混凝土箱梁抗剪性能试验研究

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1、学校代号：10532学号：B0901S0009密级：湖南大学博士学位论文混凝土箱梁抗剪性能试验研究国家自然科学基金项目（51078134）教育部高等学校博士点基金项目（20120161110021）学位申请人姓名：郑辉导师姓名及职称：方志教授培养单位：土木工程学院专业名称：混凝土结构设计基本理论论文提交日期：2014年9月10日论文答辩日期：2014年12月29日答辩委员会主席：刘光栋教授TheexperimentstudyofshearbehaviorofconcreteboxgirderbyZHENGHuiB.E.(HunanUniversity)2008Adissertatio

2、nsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinBridgeandTunnelEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorFANGZhiSeptember,2014混凝土箱梁抗剪性能试验研究摘要钢筋混凝土构件抗剪强度问题一直是研究人员与工程师十分关心的问题，但对钢筋混凝土构件的剪切破坏机理的认识还在不断深入，各国规范中有关抗剪承载力计算大多采用半经验半理论公式，不同的理论模型、试验

3、数据及工程习惯导致各国规范公式之间存在较大差异。大跨混凝土桥梁结构一般采用预应力箱梁，而目前国内外配筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式主要建立在矩形、I形以及T形截面梁试验结果的基础上。针对箱形截面梁抗剪承载力试验及理论研究较少，通常只将箱形截面简化成等效工字形截面进行计算。另外，大跨箱梁一般均采用三向预应力体系，除纵向预应力筋和顶板的横向预应力筋外，还配置有竖向预应力筋，而目前鲜见针对配置竖向预应力筋混凝土箱梁抗剪承载力的研究。轻质、高强、耐久是混凝土桥梁发展重点关注课题之一，高性能混凝土以其良好的材料性能有望为该课题提供有效的解决途径，但目前国内外学者对高性能混凝土梁受剪性能的试验及

4、理论研究较少。本文结合国家自然科学基金资助项目“基于高性能材料的特大跨径混凝土斜拉桥的结构性能”（51078134）及教育部高校博士点基金项目“超高性能混凝土箱梁的受力性能及设计方法”（20120161110021）对混凝土箱梁，特别是配置竖向预应力筋箱梁及高性能混凝土箱梁受剪性能进行研究，主要研究内容如下：（1）以某钢筋混凝土箱梁为原型，按截面主要尺寸基本相似的原则，制作了1:10与1:5两种比例4片钢筋混凝土试验梁，研究了箱形截面梁与等效工字形截面梁抗剪性能的差异，并比较不同比例下模型试验梁的尺寸效应。结果表明：箱梁抗剪承载力比等效工字形截面梁约低8.5%，利用等效工字形梁的公式

5、进行箱梁抗剪承载力计算可能偏于不安全；试件尺寸增加一倍，箱梁抗剪承载力试验值与理论值之比降低3.9%，工字梁降低3.0%。采用基于修正压力场理论的双截面法、单截面法、简化分析法、有限单元法对试验梁抗剪承载能力进行了分析，各方法计算值与试验值之比的均值分别为0.92、0.88、0.81、0.97，说明以修正压力场理论为基础的分析方法可较好地计算箱形截面梁的抗剪承载力。（2）对2片配置HRB400级的竖向预应力筋箱梁及4片配置高强竖向预应力筋（1860级钢绞线）工字梁进行了受剪试验，研究了竖向预应力筋张拉与不张拉，预应力孔道灌浆与不灌浆，纵向预应力的施加等因素对配置竖向预应力筋混凝土梁抗

6、剪性能的影响，对比分析了不同参数下试验梁的破坏形态、裂缝行为、荷载-挠度关系、开裂荷载、抗剪承载能力、腹板平均应变、混凝土平均应变角及竖向预应力筋应变等发展规律。结果表明：施加竖向预压应力可提高腹板开裂II博士学位论文荷载，并对抗剪承载力有积极贡献，但如果竖向预应力孔道灌浆不饱满则会对抗剪承载力产生很大折减。剪切破坏时，无论是配置HRB400级竖向预应力筋的箱梁还是配置高强竖向预应力筋的试验梁，竖向抗剪钢筋是否张拉对加载过程中抗剪钢筋应变增量的影响较小，施加竖向预应力主要通过使高强抗剪钢筋强度得到充分发挥来提高其抗剪承载能力。考虑初始竖向预压应力影响，修正了压力场理论的基本方程，提出

7、了配置竖向预应力筋混凝土梁抗剪承载力的计算方法，编制了相应的非线性分析程序，所提方法计算结果与试验结果吻合较好。（3）通过对10片预应力高性能活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，RPC）箱梁进行荷载试验，研究了配箍率、剪跨比等参数对RPC箱梁抗剪性能的影响，对比分析了不同参数下试验梁的破坏形态、荷载-挠度关系、开裂荷载及抗剪承载能力、腹板主压应变角、箍筋应变等的发展规律。结果表明：在室内自然条件下养护，掺入体积掺量为2%钢纤维的R