采用混凝土开孔梁结构,使设备管线从梁腹孔洞中穿行,可有效地提高建筑空间的利用率,实现降低层高、节约造价的目的。与其他降低建筑层高的结构体系相比,混凝土开孔梁还具有对结构整体性能的影响最小、构件受力性能好、材料用量省的优点,其优越性非常显著。但梁腹开设孔洞后,梁开孔段的抗剪承载力受到削弱,正常使用极限状态下的变形和裂缝宽度也受到一定的影响。 目前对混凝土开孔梁的力学性能研究还不是十分充分、系统,还缺乏完善的设计理论和计算方法。包括我国在内的各国设计规范对混凝土开孔梁的设计和计算仍无明确的指引,也未见具体的计算公式以供设计采用,一定程度上制约了这种结构型式的推广应用。所以研究混凝土开孔粱的力学性能,探索其工作机理和设计理论,针对混凝土开孔梁承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算,建立一套完整的、实用的设计方法、计算公式和构造措施,具有重要的理论意义和应用价值。 本研究中针对混凝土开孔梁的力学性能和设计方法,主要完成了以下具有创新性的研究工作。 (1)进行了共计五个系列103个开孔梁试件的试验研究,涵盖了圆孔、矩形孔、预应力混凝土开孔梁、伸臂梁、多孔梁等多个分支,考察了孔洞尺寸、位置、偏心、孔间间距、孔边加强配筋形式和数量、剪跨比、正反弯矩比和预应力大小等多种影响因素,得出了各因素对混凝土开孔梁的破坏形态、传力机理、斜截面抗剪承载力、正斜裂缝宽度以及刚度等力学性能的影响规律。 (2)在试验成果的支持下,对混凝土开孔梁剪切破坏的破坏形态进行了归纳,对其传力机理模式进行了分析,针对混凝土开孔梁斜截面抗剪承载力计算这一核心问题,分别提出了基于试验结果的经验计算方法和基于拉压杆模型的理论计算方法,其中基于试验的经验计算方法精度高、实用性强,并与我国现行规范的斜截面抗剪承载力计算方法相协调,能满足工程设计的需要。 (3)在相关研究成果的基础上,通过对试验数据的统计分析,提出了考虑开孔段剪切变形影响的混凝土开孔梁刚度和变形的计算方法和公式,能较为准确地预测混凝土开孔梁的实际变形形态；此外,还提出了混凝土开孔梁正斜裂缝宽度的计算方法和公式,以上计算方法和公式可以满足混凝土开孔梁正常使用极限状态验算的需要。 基于对混凝土开孔梁力学性能和计算方法的研究成果,本论文中提出了混凝土开孔梁完整的实用设计方法,包括构造要求、承载力能力极限状态计算和正常使用极限状态验算的方法和公式,填补了目前设计规范中的空白。