内嵌筋材石楼板抗弯性能试验研究

摘要

花岗岩是乡村镇地区，尤其是东南沿海地区常用的建筑材料，具有抗压强度高、耐腐蚀、耐风化、耐久性强等很多优点。但是，花岗岩作为脆性材料，花岗岩石楼板的抗弯承载力和延性较差，在普通堆载下易发生突然脆断。因而《建筑抗震设计规范》和《镇（乡）村建筑抗震技术规程》都禁止使用纯石楼板作为承重构件。为了改善花岗岩石楼板的缺点，本文借鉴了内嵌法在混凝土加固中的应用，首次提出在花岗岩石楼板底部受拉区开槽嵌埋筋材，并对内嵌筋材石楼板的抗弯性能进行了试验研究和理论分析。
　　本文共制作了9块内嵌筋材石楼板试件，其中6块为内嵌钢筋石楼板，其余3块为内嵌CFRP筋石楼板，采用高强环氧树脂结构胶为粘结剂。试验采用三分点加载，试验参数包括开槽尺寸和配筋率，对内嵌筋材石楼板的受弯破坏模式、抗弯承载力及变形等方面进行了试验分析。试验结果表明:(1)内嵌筋材石楼板的开裂荷载、破坏荷载和破坏挠度较纯石楼板提高明显，有效地改善了纯石楼板易脆断和延性差的缺点;(2)配筋率是内嵌筋材石楼板抗弯性能的重要影响因素;(3)配筋率是内嵌钢筋石楼板破坏模式的控制因素。随着配筋率的增加，内嵌钢筋石楼板的破坏模式由脆性破坏转变为延性破坏，破坏时材料强度可以充分利用;(4)试验过程中筋材和石楼板之间滑移量较小，筋材和石楼板共同工作性能良好。
　　在试验研究的基础上，分析了内嵌筋材石楼板的受弯破坏机理，建立了内嵌筋材石楼板的抗弯承载力计算公式，计算结果和试验结果吻合良好，并结合试验提出了设计建议，给出内嵌钢筋石楼板发生延性破坏的建议配筋率取值为0.36％～0.98％，为工程应用提供参考。此外，提出施加预应力提高石楼板开裂荷载的方法，并推导了内嵌预应力筋材石楼板开裂弯矩的计算公式。计算表明，预应力只宜对配筋率较大的石楼板施加。
　　最后，对研究分析给出了结论，内嵌筋材石楼板具有较高的承载力和延性，值得进一步研究和推广。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 国内外石结构历史与分布

1．1．1 我国石结构发展与分布

1．1．2 国外石结构发展与分布

1．2 国内石结构房屋的安全现状和抗震隐患

1．2．1 国内石结构房屋安全现状

1．2．2 石结构房屋抗震隐患

1．3 国内外石结构研究现状

1．3．1 国内石结构研究现状

1．3．2 国外石结构研究现状

1．4 国内外内嵌法加固研究现状

1．4．1 国内内嵌法加固研究现状

1．4．2 国外内嵌法加固研究现状

1．5 本次课题主要研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 本文研究的主要内容

第2章 花岗岩本构关系研究

2．1 花岗岩抗压强度试验

2．1．1 试验过程

2．1．2 试验结果

2．2 花岗岩劈裂强度试验

2．2．1 试验过程

2．2．2 试验结果

2．3 花岗岩单轴压缩变形试验

2．3．1 试验过程

2．3．2 试验结果

2．5 本章小结

第3章 内嵌筋材石楼板抗弯性能试验

3．1 试验概况

3．1．1 试件设计

3．1．2 试件制作

3．1．3 试验材料基本力学性能

3．1．3 试验装置及加载制度

3．1．4 试验测量内容

3．2 试件现象和破坏特征

3．2．1 试件试验过程与破坏形态

3．2．2 试件破坏形态对比分析

3．3 试验结果对比分析

3．3．1 正截面承载能力分析比较

3．3．2 试件挠度和变形能力分析比较

3．3．3 筋材应变分析比较

3．3．4 石板受拉区和受压区应变分析

3．3．5 石楼板平截面假定验证

3．3．5 筋材和石板共同工作性能分析

3．4 本章小结

第4章 内嵌筋材石楼板抗弯性能理论分析

4．1 内嵌筋材石楼板受弯破坏模式

4．1．1 内嵌钢筋石楼板受弯破坏模式

4．1．2 内嵌CFRP筋石楼板受弯破坏模式

4．2 内嵌筋材石楼板抗弯承载力计算

4．2．1 基本假定

4．2．2 开裂弯矩计算

4．2．3 破坏弯矩计算

4．2．4 界限配筋率计算

4．2．5 内嵌钢筋石楼板与钢筋混凝土受弯构件的比较

4．3 工程设计建议

4．3．1 设计要求

4．3．2 算例分析

4．4 内嵌预应力筋材石楼板抗弯性能理论分析

4．4．1 内嵌预应力筋材石楼板破坏模式

4．4．2 预应力损失分析

4．4．3 开裂荷载计算

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 主要研究结论

5．2 研究建议

5．3 展望

参考文献

致谢