【摘要】：一種具有獨特端部配筋的鋼筋混凝土框架式涵洞結(jié)構(gòu)在美國部分地區(qū)應(yīng)用廣泛,該類結(jié)構(gòu)主要承受車輛輪壓等荷載。這些涵洞使用近半個世紀以來,雖然在涵洞結(jié)構(gòu)的底部出現(xiàn)輕微的縱向裂縫,但涵洞結(jié)構(gòu)卻從未出現(xiàn)過重大的損傷和性能退化現(xiàn)象。為進一步明確這類涵洞結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)和承載力,為后續(xù)該類結(jié)構(gòu)的維護或加固工作提供技術(shù)支持,本課題組與美國特拉華大學(xué)合作,對該類結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)和承載力進行研究。在試驗研究的基礎(chǔ)上,對四個典型試件的破壞全過程、破壞形態(tài)和承載力進行了有限元模擬分析。通過選取合適的材料本構(gòu)關(guān)系,與ABAQUS提供的混凝土損傷塑性模型結(jié)合起來,對混凝土損傷塑性本構(gòu)關(guān)系參數(shù)的確定方法進行研究,并將試驗和有限元模擬結(jié)果進行對比,驗證所選參數(shù)的合理性。在對試件有限元模擬的基礎(chǔ)上,分析四個典型試件的破壞全過程,結(jié)果表明,在跨中集中加載、兩點對稱加載和兩點非對稱加載三種加載方式下,試件的破壞形態(tài)均為剪壓破壞,在兩點對稱加載下的承載力約達到跨中集中加載下承載力的兩倍。在此基礎(chǔ)上,對大寬度試件進行有限元模擬,結(jié)果表明:大寬度試件的破壞形態(tài)由剪壓破壞轉(zhuǎn)變?yōu)闆_切破壞,試件的豎向位移變化較小,而承載力大大提高。分析表明,對于四個典型試件,當(dāng)荷載值約達到破壞荷載的一半時,試件端部彎起鋼筋才出現(xiàn)較明顯的拉力,即彎起鋼筋的存在延緩了試件端部混凝土的破壞,與端部不配筋情況相比,對提高試件承載力有一定貢獻。分別利用中美歐加四國規(guī)范和基于塑性鉸假定的框架計算理論,對試件的承載力進行計算分析,結(jié)果表明:對于試件的受彎承載力,各國規(guī)范得到的計算結(jié)果均偏保守,而框架計算理論的計算結(jié)果與試驗結(jié)果符合較好。對于試件的受剪承載力,AASHTO MCFT采用基于修正壓力場理論的受剪模型得到的計算結(jié)果精度較好。最后,對大寬度試件有效寬度的取值進行了研究,提出了改進方法,并基于改進后的有效寬度值,建立試件的承載力計算公式。
[Abstract]:A reinforced concrete frame culvert structure with unique end reinforcement is widely used in some parts of the United States. Since the use of these culverts for nearly half a century, although there have been slight longitudinal cracks at the bottom of culverts, there has never been any significant damage and performance degradation in culverts. In order to further clarify the failure form and bearing capacity of this kind of culvert structure and provide technical support for the subsequent maintenance or reinforcement of this kind of structure, our team cooperated with the University of Delaware in the United States. The failure mode and bearing capacity of this kind of structure are studied. On the basis of experimental study, the failure process, failure form and bearing capacity of four typical specimens were simulated by finite element method. By selecting appropriate material constitutive relation and combining with the concrete damage plastic model provided by ABAQUS, the method of determining the parameters of concrete damage plastic constitutive relation is studied, and the results of test and finite element simulation are compared. Verify the rationality of the selected parameters. Based on the finite element simulation of the specimen, the failure process of the four typical specimens is analyzed. The results show that, under the three loading modes of concentrated span loading, two point symmetric loading and two point asymmetric loading, The failure modes of the specimens are shear compression failure, and the bearing capacity of the specimens under two-point symmetrical loading is about twice as high as that under concentrated strain-and-span loading. On this basis, the finite element simulation of the large-width specimen is carried out. The results show that the failure mode of the large-width specimen is changed from shear-compression failure to punch-shear failure, the vertical displacement of the specimen is small and the bearing capacity is greatly improved. The analysis shows that for the four typical specimens, when the load value is about half of the failure load, the bending steel bar at the end of the specimen appears more obvious tensile force, that is, the existence of the bending steel bar delays the destruction of concrete at the end of the specimen. Compared with the non-reinforcement at the end, it has a certain contribution to improve the bearing capacity of the specimens. By using the code of China, America, Europe and Canada and the theory of frame calculation based on plastic hinge assumption, the bearing capacity of the specimens is calculated and analyzed. The results show that the calculation results of the flexural capacity of the specimens are conservative. The calculated results of the frame calculation theory are in good agreement with the experimental results. For the shear bearing capacity of the specimen, the shear model based on the modified pressure field theory is used to calculate the shear capacity of the specimen, and the accuracy of the calculation results is good. Finally, the effective width of large width specimen is studied, and an improved method is put forward. Based on the improved effective width value, the bearing capacity calculation formula of the specimen is established.
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U449

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本文編號：2282438