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双向叠合楼板拼缝处受力机理试验研究与数值模拟

作　者: 刘运林
导　师: 叶献国
学　校: 合肥工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 双向叠合楼板叠合楼板拼缝搭接钢筋传力性能连接滑移格构钢筋子结构
分类号: TU375.2
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

为适应国家十二五规划及未来对住宅产业化发展的需求,对在装配式结构中占比重较大的钢筋混凝土叠合楼板开展研究。现有叠合楼板主要是单向受力形式,拼缝处受力性能较弱,综合造价较高,这些都降低了叠合楼板的推广速度,影响住宅产业进程。国内外专家学者对叠合底板形式和双向叠合楼板板拼缝处理做了一些研究,并提出一些新的叠合底板形式和拼缝处理构造,但都存在一定的局限性,课题组从拼缝处的受力机理来研究叠合楼板的拼缝处承载能力,考虑施工易操作性,通过构造来解决叠合楼板的拼缝传力问题。文中首先研究了叠合楼板叠合面的抗剪和抗拉粘结性能,分析了拼缝处截面受力状态、拼缝处钢筋锚固受力状态和叠合面的受弯状态；分析了常用的格构钢筋对叠合楼板的刚度和承载的影响,采用子结构理论建立刚度计算公式；对现有的粘结滑移曲线进行比较分析,在此基础上,提出改进的粘结滑移曲线,并用数值模拟进行验证；通过12块叠合楼板的试验和有限元数值模拟,研究不同拼缝连接形式叠合板的受力性能；文中最后提出了一种新型增强拼缝连接形式,并用试验验证了其受力性能。论文研究的主要成果如下：(1)通过对叠合结构叠合面抗剪、抗拉试验统计分析发现,当混凝土强度大于C20时,叠合面试验抗剪强度与混凝土立方体抗压强度表现出了较强的相关性,回归方程显著；对叠合面抗拉强度与后浇混凝土的轴拉强度表现出较强的相关性,回归结果可信度较高。(2)推导出了拼缝处钢筋锚固承载力受叠合面影响系数,通过分析得出对于设置格构钢筋的叠合楼板,拼缝处可以满足受拉钢筋锚固要求；从叠合楼板拼缝处叠合面受弯状态推导出带拼缝叠合楼板的叠合面破坏时极限弯矩。(3)通过我国规范的短期刚度计算公式的推导过程,分析了应用于板的刚度计算时存在的局限性；对比分析了不同刚度计算公式,得出了一些有益的结论；采用子结构理论,对格构钢筋进行了刚度等效,推导出等效计算公式,以便分析格构钢筋对叠合板的刚度贡献。(4)提出了改进的粘结滑移曲线本构模型,并进行了数值模拟,模拟曲线和试验曲线符合较好,验证了模型的可靠性。(5)通过12块叠合楼板的试验和有限元分析结果表明：对拼缝处未设附加约束的叠合楼板具有一定的承载能力,但搭接纵筋超过屈服荷载后,会产生脆性断裂破坏；当设置格构钢筋约束时,无论是端拼缝和侧拼缝(格构钢筋横向设置和竖向设置),都能够保证拼缝处钢筋的有效传力,实现“等承载力连接”。(6)数值计算结果和试验结果吻合较好,表明文中的数值模拟方法的可靠性；数值分析结果表明,模型中添加粘结弹簧单元对承载力和刚度影响不大,但对于裂缝开展有很明显的影响。(7)文中提出了一种新型增强型整体式拼缝连接形式,试验研究结果表明：采用该种连接形式的叠合板在拼缝处刚度得到加强,受弯承载力得到不同程度地提高,拼缝处最大应力得到转移,裂缝较迟出现,可以实现拼缝处的等同现浇。

全文目录

致谢  9-10
摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
目录  14-17
插图清单  17-21
表格清单  21-22
1 绪论  22-33
  1.1 研究背景及意义  22-24
  1.2 文献综述  24-30
    1.2.1 研究应用发展历程  24-25
    1.2.2 叠合面抗剪性能研究历程  25-27
    1.2.3 叠合楼板拼缝的研究  27-28
    1.2.4 叠合楼板弯曲刚度的研究  28
    1.2.5 叠合楼板有限元分析  28-29
    1.2.6 新型叠合楼板的研究  29-30
  1.3 本文研究内容  30-33
2 叠合面粘结性能试验统计研究  33-44
  2.1 叠合面抗剪概述  33-34
  2.2 叠合面抗剪强度  34-40
  2.3 叠合面抗拉强度  40-42
  2.4 本章小结  42-44
3 叠合楼板拼缝处受力状态研究  44-53
  3.1 概述  44
  3.2 拼缝处锚固受力状态  44-48
  3.3 拼缝处受弯状态  48-52
  3.4 本章小结  52-53
4 叠合楼板刚度相关问题研究  53-65
  4.1 概述  53
  4.2 普通混凝土板的计算刚度  53-58
    4.2.1 换算惯性矩法  54-56
    4.2.2 刚度解析法  56-58
  4.3 格构钢筋的等效刚度  58-60
    4.3.1 格构钢筋的子结构分析  59
    4.3.2 等代刚度  59-60
  4.4 格构钢筋混凝土叠合楼板刚度  60-61
  4.5 无支撑叠合梁板  61
  4.6 无支撑叠合梁板刚度计算比较  61-63
  4.7 本章小结  63-65
5 钢筋混凝土粘结滑移曲线研究  65-79
  5.1 粘结滑移概述  65-71
  5.2 不同粘结滑移曲线的比较  71-72
  5.3 修正粘结-滑移模型  72-73
  5.4 修正粘结-滑移模型数值模拟验证  73-78
  5.5 本章小结  78-79
6 拼缝叠合楼板受力性能试验研究  79-109
  6.1 概述  79
  6.2 试件的设计与制作  79-86
  6.3 加载装置、加载方案  86-88
  6.4 材料强度  88-89
    6.4.1 钢筋强度  88
    6.4.2 混凝土材料  88-89
  6.5 试件破坏过程  89-92
    6.5.1 第一组试件破坏过程  89-91
    6.5.2 第二组试件破坏过程  91
    6.5.3 第三组试件破坏过程  91-92
  6.6 试验结果及分析  92-108
    6.6.1 荷载一位移曲线  95-101
    6.6.2 钢筋应变  101-103
    6.6.3 拼缝处附加钢筋与板底钢筋应变变化图  103-108
  6.7 本章小结  108-109
7 拼缝叠合楼板非线性有限元分析  109-132
  7.1 概述  109
  7.2 混凝土有限元分析中的裂缝模型  109-115
    7.2.1 弥散裂缝模型  109-112
    7.2.2 分离裂缝模型  112-113
    7.2.3 断裂力学模型  113-115
  7.3 叠合楼板有限元模型  115-122
    7.3.1 钢筋混凝土有限元模型的选取  115-117
    7.3.2 单元类型  117-118
    7.3.3 材料参数  118-122
  7.4 模型的建立  122-124
  7.5 有限元数值模拟结果  124-130
  7.6 本章小结  130-132
8 叠合楼板增强型拼缝传力性能的试验研究  132-138
  8.1 概述  132
  8.2 试验内容与方法  132-134
    8.2.1 试验设计  132-133
    8.2.2 加载及量测方案  133-134
  8.3 试验分析  134
    8.3.1 试验现象及破坏形态  134
  8.4 试验结果分析  134-137
    8.4.1 荷载—挠度关系  134-136
    8.4.2 承载力比较  136
    8.4.3 挠曲形状的比较  136-137
  8.5 本章小结  137-138
9 结论与展望  138-142
  9.1 全文总结  138-139
  9.2 建议  139-140
  9.3 研究展望  140-142
参考文献  142-148
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况  148

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