1、鋼筋混凝土結構D區的研究與分析內 容 概 述選題背景及意義國內外相關研究工作本文研究內容工作重點與難點擬采取的解決方案預期成果和創新論文進度研究背景 結構功能的多元化以及人類對建筑藝術感的追求，使得結構的設計越趨于復雜化。簡支開孔深梁截面變形不符合平截面假定，受力性能變得復雜，洞口部位是應力集中的薄弱區域,其剛度、強度、抗裂性以及抗震性能均會降低，而且。由于開孔深梁設計問題的復雜性，除正截面強度外，鋼筋混凝土結構的設計方法通常是基于試驗的半理論、半經驗方法，甚至采用完全基于試驗的經驗公式，力學概念不清楚，導致設計可能偏于保守或偏于不安全。 將復雜的理論和現代計算力學的方法相結合，通過試驗驗證，

2、研究成果可應用于工程實踐。將拓撲優化、遺傳演化結構優化算法與混凝土結構基本性能相結合，探討合理統一的分析設計D區結構的計算理論和計算模型，完善混凝土結構設計理論。 研究意義研究意義考慮鋼筋與混凝土的本構特性、結構分析的多荷載工況特性、結構設計的多目標性，將遺傳演化結構優化算法與數學理論完備的Michell理論相結合，提出新的拓撲優化算法，并以此為基礎構造反映鋼筋混凝土結構D區受力特點的拉壓桿模型，完成配筋優化設計和相關的試驗研究。相關工作 D區：D區表示結構不連續、擾亂或細節，集中荷載作用處，支座處和幾何外形改變處應力場紊亂，平截面假定不滿足，這樣的區域稱為D區，而離D區一定距離滿足平截面假定

3、的區域稱為B區。 相關工作1980年，錢國梁通過54根簡支深梁的試驗，結合浙江大學、R.F.Manuel、de paiva and Seiss等所做的試驗資料，分析了鋼筋混凝土簡支深梁在不同跨高比、不同腹筋和不同配筋率布置下的破壞特征，提出了抗裂度驗算和強度計算等計算公式 1990年，王新玲等通過14根頂部集中荷載作用和12根均布荷載作用的簡支開孔深梁的試驗，得出了開孔深梁開孔的位置、尺寸以及洞口配筋的不同出現了剪切型、彎剪聯合型和彎曲型三種破壞形式。相關工作1997年，王命平等通過分析了洞口大小、位置、無腹筋及腹筋形式、配筋量對簡支開洞深梁承受集中力時的剪切性能的影響，根據桁架模型提出了剪切

4、強度計算公式。對不開孔、開孔深梁以及開孔短梁的研究分析了剪跨比、洞口大小和位置，以及洞口配筋形式，得出深梁受力時候的剪切傳力模型。 相關工作2011年，劉霞和易偉建引用GESO算法計算了對稱集中力荷載作用下開洞大小、位置不同的對稱開矩形洞口簡支深梁的壓桿-拉桿模型，并與經典的優化設計準則Michell準則比較來驗證壓桿-拉桿模型的合理性。 相關工作1992年,Alshegeir等利用壓桿-拉桿方法對3根預應力深梁進行了實驗研究，根據試驗現象合理解釋了預應力、混凝土抗壓強度以及鋼筋構造配筋對試件的強度和性能的影響。 相關工作2007年，Yang等對15個開孔鋼筋混凝土深梁，在兩點集中力荷載作用下

5、，進行了靜力加載試驗。試驗研究了口尺寸大小和配置斜腹筋數量的不同對開孔深梁結構受力性能的影響。2008年，Kuchma等采用ACI318-02規范中壓桿-拉桿模型對11根D區應力復雜的梁（其中4根開孔深梁，3根開洞支柱懸臂梁，4根開洞缺口梁）進行了配筋試驗研究。試驗結果表明，按壓桿-拉桿模型計算應力復雜的D區構件的極限承載力較為保守安全。同時，STM能很好的預測拉桿、壓桿的剛性強度。相關工作2010年，D.R.Sahoo 等利用拉壓桿模型方法對2根不同配筋方式的開孔深梁進行了試驗，研究分析了不同的配筋對開孔深梁承載力、裂縫的開展、以及破壞的形式的影響。本文研究內容基于劉霞、易偉建提出的GESO

6、算法得到的開孔深梁壓桿-拉桿模型構造，弄清結構主要拉桿和壓桿的分布。對比不同荷載類型、不同位置加載的開孔深梁的承載力及破壞形式 。分別對美國規范和中國規范設計的構件進行配筋量、開裂荷載以及極限承載力的對比，通過應變片的布置來驗證模型的準確性。應用非線性有限元分析軟件對簡支開孔深梁試驗進行模擬。本文研究內容本文重點和難點工作的重點與難點支座、洞口以及加載點鋼筋的配置；鋼筋、混凝土應變數據以及試件測點位移的的采集；裂縫寬度的測定及均布加載方式的確定；試驗數據的處理及試件的模擬。 擬解決方案對于支座、加載點局部受壓區，配置鋼筋網來防止局部破壞；按中國規范設計的開孔深梁，洞口鋼筋予以局部加強。中國規范

7、配筋美國規范配筋 擬解決方案采用兩臺串聯的靜態電阻應變儀對鋼筋和混凝土的應變數據采集，用百分表對測點位移數據的采集；采用裂縫測寬儀對裂縫的寬度進行數據采集；擬解決方案采用2臺液壓千斤頂、四個支座的加載方式來近似均布加載；擬解決方案運用Orange軟件對試驗采集數據進行處理，運用非線性有限元軟件Abaqus來進行試驗的模擬。擬解決方案預期成果通過簡支開孔深梁實驗，得到試件開裂荷載、極限荷載、破壞形式以及裂縫的發展形式，為使開孔深梁更好的應用于工程實際打下了基礎。按美國規范設計的開孔深梁用筋量較中國規范少，且極限承載力較中國規范高。通過軟件模擬試驗，得到與試驗較符合的結果。 創新點考慮鋼筋混凝土材料特性，考慮鋼筋混凝土結構的多目標性，考慮鋼筋混凝土結構的多荷載工況性，提出的GESO拓撲優化算法進行拓撲優化，很真實合理的反映了開孔深梁的傳力機理； 優化程序結合了Michell準則，以Michell準則指導優化算法尋優過程或結果； 基于GESO優化的拉壓桿模型配筋試驗，驗證了其設計的合理性，為將優化方法與工程結構結合提供了參照。 創新點進度安排2010年8月2011年6月 調查研究，收集資料，熟悉課題相關內容。20