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ECC-RC组合T型深梁的剪切破坏机理及其抗剪承载力解析模型

批准号:
52208293
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
郝信凯
依托单位:
学科分类:
工程材料
结题年份:
2025
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
--

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对广泛应用于高层建筑和桥梁结构的T型深梁抗裂/抗剪性能较差和大尺寸梁抗剪设计安全性不足等问题,本项目提出采用高延性混凝土-普通混凝土(ECC-RC)构建的新型组合T型深梁,研究ECC-RC梁间界面传力机制、组合梁剪切破坏机理,提出考虑梁尺寸效应的组合梁抗剪承载力解析模型。首先采用剪切摩擦试验,研究复合应力状态下ECC-RC界面的破坏机理和组合梁剪切斜裂缝处混凝土骨料咬合-纤维桥接机制;试验研究组合T型深梁的剪切性能,根据混凝土表面和纵筋、箍筋的应变分布,分析并验证钢筋和周围混凝土之间滑移与分离等非线性力学行为;最后,研究混凝土剪切摩擦、箍筋受拉和纵筋销栓等主要剪力传递机制,揭示梁尺寸对界面行为、混凝土-钢筋相互作用的影响机理,建立考虑组合深梁尺寸效应的抗剪承载力解析模型,形成优化设计方法。研究成果为该新型组合T型深梁的工程应用和设计提供理论基础和设计依据。
英文摘要
T-shaped deep beams are widely used in high-rise buildings and bridges. Durability, shear capacity and crack resistance of T-shaped engineered cementitious composites and reinforced concrete (ECC-RC) composite deep beams is significantly higher than conventional concrete beams. Furthermore, available design-oriented approaches cannot predict the behavior of large-size beams well. This research will investigate the interaction between ECC and RC, shear mechanism of the composite beam and analytical model for the shear strength of the composite beam. The shear friction tests will be conducted first to investigate the ECC-RC interface and the concrete-fiber friction along the shear cracking. Then the shear tests of T-shaped ECC-RC composite deep beam will be conducted. The strain distribution of the concrete, stirrups and longitudinal reinforcement will be measured to investigate and verify the non-linear mechanical behavior between steel and adjacent concrete. An analytical approach for the shear behavior of the proposed composite beams will be derived by quantifying each shear strength component including concrete, fiber, stirrups and longitudinal reinforcement. This approach allows for the size effect on the ECC-RC interface behavior, concrete shear friction and interaction between concrete and steel, which will be then simplified to an optimal design method. This study aims to provide theoretical basis and design guidelines for T-shaped ECC-RC composite deep beams.
传统混凝土材料因其脆性破坏特性导致的延性不足,长期制约工程结构的韧性提升。工程水泥基复合材料(ECC)凭借其应变硬化与多裂缝开展机制,可显著改善结构延性。然而,现有研究对ECC材料的尺寸效应及其在组合结构中的作用研究不足,限制了其工程应用。为此,本研究采用理论分析、试验研究与数值模拟,系统探究了ECC材料的尺寸效应规律与本构模型,并重点研究了ECC/RC组合梁在剪切荷载作用下的力学性能,为高延性混凝土结构设计提供理论依据与技术支撑。本研究取得了以下系列成果:揭示了ECC材料的尺寸效应并建立了本构模型。通过系统的轴压与抗拉试验,明确了ECC强度与延性随试件高径比变化的规律,提出了考虑尺寸效应的轴压应力-应变全曲线。明确了ECC/RC组合梁的抗剪性能提升机制。通过组合梁试验,定量分析了ECC层厚度与材料强度对抗剪承载力和变形能力的影响,证实了ECC层的有效增强作用及其合理厚度范围。提出了组合梁抗剪承载力计算方法并验证了有限元模型。建立了适用于ECC/RC组合梁的拉压杆模型(STM)抗剪设计方法,经验证具有良好精度。同时,所建立的有限元模型能有效预测组合梁的抗剪强度与全过程受力行为。.本研究形成了系统的研究成果。研究共发表高水平SCI学术论文8篇,其中以本项目为第一标注的期刊论文4篇。依托项目培养硕士研究生7名,完成相关学位论文1篇。获授权软件著作权2项。综上所述,本研究系统解决了ECC材料尺寸效应表征与ECC/RC组合梁抗剪设计中的关键问题,所提出的本构模型、设计方法与分析工具,为ECC材料的工程应用提供了坚实的理论支撑与实践参考。
氯盐侵蚀作用下ECC-RC功能梯度深梁的抗剪承载力退化机理及多目标优化设计方法
  • 批准号:
    MS25E080060
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    郝信凯
  • 依托单位:
ECC-RC组合T型深梁的剪切破坏机理及其抗剪承载力解析模型
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    郝信凯
  • 依托单位:
国内基金
海外基金