钢筋混凝土缺角板受弯性能试验研究与有限元分析

摘要

旧城改造是我国各地政府普遍关注的热点问题之一。宽柱双梁框架结构体系是改造旧建筑物的一种新的理念，可广泛应用于砌体结构或混凝土结构的住宅、旅馆、医院等建筑物的改造中，尤其能满足小空间改造成大空间的改造要求。虽然该结构体系早就广泛应用于实际工程中，但其系统的理论研究在国内外几乎是空白。
　　在宽柱双梁框架结构体系的托换改造流程中，基于施工方便的考虑，在楼面四角开孔浇筑柱混凝土，便形成了四角开孔钢筋混凝土板。钢筋混凝土缺角板经常出现，但各类文献表明国内外尚未见到与其有关的研究报道。因此，有必要对缺角板的塑性极限分析进行相关的试验研究及有限元分析，研究缺角板在荷载作用下的塑形铰线的形成、位置以及其极限承载力，有助于合理评估既有楼面板的承载力，完善其设计理论，对于旧房加固改造具有重要意义。
　　本文结合国家自然科学基金项目《钢筋砼宽柱双梁框架结构体系应用于旧房托换改造中的设计理论研究》，设计制作了7块不同开孔系数的板，围绕开孔大小对板受弯性能的影响，进行了相关的试验研究及理论分析。进行缺角板静载试验研究，观察试验过程及破坏形态，研究试件的开裂荷载、裂缝的形态及发展规律、极限荷载、屈服线模式等。基于有限元软件ABAQUS进行有限元非线性模拟，并将有限元分析结果与试验结果进行了比较。
　　研究结果表明:四边简支缺角板跨中区域钢筋首先发生屈服，缺角边周围钢筋后发生屈服，随后跨中区域钢筋屈服范围不断扩展，同时往四角延伸，形成塑性铰线，最终板顶面缺角口角心处混凝土沿着与板边大致成45°方向被压碎;开孔系数K值对缺角板的受力性能和破坏特征产生一定的影响;基于有限元分析方法获得的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载与试验结果吻合相对较好，说明基于ABAQUS对钢筋混凝土缺角板的静力学性能进行了较为准确的模拟，同时也验证了试验的准确性'利用塑性铰线法针对不同开孔系数K值的缺角板提出不同的屈服线模式，并根据虚功原理分析法分别建立起了缺角板极限承载力计算公式，结果表明提出的塑性铰线模式是合理可行的，建立起的极限承载力计算公式是适用的，最后并通过引入一个与开孔系数K有关的系数得到了线性回归方程，将塑性铰线模式进行了简化。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 钢筋混凝土异形板塑性极限分析研究现状

1．3 研究内容

第2章 钢筋混凝土缺角板受弯性能试验

2．1 概述

2．2 试验概况

2．2．1 试件设计

2．2．2 材料力学性能

2．2．3 加载装置及加载制度

2．2．4 量测内容和测点布置

2．3 静载试验过程及破坏形态

2．3．1 缺角板S-1

2．3．2 缺角板S-2

2．3．3 缺角板S-3

2．3．4 缺角板S-4

2．3．5 缺角板S-5

2．3．6 缺角板S-6

2．3．7 矩形板S-7

2．4 试验结果分析

2．4．1 荷载-位移曲线

2．4．2 荷载-混凝土压应变曲线

2．4．3 荷载-钢筋拉应变曲线

2．4．4 开裂荷载、屈服荷载和极限荷载

2．5 本章小结

第3章 钢筋混凝土缺角板非线性有限元分析

3．1 概述

3．2 有限元软件ABAQUS简介

3．3 有限元模型的建立

3．3．1 有限元模型选择

3．3．2 材料本构关系

3．3．3 单元类型的选取

3．3．4 几何模型的建立

3．3．5 接触面的相互作用

3．3．6 定义边界条件与施加荷载

3．3．7 网格划分

3．4 有限元计算结果分析

3．4．1 荷载-位移曲线比较

3．4．2 开裂荷载和屈服荷载

3．4．3 破坏形态及极限荷载

3．5 本章小结

第4章 钢筋混凝土缺角板受弯性能理论分析

4．1 概述

4．2 塑性铰线法简介

4．2．1 板的配筋

4．2．2 基本假定

4．2．3 作为转动轴的屈服线

4．2．4 角部效应

4．2．5 缺角板塑性铰线模式

4．3 虚功原理分析法

4．4 缺角板极限荷载

4．4．1 塑性铰线模式一

4．4．2 塑性铰线模式二

4．4．3 塑性铰线模式三

4．4．3 塑性铰线模式四

4．5 缺角板塑性铰线模式简化

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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