔板面的約束等微觀力學(xué)特征，引入分布式傳感光纖測(cè)試系統(tǒng)，有效地捕捉了PBL剪力鍵核心構(gòu)件的應(yīng)變分布特征;基于彈性地基梁理論和改進(jìn)的共軛梁理論，分析了穿孔鋼筋的力學(xué)行為和變形特性，提出了PBL剪力鍵屈服滑移的理論計(jì)算公式;基于對(duì)外圍混凝土中橫向鋼筋的分布式應(yīng)變測(cè)量，并結(jié)合理論分析，給出了PBL剪力鍵開孔板界面間豎向滑移與橫向膨脹變形的關(guān)系曲線，為剪力鍵承載機(jī)理的研究奠定了試驗(yàn)基礎(chǔ)。對(duì)承載機(jī)理試件的試驗(yàn)研究表明:在剪力鍵屈服滑移以前穿孔

3、鋼筋的銷栓作用對(duì)剪力鍵的承載力貢獻(xiàn)較小，而在加載后期，由于穿孔鋼筋剪切曲折引起的“索效應(yīng)”使得銷栓作用漸趨明顯。
　　(2)根據(jù)混凝土結(jié)合面的剪力傳遞理論，并結(jié)合有限元分析，闡明了基于剪力-摩擦理論的PBL剪力鍵的剪力承載機(jī)理，即:混凝土榫在外荷載作用下產(chǎn)生斷裂，斷裂面相對(duì)滑移時(shí)其骨料的相互嵌鎖導(dǎo)致界面間產(chǎn)生橫向膨脹變形，使得垂直于開孔板面約束鋼筋的反向夾持作用得到逐步發(fā)揮，進(jìn)而在開孔板開孔附近的橢圓形區(qū)域產(chǎn)生了較大的剪切—摩擦效

4、應(yīng)，連同開孔板界面間的粘聚力及穿孔鋼筋的插銷作用，構(gòu)成了混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵承載力的三大組成部分。基于對(duì)混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵承載機(jī)理的分析，給出了PBL剪力鍵單鍵的極限承載力計(jì)算公式，與試驗(yàn)結(jié)果比較表明公式具有較高的精度。
　　(3)混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵與疊合梁PBL剪力鍵力學(xué)行為的主要區(qū)別來(lái)源于橫向約束的顯著不同，為此基于PBL剪力鍵承載機(jī)理的剪力-摩擦理論的相關(guān)限制條件，研究確定PBL剪力鍵橫向約束的上限和下限指標(biāo);基于混凝土

5、局部分析的拉壓桿模型和混凝土的局部承壓理論，提出了PBL剪力鍵合理構(gòu)造及具體指標(biāo)的計(jì)算公式，分析研究了多排剪力鍵避免劈裂破壞的理論最小間距需求，為工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論支撐。
　　(4)基于非線性有限元數(shù)值模擬方法，引入金屬材料的延性損傷及剪切損傷本構(gòu)模型，深入研究了多排PBL剪力鍵群中穿孔鋼筋的塑形變形、損傷發(fā)展及失效特性，給出了由穿孔鋼筋漸進(jìn)損傷導(dǎo)致的“索效應(yīng)”折減系數(shù)和剪力-摩擦效應(yīng)損傷折減系數(shù)的計(jì)算方法，提出PBL剪力鍵群

6、極限承載能力的計(jì)算公式;基于大量的PBL剪力鍵的試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，提出PBL剪力鍵彈性剛度的計(jì)算公式;結(jié)合剪力鍵的剪力-摩擦承載機(jī)理，綜合確定了混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵群的正常使用極限狀態(tài)指標(biāo);基于快速模擬退火算法，提出了準(zhǔn)確的多參數(shù)的PBL剪力鍵荷載-滑移本構(gòu)方程。
　　(5)為明晰多排多列剪力鍵之間的相互影響，通過(guò)對(duì)穿孔鋼筋的夾持力作用的彈簧比擬，基于彈性地基板理論，提出了剪力鍵的影響作用半徑的計(jì)算公式。基于分布式光纖的剪力鍵開孔板應(yīng)

7、變分布研究表明:開孔板面沿加載方向的空間應(yīng)變分布可退化為二維平面化的應(yīng)變分布;沿加載方向開孔板的歸一化應(yīng)變可采用Lorentz曲線來(lái)表征?；赑BL剪力鍵歸一化應(yīng)變的Lorentz分布曲線的數(shù)學(xué)特征，引入連續(xù)化的分析方法，推導(dǎo)了剪力鍵群豎向受力的基本微分方程，提出了PBL剪力鍵群荷載傳遞模型及其迭代算法。與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，該算法計(jì)算方便、理論意義明確，具有足夠的工程精度。
　　(6)為數(shù)值模擬剪力鍵群的承載能力及荷載傳遞行為，引