混凝土槽形薄壁梁翹曲扭轉效應分析及試驗研究

《混凝土槽形薄壁梁翹曲扭轉效應分析及試驗研究》是依託北京航空航天大學，由葉英華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：混凝土槽形薄壁梁翹曲扭轉效應分析及試驗研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：葉英華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

混凝土槽形薄壁梁具有建築高度低、造型美觀、隔音效果好的優點，在城市軌道和道路橋樑中套用較多。槽形薄壁梁是由兩側腹板與底板固結而成的空間結構體系，存在彎剪扭複合作用效應，基於變角空間桁架理論的現行設計規範抗扭計算未覆蓋該類開口薄壁截面。已有的混凝土槽形薄壁梁的研究主要集中在對稱豎向載入試驗和彈性數值分析方面，很少考慮扭轉或翹曲扭轉效應的影響。本項目擬研究混凝土槽形薄壁梁扭轉或彎扭、彎剪扭複合作用下的受力機理、破壞形態和承載能力。採用理論推導、有限元分析和試驗研究的方法，研究受扭槽形薄壁梁中翹曲扭轉和聖維南扭轉的分配規律以及隨跨高比、約束條件變化的規律；研究槽形薄壁梁在彎扭、剪扭、彎剪扭複合作用下的力學性能和承載力變化規律；研究模擬受扭特徵的槽形薄壁梁載入和試驗方法；提出混凝土槽形薄壁梁受扭或彎剪扭複合作用下的設計計算和構造方法，為混凝土槽形薄壁梁的工程設計提供依據。

結題摘要

本項目完成6個大比例（7m跨度）鋼筋混凝土U型薄壁梁在純扭或彎剪扭作用下的載入試驗，考慮彎扭載入比例、配筋率等參數，獲得U型薄壁梁裂縫發展和分布、縱筋和箍筋應變分布、破壞形態等試驗數據。試驗結果表明，U型薄壁構件約束扭轉或約束扭轉、彎剪綜合作用下的破壞形態由翹曲彎矩和彎矩組合效應控制；縱筋屈服前扭轉和剪下效應較小，且翹曲扭轉和聖維南扭轉的比例基本不變。縱筋屈服後，約束扭轉減弱，聖維南扭轉迅速增加至總扭矩的80%；U型薄壁梁在不同比例彎剪扭複合作用下，其破壞形態由純扭的翹曲彎破壞，及彎扭比例1:1時翹曲彎與彎矩組合的單側腹板彎曲破壞，到彎扭比例5:1時彎矩主導的彎曲破壞。可見，彎剪紐組合作用下U型截面薄壁板內外應力、裂縫分布和破壞形態的差異，由約束扭轉效應（自由扭矩所占比例）和彎扭比例決定。基於試驗結果、Vlasov薄壁彈性理論和變角空間桁架模型，研究建立了U型薄壁純扭構件非線性分析模型，該模型非線性分析結果與試驗結果吻合較好；研究提出了混凝土U型薄壁梁受扭或彎剪扭複合作用下承載力統一計算公式，計算結果與試驗結果吻合較好，為混凝土槽形薄壁梁的工程設計提供了依據。 項目研究成果發表和錄用學術論文7篇，其中2篇為SCI收錄的國際著名期刊Structure Engineering和Structural Engineering and Mechanics，4篇為EI收錄的建築結構學報等學術期刊。培養博士研究生2人、碩士研究生5人。項目研究的部分成果2014年獲得北京市科技進步貳等獎。