钢筋桁架式夹芯混凝土板优化设计与受力性能分析

摘要

钢筋桁架式夹芯混凝土板是一种新型的楼板结构，它具有重量轻、强度高、施工装配化、产品工厂化的特点，适用于多高层钢结构住宅体系。该楼板符合目前钢结构住宅楼板体系的发展趋势，是值得大力推广的楼板形式。 本文从研究钢结构住宅的楼板体系出发，对国内外现阶段钢结构住宅的各种楼板形式进行介绍，并将钢筋桁架式夹芯混凝土板与它们进行综合对比。在钢结构桁架设计的理论基础上，对钢筋桁架式夹芯混凝土的受力骨架-钢筋桁架进行设计，确定钢筋桁架的形式，分析包括钢筋直径、桁架高度、支撑桁架榀数、桁架截面形式等影响钢筋桁架性能的主要参数，并运用灰局势决策对钢筋桁架进行优化选型，确定钢筋桁架的最优形式。 研究钢筋桁架式夹芯混凝土板的整体受力性能，进行开裂状态以及极限状态的内力分析与理论计算。运用两种不同的方法推导出钢筋桁架式夹芯混凝土板的开裂弯矩公式，提出开裂弯矩的简化公式，将三者进行对比分析。结合工程实际，推导出极限弯矩的理论公式与简化公式。建立钢筋桁架式夹芯混凝土板的有限元模型，得出开裂弯矩与极限弯矩的有限元分析值，将其与理论公式值进行对比与验证。并且通过对钢筋桁架式夹芯混凝土板模型在受弯状态下的分析，得出较为合理的板型。 最后，通过对钢筋桁架式夹芯混凝土板方案、叠合板方案、组合板方案、现浇板方案各方面性能进行了比较，得出由钢筋桁架式夹芯混凝土板为楼板体系的钢结构住宅在经济成本、受力性能、抗震性能、变形性能方面都具有一定的优势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1国内外钢结构住宅发展概述

1.1.1国内钢结构住宅的发展概述

1.1.2国外钢结构住宅的发展概述

1.2国内外钢结构住宅楼板体系发展概述

1.2.1国内钢结构住宅楼板体系发展概述

1.2.2国外钢结构住宅楼板体系发展概述

1.3本论文的研究目的与内容

1.3.1本论文的研究目的

1.3.2本论文的研究内容

第二章常用楼板体系的概述与对比

2.1引言

2.2楼板的选择

2.2.1楼板的结构功能

2.2.2合理选择楼板结构形式的意义

2.3国内外常用楼板体系的介绍

2.3.1国内常用楼板体系的介绍

2.3.2国外常用楼板体系的介绍

2.4钢筋桁架式夹芯混凝土板的提出

2.4.1钢筋桁架式夹芯混凝土板的“桁架”与“夹芯”形成

2.4.2钢筋桁架式夹芯混凝土板的构造

2.4.3钢筋桁架式夹芯混凝土板的特点

2.4.4不同类型楼板综合比较

2.5小结

第三章钢筋桁架式夹芯混凝土板桁架设计与优化选型

3.1引言

3.2桁架内力计算

3.2.1桁架受力机理

3.2.2桁架荷载取值

3.2.3桁架内力组合

3.2.4桁架内力计算

3.3桁架杆件截面形式与截面设计

3.3.1桁架杆件截面选型

3.3.2桁架杆件的计算

3.4钢筋桁架式夹芯混凝土板桁架体系设计实例

3.4.1几何尺寸

3.4.2荷载计算

3.4.3内力计算

3.4.4杆件截面选择

3.4.5重量及挠度

3.5各参数对桁架体系的影响

3.5.1钢筋直径对桁架体系的影响

3.5.2桁架高度对桁架体系的影响

3.5.3支撑桁架对桁架体系的影响

3.5.4不同桁架腹杆布置形式对桁架体系的影响

3.6桁架体系优化选型

3.6.1灰局势决策

3.6.2桁架体系选型的灰局势决策

3.7 小结

第四章钢筋桁架式夹芯混凝土板受力性能研究

4.1引言

4.2一般受弯构件正截面工作的三个阶段

4.3钢筋桁架式夹芯混凝土板开裂内力分析与理论计算

4.3.1受弯构件抗裂度计算的基本假定

4.3.2钢筋桁架式夹芯混凝土板抗裂度计算

4.4钢筋桁架式夹芯混凝土板破坏状态的内力分析和理论计算

4.4.1钢筋桁架式夹芯混凝土板破坏状态的计算假定

4.4.2钢筋桁架式夹芯混凝土板极限承载力计算

4.5 小结

第五章钢筋桁架式夹芯混凝土板有限元分析

5.1引言

5.2有限元的理论基础

5.2.1有限元方法的发展

5.2.2有限元方法的基本思想与步骤

5.2.3钢筋混凝土有限元介绍

5.3本文有限元模型的验证

5.3.1 ANSYS模型建立

5.3.2 ANSYS开裂状态模拟

5.3.3开裂弯矩有限元值与公式计算值对比分析

5.3.4极限弯矩有限元分析

5.3.5极限弯矩有限元值与公式计算值对比分析

5.4 小结

第六章不同楼板形式组成的高层钢结构体系的技术经济分析

6.1引言

6.2不同楼板形式组成的结构体系的方案设计与计算模型

6.2.1基本设计资料

6.2.2方案设计与计算模型

6.2.3各方案的结构计算

6.3不同楼板形式组成的结构体系的方案计算结果对比分析

6.3.1经济指标分析

6.3.2受力性能分析

6.3.3结构自振特性分析

6.3.4刚重比分析

6.3.5变形性能分析

6.4各方案综合比较

6.5小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

读研期间发表论文及参与科研情况