装配式混凝土梁板叠合节点受力性能试验探讨

论文价格:150元/篇 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis 编辑:硕博论文网 点击次数:
论文字数:38999 论文编号:sb2022031514214644898 日期:2022-03-20 来源:硕博论文网
本文是一篇土木工程论文,笔者认为装配式建筑作为建筑行业未来的发展方向,其结构节点连接可靠是装配式建筑推广应用的关键。在实际工程设计和建造中节点连接方式造成施工不便的问题,违背了装配式简单易行的发展初衷,因此对于连接节点的研究显得意义重大。

第一章 绪论

1.1 研究背景
改革开放以来,中国经济的迅速发展,城市人口快速增多,城市数量显著增加,截止 2019 年,我国城镇人口达 8.4 亿,城镇化率高达 60%。随着城市化进程不断加快,城镇人口数量增加,住房需求急剧增加,给建筑行业带来不小的冲击。传统建筑存在环境污染严重、资源浪费巨大、机械化程度低等缺点,已经不能满足城市现代化发展的需求。
土木工程论文怎么写
土木工程论文怎么写
近年来,装配式建筑因其节能环保、成本低廉、施工方便的建造方式迅速发展。2017 年住建部在印发的《“十三五”装配式建筑行动方案》中指出:“到2020 年,全国装配式建筑占新建建筑的比例达到 15%以上。”2019 年中国新建装配式建筑 4.18 亿 m2,较 2018 年增长 45%,2016-2019 年中国新建装配式建筑面积如图 1-1 所示。根据相关报告来看,全球装配式建筑市场发展迅猛,2010年全球装配式建筑市场规模为 624 亿美元,2015 年增长至 1195 亿美元,市场增速保持在 10%以上。
.............................

1.2 装配式混凝土叠合结构研究现状
装配式混凝土叠合结构一般是指在预制的钢筋混凝土或预应力混凝土梁板上后浇混凝土所形成的两次浇筑混凝土结构,它具有现浇混凝土和预制装配式混凝土结构的优点,是一种整体性好,抗震性能优越,经济效益高的结构形式。按其受力性能可以分为“一次受力叠合结构”和“二次受力叠合结构”两类[1,2]。装配式混凝土叠合梁板在施工时,完成梁的支模工作并吊装预制板后,不再加支撑,直接以预制板作为现浇层混凝土的模板并承受施工荷载,待现浇混凝土达到设计强度之后,再由预制部分和现浇部分形成的叠合梁板整体结构承受使用荷载,便构成了“二次受力结构”。与整体现浇构件相比,“二次受力结构”截面存在“受拉区钢筋应力超前”和“受压区后浇混凝土应变滞后”的特征[3]。
1.2.1 国外相关研究
早在 20 世纪 20 年代,混凝土叠合结构已在国外得到应用[4];到 40-50 年代叠合结构在建筑上得到发展[5];60 年代初期前苏联应用预应力底板制作装配式叠合板,通过对预制板表面进行人工粗糙处理的方式,增加了叠合面间的粘结力,提高构件的整体性和抗震性[6];70 年代,为保证新旧混凝土协同工作,在其界面开始配置抗剪钢筋[7];20 世纪 80 年代 DMSZ 式叠合板结构[8]在波兰迅速发展,其装配式混凝土住宅比重已经达 80%以上;到 90 年代,日本推出一种混凝土叠合结构,是由口字型叠合柱、U 型叠合梁以及叠合板拼接并在现场浇筑混凝土形成一个结构整体[9]。21 世纪以来,随着装配式建筑在全球盛行,众多学者对叠合结构的研究也更加深入。
Rex 等[10]对四个足尺叠合板进行受力性能试验,并建立荷载-变形性能模型,通过对模型结果和试验结果的对比,发现该模型可以准确预测叠合板的荷载-变形性能。
Yardim[11]对两个倒置双向肋预制板和两个由预制底板、砌块、后浇混凝土组成的叠合板进行受弯性能试验,结果表明这种叠合板的承载力满足设计要求,而且该板的预制底板具有良好的受力性能,可以充当叠合板的底模。
Uy 等[12]分析了多层建筑的钢梁结构与预制混凝土板之间的复杂受力问题,利用澳大利亚标准,设计验算了梁板间的不同抗剪连接件的承载力性能,并对标准中的参数提出更加可行的建议。
.........................

第二章 装配式梁板叠合节点试件设计及试验方法

2.1 引言
近年来,装配式建筑因其生产效率高、施工周期短、资源节省大以及能源浪费少等优点,在房建和桥梁上广泛应用,成为国内众多学者研究的热点。但我国在装配式混凝土梁板叠合结构的研究仍处于起步阶段,相关参考文献、技术支持和构件试验、理论方面研究成果较少。为研究装配式混凝土梁板叠合(钢筋搭接)节点结构体系在竖向荷载下的受弯性能以及在平面内传递水平荷载的力学性能,本文模拟实际工程中梁板叠合节点的受力状态,利用结构力学原理建立了有效的试验模型,随后对不同试验模型进行了受弯性能试验、面内受剪性能试验以及面内受低周反复荷载性能试验。本章主要阐述了试件的设计、制作、材料选取、加载方案以及测点布置。
本试验共设计和制作 6 个试件,其中包括 5 个装配式混凝土梁板叠合节点试件(CBSJ1-CBSJ5),1 个全现浇试件(XJB),试件CBSJ5 为按规范做法试件(预制板钢筋伸入梁内,其他 4 个叠合节点试件该部分均为钢筋搭接)。叠合节点试件由两块预制板以及后浇混凝土梁板两部分组成,预制板根据国家建筑标准设计图集[34]设计而成,后浇混凝土板根据规范[32]浇筑。
..............................

2.2 试件设计
2.2.1 受弯试件设计
2.2.1.1 试件设计
在工程中装配式混凝土梁板叠合节点结构较复杂,不利于直接进行受弯性能试验。为方便试验,本文采用弯矩等效原理对实际工程结构进行设计简化,得出试验模型,试件设计过程如图 2-1 所示。
工程管理论文参考
工程管理论文参考
如图 2-1(a)所示,选取两跨梁板结构作为研究对象;在其受竖向活荷载和恒荷载的情况下,其弯矩图如图 2-1(b);为简化结构,两边各取半跨结构对其施加竖向力 P,使其所受弯矩与原模型相等,如图 2-1(c);根据模型弯矩图情况进行支座转化,如图 2-1(d);最终得出与原模型所受弯矩相等的试验模型,如图 2-1(e)。对此模型进行受弯性能试验能够反应出实际工程中在正常使用条件下梁板叠合节点的受力和破坏情况,对工程具有一定的指导意义。
.....................

第三章 装配式梁板叠合节点受弯性能分析...........................19
3.1 引言.................................19
3.2 试验结果及分析................................19
第四章 装配式梁板叠合节点面内受剪性能分析.............................33
4.1 引言........................................33
4.2 试验结果与分析.............................33
第五章 梁板叠合节点面内受低周反复荷载性能分析.........................43
5.1 引言..........................................43
5.2 试验结果与分析...................................43

第六章 装配式梁板叠合节点受力性能有限元分析

6.2 材料本构关系
6.2.1 混凝土本构关系
在 ABAQUS 软件中,混凝土的本构关系模型包括:混凝土损伤塑性模型(CDP)、混凝土弥散开裂模型以及混凝土脆性破裂模型。其中混凝土塑性损伤模型不仅适用于静力分析,而且在动力问题上具有良好的解析能力,收敛性较好;混凝土弥散开裂模型适用于静力分析和应力较小的动力分析,收敛性较差;混凝土脆性破裂模型适用于动力分析,此模型考虑了构件由于出现裂纹导致的材料各向异性性质,材料压缩的行为假定为线弹性,脆性断裂准则可以使得材料在拉伸应力过大时失效。综合考虑,本文选用塑性损伤模型来模拟混凝土的材料特性。
土木工程论文参考
土木工程论文参考
...........................

结论与展望

主要结论
近年来,我国正在大力推广、发展、应用装配式建筑。本文对装配式混凝土梁板叠合节点进行受弯性能试验、面内受剪性能试验和面内受低周反复荷载试验研究以及有限元模拟,对比各试件的承载能力和变形能力,提出一种施工安装便利、结构性能基本等同于全现浇结构的装配式梁板叠合(钢筋搭接)节点,推动装配式建筑在内蒙古以至全国的发展。通过对试验现象和数据的理论分析,主要得出了以下结论:
(1) 在受弯性能方面:带肋、钢筋搭接、桁架钢筋通过肋的节点相比现浇节点能有效改善裂缝发展形态和破坏位置,减小裂缝宽度,提高承载力,相比规范标准(板边出筋)节点可以增加叠合面粘结性,提高抗弯刚度;对承载能力和变形能力的综合性分析,引入延性系数和塑性转角,结果发现带肋、钢筋搭接、桁架钢筋通过肋的节点延性较好;同时通过考虑耦合作用,建立短期刚度公式,把计算值与试验值比较后发现该公式可以良好的反应试件开裂前的刚度,为实际工程提供参考。
(2) 在面内受剪性能方面:预制板边(齿槽)厚 30mm 的形式可以增加试件的抗剪刚度,减小裂缝宽度小,使裂缝分布更加均匀;钢筋搭接结构形式在承载力方面与直接伸入筋差别不大,但可以略微增加试件延性;基于我国混凝土结构设计规范与美国相关规范,获得面内受剪承载力计算公式,发现计算值与试验值吻合,为工程提供一定参考。
(3) 在面内受低周反复荷载性能方面:板边(齿槽)厚对裂缝的影响与面内受剪试验相似,预制板边(齿槽)厚 30mm 的节点使钢筋搭接更紧密,可以减小裂缝宽度,使裂缝分布更加均匀;通过对滞回曲线、骨架曲线、承载能力、变形能力、耗能能力的研究,发现试件均存在滑移现象,钢筋搭接、预制板厚 60mm的节点耗能能力较强,但其刚度退化较快,极限位移较小。综合来看,钢筋搭接、预制板厚 60mm 的构造在结构安全方面预警不足,而对于钢筋搭接、预制板边(齿槽)厚 30mm 的构造措施在各方面均优于规范标准(板边出筋)节点,具有良好的传递地震荷载的能力。
参考文献(略)

QQ 1429724474 电话 18964107217