空心矩形截面压弯构件承载力分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近些年随着基础设施建设的不断发展，钢筋混凝土（rc）空心矩形截面桥墩在中国西部和山区高墩大跨径桥梁中得了广泛应用。与实心截面相比，空心截面具有更高的强度质量比和刚度质量比，而且由于水化热的减少，钢筋混凝土桥墩空心截面的收缩裂缝较小，从而也确保了更好的构件质量，因此对于高墩大跨径钢筋混凝土（rc）桥梁来说，是十分适用的。目前我国规范^[1]对于空心桥墩的设计大多采用现行实心桥墩的设计理论，但根据董振华等^[2]的研究，考虑到空心桥墩的截面特性、细部构造及不同受力状态下的破坏特征与实心钢筋混凝土（rc）截面的差异，现有截面承载力计算公式及安全性校核方法的适用性有待进一步验证，由于对空心桥墩受力状态的确定缺乏系统的理论依据,所以需要对空心截面承载力进行进一步分析研究。

近些年来，各国学者关于钢筋混凝土空心矩形截面的研究，涌现出大量的成果，通过理论和实验的分析对空心截面的特性有了更加深入地了解，弓俊青等^[3]基于空心圆端截面的形状和特征，提出了在箍筋约束作用下核心混凝土约束应力的分布和两个主轴方向极限状态控制点位置的确定准则，考虑到约束混凝土的应力应变关系，采用分条方法对空心圆端截面的弯曲承载力进行了分析研究，分析了轴压比、配箍率、直边长度和壁厚对截面弯曲承载力与延性的影响。方磊等^[4]研究发现钢筋混凝土空心截面高桥墩由于其轴向刚度和侧向刚度相对于实心桥墩均较小，几何非线性特征明显，在计算中必须考虑，同时，在计算中也应充分考虑钢筋混凝土材料的非线性问题以及高墩结构的整体几何初始缺陷问题。qihan shen等^[5]研究了椭圆形短柱的受力性能，采用等效应力应变模型建立了新型的约束核心混凝土非线性数值模型，并通过试验数据进行了验证，随后，分析了各种参数对短柱偏心受压响应的影响，包括径厚比、荷载偏心比和截面长细比，对偏心受压短柱的承载力、破坏形态、强度指标、应力应变响应、接触应力、典型力-位移曲线和m–n曲线进行了评估，并给出了短柱偏心承载力的简化经验公式。xiao liang等^[6]的研究表明矩形空心柱中段的空隙会使混凝土向内膨胀，从而降低了约束效果，两层横向配筋为矩形空心混凝土柱提供了有效的约束，但与实心柱相比，约束混凝土强度降低了5.62%，与相同约束配筋率为0.57%的实心柱相比，一层横向配筋的矩形空心柱的约束混凝土强度降低了16.7%。双向压弯钢筋混凝土柱的研究经过一段时间的积累后^[7]-[8]，董振华等^[2]应用p-m_x-m_y三维相互作用屈服面，分别基于gonwens和 bresler极限强度理论，提出了轴压比小于0.3、双向弯曲作用下rc矩形空心截面极限承载力简化计算式，并通过算例验证了基于bresler极限强度理论提出的计算式，可准确校核水平双向荷载作用下rc矩形空心墩的安全性，但是在算例中仍存在不符合公式的现象。floriana petrone^[9]给出了四边配筋、受轴力和单轴弯矩作用的钢筋混凝土实心截面和空心截面弯曲的参数方程，验证了该方程在普通钢筋混凝土空心截面和实心截面参数范围内的准确性，证明了该公式虽然简单，但能较为准确地估计空心和实心矩形截面的关键响应参数，可仍存在7%的最大误差。除此之外，基于承载力分析的结果在抗震设计等领域应用地也愈发广泛^[10]-[16]，并随着空心截面桥墩的不断应用对其截面承载力的精确分析显得尤为重要。

国内外学者通过理论分析、实验、模拟和公式推导等手段对空心截面承载力进行了长期的研究，首先采用实心截面的理论进行研究，然后注意到了两者存在不同，随后对空心混凝土的约束力和非线性关系所导致的差异进行了分析，并通过分类研究得到了一些分析模型和承载力经验公式，但它们或多或少都存在一定的局限和误差。

2. 研究的基本内容与方案

1.基本内容

论文将首先对当今国内外空心矩形截面钢筋混凝土桥墩的实际应用情况进行介绍，梳理国内外关于空心截面压弯承载力分析的研究情况，总结其中可取的思路和方法，并针对发展现状阐述空心矩形截面压弯构件承载力分析的研究价值。接着学习钢筋混凝土空心矩形截面的抗弯压理论，同时对已有成果中提到的问题进行充分考虑，在理论分析和建模过程中予以研究，同时进行基本假定，构建材料的本构关系，然后学习了解有限元分析软件opensees^[17]-[18]，熟悉有限元分析的原理和方法，能够建立准确的截面模型，随后借鉴国内外学者在关于空心矩形截面单轴和双轴压弯作用下的理论研究，分析出单轴压弯作用下的轴力-弯矩关系和曲率-轴力关系，然后采用纤维截面法对钢筋混凝土空心矩形截面进行建模，紧接着进行承载力计算，根据结果对模型进行校核改进，最后对某一空心矩形截面桥墩的实例进行电算分析，并与理论公式的手算结果进行比较，绘制关系曲线，并验证结论的准确性，为参数化分析空心桥墩的承载力提供借鉴。

2.技术路线

3. 研究计划与安排

第1周：查阅相关文献资料，仔细阅读设计任务书，明确研究内容。

第2周：了解研究所需的基本知识及所要掌握的软件，安装并熟悉所需的工具，为后续毕业设计论文工作做好准备，完成毕业设计翻译任务。

第3周：完善翻译，确定研究方案，完成开题报告。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范jtgd62—2018 [s].北京:人民交通出版社,2018.

[2] 董振华, 韩强, 杜修力.双向压弯下rc矩形空心截面桥墩承载能力评估[j].中国公路学报,2014,27(02):77-83．

[3] 弓俊青, 朱晞.钢筋混凝土空心圆端墩柱截面弯曲承载力和延性的分析研究[j].土木工程学报,2001,34(02):11-16.