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高强热轧钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅规律研究

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摘要

第一章绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外塑性铰转动能力研究现状

1.2.2国内外钢筋应变渗透研究现状

1.2.3国内外弯矩调幅研究现状

1.3存在的问题

1.4本文开展的工作

第二章试件设计与制作

2.1引言

2.2试件设计

2.3钢筋应变片的布置

2.4试件制作

2.5材料性能

2.5.1钢筋材料性能

2.5.2混凝土材料性能

第三章高强热轧钢筋作纵筋的混凝土框架试验

3.1引言

3.2试验方案

3.2.1试验装置

3.2.2测试内容以及方法

3.2.3加载制度

3.3试验过程与试验现象

3.3.1试件KJ-1

3.3.2试件KJ-2

3.3.3试件KJ-3

3.3.4试件KJ-4

3.3.5试件KJ-5

3.3.6试件KJ-6

3.4试验结果

3.4.1框架梁荷载-变形曲线中各特征点

3.4.2梁端塑性铰区范围内钢筋应变分析

3.4.3由应变渗透引起的梁端附加转角值计算

3.5小结

第四章高强热轧钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅规律

4.1引言

4.2塑性铰的产生与特点

4.3梁端塑性铰转动能力分析

4.3.1影响梁端塑性铰转角相关参数计算

4.3.2梁端等效塑性铰长度计算公式建立

4.4梁端弯矩调幅分析

4.4.1梁端调幅对象的确定

4.4.2梁端弯矩调幅过程

4.4.3第一阶段梁端弯矩调幅

4.4.4第二阶段梁端弯矩调幅

4.5梁端弯矩调幅系数计算公式实用化处理及设计建议

4.5.1弯矩调幅系数计算公式实用化处理

4.5.2设计建议

4.5.3配置高强钢筋混凝土框架设计实例

4.6小结

第五章结论与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

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摘要

在混凝土结构工程中推广应用高强热轧钢筋可以节约资源,减少环境污染,是实现节能减排的重要途径。HRB500钢筋已纳入《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),HRB600钢筋也已纳入《钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2013)。
  《钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程》CECS51-93中弯矩调幅系数的取值是基于用HPB235和HRB335钢筋作纵筋的连续梁及框架试验结果编制的。由于钢筋屈服强度的提高,高强热轧钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅将呈现新特点:(1)梁的受拉区混凝土进入受拉塑性、受拉边缘混凝土开裂、裂缝发展直至纵向钢筋受拉屈服这一过程变长,这一阶段对应的弯矩调幅幅度变大;(2)由于纵向钢筋屈服强度提高,塑性铰出现推迟,相对受压区高度相同时框架梁端塑性铰的转动能力减小;(3)由于纵向钢筋屈服强度提高,锚固于节点内的框架梁端控制截面的纵向受拉钢筋应变渗透引起的附加转角对弯矩调幅的影响会更加明显。因此,开展高强热轧钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅规律研究,具有重要的理论意义和工程实践价值。
  完成了HRB500钢筋作纵向受力钢筋,混凝土强度等级为C40、C50、C60,梁端控制截面相对受压区高度为0.1、0.2、0.3、0.4,柱截面尺寸为250mm×250mm、250mm×350mm、250mm×450mm,梁截面尺寸均为180mm×300mm的6榀单层两跨框架弯矩调幅试验。每跨框架梁均为三分点对称加载。为考察梁柱节点内及梁端塑性铰区纵向受拉钢筋在加载过程中拉应变的变化规律,在梁柱节点和梁端1.5h0(h0为梁有效高度)范围内的框架梁受拉纵筋上按40mm间距密布钢筋应变片。梁端控制截面纵向受拉钢筋达到屈服时刻对应的曲率为截面的屈服曲率ψy,梁端控制截面受压边缘达到混凝土极限压应变时刻对应的曲率为截面的极限曲率ψu。梁端控制截面达到正截面承载能力极限状态时纵向受拉钢筋拉应变不低于屈服应变的区段的长度为实际塑性铰长度。按与实际塑性铰区长度范围内塑性曲率分布曲线所围面积相等的原则,对应高度为(ψu-ψy)的矩形区段的长度为等效塑性铰长度。试验结果表明,等效塑性铰长度随着相对受压区高度ξ的增加而减小。基于试验结果,建立了与相对受压区高度ξ呈反比例函数减小的等效塑性铰长度计算公式。
  分纵向受拉钢筋屈服前、后两阶段考察高强热轧钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅规律:第一阶段弯矩调幅系数β1为梁端控制截面从混凝土进入受拉塑性到受拉钢筋屈服的弯矩调幅系数。发现这一阶段弯矩调幅系数β1随θy的增大而增大,随梁端控制截面相对受压区高度ξ的增大而减小。基于试验结果,建立了与ξ呈幂函数减小、与θy呈线性增长的框架梁端第一阶段弯矩调幅系数β1计算公式;第二阶段弯矩调幅系数βⅡ为从塑性铰出现至控制截面受压边缘达到混凝土极限压应变的弯矩调幅系数。随着梁端控制截面相对受压区高度ξ的增大以及梁端附加塑性转角(θu-θy)的减小,第二阶段弯矩调幅系数βⅡ减小。基于试验结果,建立了与塑性铰转角θp,∑(塑性铰区范围内的塑性转角θp与应变渗透引起的梁端附加塑性转角(θu-θy)之和)呈幂函数增长的第二阶段弯矩调幅系数βn计算公式。
  最后,以控制截面相对受压区高度、受拉纵筋直锚段相对锚固长度为自变量对HRB500钢筋作纵筋的框架梁端弯矩调幅系数计算公式进行了实用化处理。

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