结构混凝土T型梁的受压翼缘剪切评估

1、 本科毕业设计（论文）外文翻译题 目： 结构混凝土T型梁的受压翼缘剪切评估 学生姓名： 王帅 院 （系）： 机械工程学院 专业班级： 土木1202班 指导教师： 高晓梅 完成时间： 2016 年 3月 6 日 结构混凝土T型梁的受压翼缘剪切评估Björn SCHÜTTE*, Viktor SIGRIST混凝土结构研究所，技术汉堡大学，汉堡21073，德国通讯作者：电子邮件：bjoern.schuettetuhh.de ©高等教育出版社和施普林格出版社柏林2014年海德堡摘要：在T型梁从梁肋上的力传递到凸缘有待研究。一般设计过程是基于一个撑杆和节点（或应力场）模型，

2、其包括压力传递和横向拉力。众所周知，撑杆和节点模型代表在最终的结构构件内的力的传递。此过程是有足够的设计目的，在一般情况下，带来的结果是安全的。为了使结构的评估可能值精度度得以提高，为此，双方腹板和翼缘必须更详细地来看待。对于网的剪切分析有一种先进的方法是广义应力场法1。这种方法可以用于处理凸缘，其中经典的假设必须加以调整，特别是考虑到混凝土的抗压强度的应变依赖性，因此，定义一个具有代表性的应变值。 在本贡献的背景和细节，这些方面，并给出了相应的计算程序。理论结果与实验数据进行比较，并显示一个合理的良好的结论。然而，由于有记录的测试数目是非常有限的，所以没有得出结论的结果。 关键词：混凝土结构

3、，结构评估，应力场分析，剪切 1.引言 压缩力从一个波束到其凸缘的腹板的传播通常用撑杆和领带模型的帮助或一个应力场分析2-4的研究。对于一个结构构件的设计，这将导致一个足够安全的结果。然而，对于一个结构的评估可能值得提高精度，并制定更详细的方法。这样的方法示于以下。它是基于一种机械物理模型，所述广义应力场方法1。这种方法采用应力场分析，并结合兼容性考虑极限分析法。值得注意的是，对于使用FIB的型号代码2010腹板抗剪设计的二级近似4是基于这种方法。在这种情况下，对于在从载体或点负载有一定的距离，所谓控制部的截面设计过程进行检测。对这种方法的适应性，纵向应力和应变的凸缘中的分配必须被确定，并且破

4、坏准则成立。在下面，这些方面的背景和细节给出了相应的计算程序。 2.广义应力场的方法 不连续的应力场是一个模型的应力状态，。用于梁的分析，节点和翼缘在该结构的其余部分，其中被引入集中载荷的位置，且平行应力带（或翼缘）的前提。在广义应力场方针的框架1它的前提是，在梁的深度中期应变是在Web应变的状态代表;这个假设已经通过了FIB型号代码20104剪规定。简化，往往在压缩和弦（或挠曲压缩区）的轴线的应变取为零（图1）。 图1示出了居中翼缘，它表示应力和内力的平衡系统和纵向应变的假定分布的自由体图。在该图中，z表示的有效剪切深度和内力的杠杆臂，分别的Fc在压缩弦的力的在张力和弦，时，压力X在纵向加固

5、应变中，x的纵向应变的有效剪切深度的深度中间。具体地，均匀地分布载荷q被箍筋力ASW FY平衡（用ASW表示每单位长度的箍筋，即ASW/ SW的横截面面积）。简化，假设翼缘内主应力和应变的方向一致;因此，灰色实线所示。 1描述了应力和应变的轨迹，分别为。 比约恩·舒特结构混凝土受压翼缘剪切评估T型梁355图1的应力场（居中翼缘），并根据对FIB型号代码2010纵向应变分布自由体图4 基于塑性应力场分析的概括如下通过特定的限制执行的轨迹的倾斜和有效混凝土强度为应变状态1的函数的定义。下限相当于配箍破裂和/或裂纹滑动故障;上限的由过渡到应变状态，其中箍筋没有达到屈服定义，并且通过在故障发

6、生网络混凝土破碎纯正。在1，建议以确定卷筒纸元件的运动学的基础和张力和弦模型在这些限度5。 这些考虑收率取决于钢的延性特性可以计算或近似地取为= 0.25的下限，= 0.8为的上限表达键系数。对于实际应用，而不是方程（1）即使是简单的关系，可以使用例如，参见参考文献。 4。 根据实验结果和理论考虑1的有效混凝土抗压强度面可以定义为 在式（3）表示筒体强度和为折减系数占应变的影响;加成同盟，压缩强度降低为>30兆帕由于这种具体类型的较脆的行为。表示剪切应力，阻力由箍筋和限制由于腹板混凝土的破碎设置，最大值由式(4）和式（5）获得： 这里，是几何配筋率和钢筋的屈服强度。轨迹的极限状态的倾斜度

7、可以从式的均衡得到。 （4）和式（5）。这导致了对与介于作为机械箍筋比所谓的web破碎准则下式。 3凸缘的广义应力场的应用方法梁凸缘膜元件，并可以因此被看作（在大多数情况下，正交钢筋）混凝土板。在下面和在第一近似中，假设的是，根据1，也可以用于凸缘腹板强度定义。为了证实这一假设，与其他力量的定义比较;基于面板进行了试验，在试验结果已经从参考采纳：包含从Kaufmann7，Vecchio8 和Collins9，André 10, Khalifa 11, Kirschner 和Collins12，Martin和Meyboom13， Ohmori14等人的测试。Pang 和 Hsu15，C

8、ollins和Porasz16，Zhang 和Hsu17，和Belbarbi和Hsu18。在这些测试系列混凝土抗压强度变化从11.6至103.1兆帕。为比较，Belbarbi和Hsu18的公知的建议的强度定义（式（7），Kaufmann7（式（8）和Vechio和Collins19（式（9） ）这里使用。 根据公式的强度定义。 （3）和式（9）不仅依赖于主应变1也对混凝土强度。因此，在图2上和对于可用的测试下限指定。 至可视化测试的混凝土强度的影响被细分为三个类别（图2：30兆帕，在30MPa60兆帕和>60兆帕）。 图2不同强度的预测和测试结果对比 测试的评估显示大量散点。然而，可以断

9、定，制定独立的混凝土强度是不够的。特别是，对于大多数数据和混凝土强度类别方程。（3）示出了良好的一致性，似乎是合理的：只对少数结果和最高的混凝土强度类别当量（9）更合适。由于这个评估，并获得这两个一致的计算程序，在凸缘。当量（3）是在下面使用。这是值得什么，故障情况和类型可能会有所不同，形成那些在网络，因为这些只是充分证明测试非常数这一规定被视为临时的。 4.强制引入的凸缘因为故障，横截面设计的未知位置，作为纤维网进行的是不直接适用于凸缘。这里，考虑在凸缘的负荷分布与混凝土支柱的可变强度的更精致的方法是必要的。力从网络传送到凸缘取决于许多因素，例如静态系统，加载阶段，在网络和钢筋的延展性特点纵

10、向钢筋箍筋和的比值。为了能够考虑到所有这些影响，对于先进的网络分析计算程序开发。首先，应力场的发展即，网上被细分成压缩频带;有关此步骤的背景信息可能会发现例如在参考文献。 20,21兆帕，30兆帕60兆帕和>60兆帕）。 22。在不连续（D-）区域中的混凝土支柱是由翼缘的几何形状给定的倾斜度;在伯努利（B-）区域的倾斜可以从运动学来确定（式（1）和（6）。从一个平衡伊特拉-灰在纵向方向上的中间深度应变如下，考虑由于弯曲力，并假定在深度LINEA应变分布。钢铁和混凝土抛物线矩形图双线性应力 - 应变特性被使用。平均纵向应变为在深度中期发现如图。 3;c表示压缩区的高度和混凝土应力在纵向上。

11、 图3.纵向应变的线性分布和内力的平衡图4示出了在光束的D区的中心的风扇。假定在翼缘w（x）的上方端部的剪应力为力传递到凸缘代表。在这种情况下，在压缩弦力Fc的水平的剪切应力从方程如下。 （10）。假定参考轴为弯矩位置M（x）和剪切力V（x）的保持在卷筒纸的深入中点;简化的，因为它的相当小的影响，顶弦力的倾斜被忽略。在钢和混凝土的弹性行为的情况下，内力Z（X）的杠杆臂与生长矩减小M（X），并且它增加了在混凝土和钢的塑性应变; 图4示出第一种情况 在式（10），表示其中在梁的长度而变化的轨迹的倾斜，带宽幅的宽度和在不连续线的最低倾角。在B区的轨迹的倾斜）时从方程找到。 （6）和式。这意味着这些方

12、程是有效的所有阶段。在这种情况下，在翼缘的上方端部的剪应力可以找到等式（11）。用于B的区域假想应力场示于图。 5.在图5（x）是移位和灰色虚线标记的基准轴。 等式的帮助例（10）和式（11）的剪切应力的可为每个位置在沿着梁即深入中期测定，对于每一个给定的通过计算倾角坐标（x）和内力z的杠杆臂（x）的。用于引入网上队到凸缘在x的剪切应力已被移位到位置x+（x）的。此外，不同厚度腹板和翼缘和压缩弦力的扩展部分已经被观测到。对于前者，剪切应力在web必须由两个值的比值相乘。对于后者通常更重要的是，压缩弦具有待研究更详细;因此，有效凸缘宽度，例如，根据EC22（图6）被使用。 图4 D区的中心翼缘压

13、缩应力的分布产生的力是从已知的平衡被传到的压缩弦力的一部分到凸缘的每一半可以被表示根据公式（12）减少因数L（x）的: 最后，在凸缘，柔性）的剪切应力，可以发现如下： 此外，假设在凸缘，x的深入中间纵向应变，FL是为分析（图7）代表。参考轴是在腹板和所述凸缘（图8中虚线）的过渡线限定。与纵向应变，Fl和根据1所述凸缘，FL和的阻力的强度定义，最大，FL可以是，类似的网页设计，表示为 最终，此过程表示并入了内力即，应力场的流动的说明广义应力场法;后者已被开发用于设计目的通过Muttoni等。 22。图8示出了用于从测试系列巴赫曼3的梁Q2此应力场。内力的杠杆臂的变化是比较小的，这是因为，纵向钢筋

14、保持在弹性范围内。 图5 应力场（居中翼缘）在B区 图6 压缩弦应力分布和受力合力 图7 翼缘代表性的纵向应变力到凸缘的传播是通过横向箍筋和纵向压缩平衡。在图8最小机械加固，置换率所需的机械配箍加固，置换率其中沿变化显示了梁的长度。这配筋率可以用公式的帮助下找到。 例（13）和例（14）。值得注意的是，有相当大的移位到这是需要加强的位置;这个位置是通过平衡规定。从可用的比较和所需要的加固-替换，可以在迭代过程中获得的最终负载。5. 与欧洲规范2规定的比较 审查所提出的办法是否可能，根据欧洲规范2所提出的分析程序的设计方法的比较（EC22）进行。根据EC2剪切应力，EC2的是从等式获得。例（16

15、），其中，表示在长度为x是一半从最大弯矩为零的时刻的点的距离的弦力的变化。一般，内力z的杠杆臂可以被估计为0.9$ D，其中d是有效的弯曲深度。以获得在凸缘的一半的顶弦力的变化，总的力在相关领域和分割成比例。这些简化导致EQ。 例（17），AC，FL表示半凸缘和AC压缩线的总面积的面积。 图8 翼缘和腹板的应力场 凸缘的阻力可以得到模拟方程（14）和（15），即使支柱倾斜和混凝土强度降低的定义不同于这里提出不同。内EC2给出的限值（式（18） 倾角可自由选择，但要使它同样决心式的比较。 例（6）通过使用等式的强度定义。 例（19） 这种强度折减系数是按照到EC2-NA（D）23。用于比较从测试

16、系列巴赫曼3的梁Q1进行详细的研究。几何结构，横向钢筋凸缘（箍筋）和极限载荷赋示于图3. 9.纵向钢筋由与4241平方毫米总截面积;网是箍筋直径为12mm 100毫米，钢筒混凝土强度为26.1兆帕。故障发生在混凝土破碎和翼缘剪断的组合腹板和翼缘之间的接口;在下文中，这种故障模式被表示为凸缘破碎衰竭（FCF）。故障的地点是点靠近负载。由于缺少关于材料特性信息的。 图9 横截面，静电系统，以及梁Q1的横向凸缘加固3 图10 梁Q1（3）的提供和需求的的剪配筋率 对于两种分析程序所提供的机械加固比省和所需的机械加固比的比较中，REQ示于图10作为纵向轴线x的函数。 正如在图10中可以看出。，该模型是

17、在与试验结果吻合良好。附近的_负载（X =2米）所提供的（黑色虚线）和所需的（黑色实线）配筋率是在最终几乎相同。因为小机械加固比率的倾斜的下限必须根据EC2用于分析。式的运动关系。 导致16°的范围内的倾斜至27°，这取决于沿着梁的位置。这意味着，相比于EC2配筋率可以减少。总体而言，方程式的更现实的强度定义。 （3）导致更现实的预测。 顺便说一下，假定一个恒定的剪切应力超过根据EC2长度导致对加固的过度需求（图灰色虚线10）。在这个例子中，根据EC2的方法得到只在最大要求的位置的正确的结果;但是这不是一般。如果出现了横向箍筋之间的距离相等，则EC2结果会更加保守。 6测试

18、结果比较 以允许此处提出的分析过程的电位的一个更一般的印象，检查另外的测试结果。在纯剪（无横向弯曲）的凸缘的测试是在文献中非常罕见。为验证仅测试系列巴赫曼3和Tizatto的24可以使用;这些测试对应于所需负荷的配置和充分地记载。作为巴赫曼的试验中，也对由Tizatto所使用的钢筋的极限应变假定为0.05。 在图10中所示，故障负载可确定;它被发现的地方，REQ与，省重合的位置。同的是，FEXP/ 的比率被定义，其值>表示一个安全余量。该研究的结果总结于表1，为了比较，根据EC2预测给定为良好。 即使测试的数量少，与预测的协议是相当不错的。特别是，在与EC2结果进行比较，其中，例如，对Q

19、1的1.57 FEXP/ 比值在于明显高于根据新模式的1.11的值。梁Q2挠曲故障的发生3由计算确定。它必须指出的是，这样一个小的数据库统计评估是没有意义的，并没有最终结论要绘制。特别感兴趣的是梁MT2或MT324;预测远在安全方面。更详细的参数研究揭示了其中的原因可能与在的凸缘横向加固，置换_的极少量：对于这样的情况下，显著具体贡献可以假设，并因此可以考虑。到现在为止，存在占阻力的这一部分没有一般模型。另外在型号编2010，具体的贡献被定义相当经验，形成广义应力场方法和简化修改压缩场理论19之间的过渡25。在该领域需要进一步研究的，也是作者计划作出贡献。 7.结论和建议 本文在这方面的贡献，

20、提出了压缩力扩散到的凸缘的广义应力场法的基础上的高级方法。所提出的分析过程较常用的设计方法具有更准确的预测。在结构评估的情况下，所需要的增强精力是值得的。具体地讲，沿着梁的应力和强度分布可以研究;在结构行为这方面加深洞察常常是特别有用的。 对于计算，建议使用根据实践的当前的有效凸缘宽度。这种假设模型在压缩的凸缘梁也具有广泛的的应用。在凸缘附加横向弯曲的情况下，各构件需要加强。对于小型，中型和大型的横向凸缘配筋率的范围内，该模型具有相当安全的预测性。只有对于非常小的配筋率的结果可能过于保守。然而，如文献充分测试的数量是非常有限的没有结论性的研究结果达到至今。参考文献：1. Sigrist V.

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