活性粉末混凝土（RPC）-钢组合梁截面受弯全过程分析及优化设计

摘要

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)是一种新型超高强水泥基复合材料。它具有超高的力学性能，优异的耐久性，较低的收缩和徐变性能。将活性粉末混凝土代替普通混凝土应用到组合梁结构之中，可以弥补由于普通混凝土材料本身的限制，存在一些如抗拉强度低、极易开裂、连接性能在长期荷载作用下容易劣化等缺陷，充分发挥组合梁结构自重轻、经济性能好、施工方便等优点，以及充分发挥了钢(受拉)和混凝土(受压)两种不同材料的特点。 本文对活性粉末混凝土-钢组合梁截面进行了从开始加载到破坏的受弯全过程进行分析，分析中考虑了混凝土开裂、材料非线性等影响因素。编制了用来计算受弯全过程M-ψ曲线的数值迭代程序，此程序也适用于钢-普通混凝土组合梁。对具体的算例，应用程序得出活性粉末混凝土-钢组合梁受弯全过程的M-ψ曲线，并对所得曲线进行分析，将其与普通混凝土组合梁进行了比较，还分析了中性轴位置的变化。 本文还对活性粉末混凝土-钢组合梁截面进行了优化分析。结合现有的钢结构设计规范、两类截面的约束条件以及其他几何和受力约束等等，推导了截面优化数学模型。就具体算例，调用Matlab优化工具箱中序列二次规划算法对截面进行了优化设计分析。同时，考虑要充分发挥两种材料的力学性能，对截面受力性能进行了优化分析，推导出了截面受力优化情况下混凝土板厚和组合梁梁高之间的相互关系，可以对活性粉末混凝土-钢组合梁截面设计提供参考。对具体的算例，对截面受力性能优化的效果进行了验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2 RPC材料的特性及研究现状

1.2.1 RPC的基本配置原理

1.2.2 RPC的基本性能

1.2.3 RPC的研究及应用现状

1.2.4 RPC的应用前景

1.3钢-混凝土组合梁的发展及研究

1.3.1组合梁的发展历程

1.3.2组合梁的受力性能研究

1.3.3组合梁的分析方法

1.3.4活性粉末混凝土-钢组合梁

1.4论文的主要思路及研究内容

2材料和截面特性

2.1 RPC的本构关系

2.1.1 RPC的受压本构模型

2.1.2 RPC的受拉本构模型

2.2普通混凝土本构关系

2.3钢材的本构关系

2.3.1实际应力-应变曲线

2.3.2简化模型

2.4截面特性

3 RPC-钢组合梁受弯截面全过程分析

3.1 引言

3.2基本假设

3.3计算原理

3.3.1截面内力计算

3.3.2平衡条件

3.4计算程序的编制

3.4.1基本计算流程

3.4.2中性轴高度的确定

3.5算例及讨论

3.5.1算例基本参数

3.5.2结果及讨论

3.6小结

4 RPC-钢组合梁截面优化设计

4.1 引言

4.2优化设计的变量

4.3优化设计的目标函数

4.4优化设计的约束条件

4.4.1变形约束条件

4.4.2两类截面的判别约束条件

4.4.3两类截面的承载力约束条件

4.4.4两类截面钢梁板件宽厚比约束条件

4.4.5几何约束条件

4.5建立优化设计数学模型

4.5.1一类截面优化数学模型

4.5.2二类截面优化数学模型

4.6优化设计算例及讨论

4.6.1算例基本参数

4.6.2结果及讨论

4.7截面性能优化分析

4.7.1性能优化分析

4.7.2算例及讨论

4.8小结

5结论

5.1概述

5.2结论及成果

5.2.1全过程分析

5.2.2截面优化设计

5.2.3截面受力性能优化

5.3展望

参考文献

附录A荷载--曲率Matlab计算程序源代码

作者简历