钢纤维陶粒混凝土带肋底板叠合楼板受力性能试验研究

摘要

装配式混凝土结构是建筑产业现代化进程中主力推广的结构形式之一，而叠合楼板作为装配式混凝土结构的重要组成部分，具有较高的承载力、较好的整体性和抗震性能，可实现工厂化、自动化、模数化，提高装配式混凝土结构的整体预制装配率，因此深入研究其受力性能和计算理论，对推动装配式混凝土结构的发展起着重要的影响。本文基于课题组前期研究成果，提出一种钢纤维陶粒混凝土带肋底板叠合楼板（FCRP叠合楼板），通过静力加载试验，对叠合楼板施工及使用阶段的受力性能进行研究，对比分析不同预制底板材质、加强肋形式对叠合楼板基本力学性能的影响；在试验研究的基础上，利用非线性有限元数值扩展分析，对比关键参数变化对叠合楼板受力性能的影响规律；以平截面假定为基础，建立FCRP叠合楼板短期刚度、挠度、开裂弯矩、承载力计算公式。本文主要研究内容与成果包括： 1、通过5块足尺叠合楼板和1块足尺预制底板的静力加载试验，对叠合楼板施工及使用阶段的受力性能进行研究；对比分析不同预制底板材质（普通混凝土、钢纤维淤泥制陶粒混凝土、钢纤维再生砖骨料混凝土）、加强肋形式（单纵肋、十字肋、无肋）等关键参数对叠合楼板基本力学性能的影响。 试验结果表明： 1）叠合楼板在施工阶段仍处于弹性状态，挠度值远小于规范规定的限值，完全满足施工要求； 2）叠合楼板在静力荷载作用下均经历了弹性阶段、开裂阶段（也称弹塑性阶段）和破坏阶段，每个阶段均基本符合平截面假定； 3）叠合面处未出现水平裂缝，认为加强肋与粗糙面相结合的形式满足抗剪要求； 4）预制底板加入钢纤维，明显抑制了裂缝的发展，提高了构件的开裂荷载； 5）对比不同加强肋形式，十字肋底板的叠合楼板承载力最高，开裂荷载最大，同级荷载下跨中挠度最小； 6）对比不同预制底板材质，钢纤维再生砖混凝土底板的叠合楼板承载力最高，钢纤维陶粒混凝土底板的叠合楼板的延性最好。 2、利用 ABAQUS建立叠合楼板有限元数值模型，并对比试验结果，验证数值模型的合理性；进行基于关键参数变化的数值扩展分析，对比分析加强肋高度（2块）、加强肋宽度（2块）对FCRP叠合楼板受力性能的影响规律。 分析结果表明： 1）随着加强肋宽度的增加，叠合楼板的刚度有所增大，挠度有所减小，但相差幅度不大。肋宽减少50mm，影响跨中挠度的变化幅度为7.2%，肋宽增加100mm，影响跨中挠度的变化幅度为10.5%； 2）随着加强肋高度的增加，叠合楼板的刚度越大，挠度呈减小趋势，相差幅度较大。肋高减少10mm，影响跨中挠度的变化幅度为24.6%，肋高增加10mm，影响跨中挠度的变化幅度为22.8%。可见，加强肋高度相对于宽度的改变对叠合楼板受力性能的影响更为显著。 3、结合试验结果及数值扩展分析，综合考虑钢纤维的作用，建立FCRP叠合楼板的短期刚度、挠度、开裂弯矩和受弯承载力计算公式。理论计算与试验结果表明： 1）通过分析钢纤维对叠合楼板短期刚度的影响，推导出其在施工及使用阶段的短期刚度和挠度计算公式； 2）FCRP叠合楼板的开裂弯矩可按现行《混凝土结构设计规范》进行计算，但其截面抵抗矩塑性影响系数基本值应按本文修正后的结果取值； 3）建立了FCRP叠合楼板正截面受弯承载力实用计算公式，通过理论计算值与试验值的对比，判定该公式的合理性，为实际工程设计提供一定参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 叠合楼板简介

1.3 国内外叠合楼板发展与研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 钢纤维陶粒混凝土带肋底板叠合楼板受力性能试验

2.1 引言

2.2 试验概况

2.3 试验方法

2.4 叠合楼板施工阶段试验过程及结果

2.5 叠合楼板使用阶段试验过程及结果

2.6 不同关键参数对叠合楼板受力性能影响分析

2.7 小结

3 钢纤维陶粒混凝土带肋底板叠合楼板非线性数值分析

3.1 引言

3.2 数值模型

3.3 数值模型的验证

3.4 不同关键参数对钢纤维陶粒混凝土叠合楼板受力性能的影响

3.5 小结

4 钢纤维陶粒混凝土带肋底板叠合楼板计算理论分析

4.1 引言

4.2 预制底板的短期刚度

4.3 叠合楼板的刚度

4.4 考虑荷载长期作用的挠度

4.5 叠合楼板正截面开裂弯矩

4.6 叠合楼板正截面受弯承载力

4.7 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录

攻读硕士学位期间研究成果

攻读硕士学位期间参加的主要科研项目