选取典型的钢筋混凝土(RC)深梁受剪试验,开发并运用三维刚体弹簧元法(3D RBSM)模拟了大尺寸截面深梁的受剪破坏过程,以及箍筋对深梁抗剪性能的影响。结果表明,3D RBSM不仅能够较准确地计算RC深梁的开裂荷载、名义抗剪强度以及箍筋的增强作用,而且能够模拟裂缝的开展以及构件的破坏。相比于有限元法,3D RBSM具有以下优势:大幅度提高了名义抗剪强度的计算精度,实现了散布裂缝模拟的可视化以及混凝土裂缝宽度的直观、定量评价; 能够更好地捕捉峰值荷载后的软化行为。因此,3D RBSM为大尺寸截面深梁的受剪破坏模拟、明晰抗剪性能尺寸效应机理和完善大尺寸RC构件设计提供了有效研究手段。

为了研究刚体弹簧元法对钢筋混凝土构件在循环往复荷载作用下剪切性能尺寸效应研究的适用性与准确性,在平面二维刚体弹簧元模型的基础上,将其发展至三维,并应用于钢筋混凝土悬臂梁尺寸效应研究中.通过对比试验结果与数值模拟结果,分析了钢筋混凝土悬臂梁在循环往复荷载下的滞回性能、开裂变形等特征.结果表明:三维刚体弹簧元法能够较好地模拟不同尺寸的钢筋混凝土悬臂梁在循环往复荷载下的剪切性能,模拟得到的承载力、延性变形等和已有文献试验结果基本相符;循环往复荷载作用下的钢筋混凝土悬臂梁表现出明显的尺寸效应.

为了研究钢筋混凝土短柱在循环荷载作用下受剪性能尺寸效应产生的机理,应用三维刚体弹簧元法,基于梁-拱模型,对3个不同截面尺寸的钢筋混凝土短柱抗剪作用进行分解,结果表明:应用三维刚体弹簧元法能较好地模拟不同截面尺寸钢筋混凝土短柱在循环荷载下的受剪性能;当达到极限荷载时,随着截面尺寸的增加,以名义剪应力为评判标准的抗剪强度逐渐减小,相比于单调荷载,一次循环后的尺寸效应变化较小,而两次循环(短柱临近破坏)后尺寸效应更加明显,这主要是由于拱模型的抗剪作用急剧下降导致的.