【碩士】混凝土夾芯板抗彎性能試驗研究與有限元分析

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　　【學(xué)位年度】2007　　【摘要】　　 自七十年代世界能源危機(jī)產(chǎn)生以后,節(jié)能型建筑材料一直是世界各國建筑業(yè)所致力研究和開發(fā)的重點.對于能源相對緊缺的我國來說,節(jié)約能源更是基本國策之一.現(xiàn)階段我國建筑物常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)仍以砌筑塊材為主,屋面保溫主要是在結(jié)構(gòu)層上鋪設(shè)傳統(tǒng)的保溫材料,建筑物的保溫效果較差,因此,墻材革新和建筑節(jié)能顯得尤為重要.在眾多的節(jié)能型建筑制品中,復(fù)合板材體系以其優(yōu)異的工作性能、低廉的造價成為發(fā)展最為迅速的一種新型建筑材料.目前,我國已有鋼絲網(wǎng)架夾芯板作為高層建筑內(nèi)填充墻和外圍護(hù)墻應(yīng)用的實例.高層建筑中,墻板的平面外水平風(fēng)荷載較大,在設(shè)計中應(yīng)加以考慮.目前,研究人員對夾芯板的計算和分析都是建立在共同作用假定之上,共同作用的假定是否符合真實的應(yīng)變分布還有待于進(jìn)一步的研究和證明. 本文對鋼絲網(wǎng)架混凝土夾心板的平面外抗彎性能進(jìn)行了詳細(xì)的試驗研究和ANSYS非線性有限元分析.首先,通過夾芯板的抗彎試驗,總結(jié)出板的變形、裂縫的開展與分布、截面混凝土應(yīng)變的變化規(guī)律等.試驗證明,該板由裂縫寬度控制正常使用極限狀態(tài).開裂前,荷載撓度呈線性關(guān)系,開裂后,荷載撓度曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折點,從正常使用極限狀態(tài)至承載能力極限狀態(tài)板的撓度還有較大的發(fā)展.由于板的配筋率較低,板的裂縫數(shù)量比較少,裂縫間距比較大,但裂縫寬度發(fā)展不像少筋受彎構(gòu)件那樣快.沿板全截面高度,混凝土應(yīng)變分布并不始終服從平截面假定.針對開裂前板截面混凝土的實際應(yīng)變分布,重點討論了夾芯板工作過程中部分共同作用的特性,并對截面應(yīng)變非線性分布原因做出分析.夾芯板工作時,連接器受力方式可比擬為桁架,不同傾斜方向的鋼絲分別承受軸向拉力和壓力,軸力的豎向分力就是截面剪力,水平分力傳遞給混凝土面層,形成板的共同作用.截面實際應(yīng)力應(yīng)變分布是共同作用和非共同作用的疊加,根據(jù)板的實際的應(yīng)變分布推算出,開裂前,其共同作用成分約占9096,開裂后,整個板呈現(xiàn)出桁架工作模式. 其次,在試驗基礎(chǔ)上,根據(jù)板開裂時刻和破壞時刻實際的應(yīng)力狀態(tài),提出了夾芯板開裂承載力和極限承載力的計算公式,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好;由板的破壞形態(tài)和破壞特征,總結(jié)了影響夾芯板抗彎性能的主要因素,并對板的設(shè)計使用提出了一般性建議,可作為工程應(yīng)用參考. 最后,在試驗的基礎(chǔ)上,建立了有限元模型,利用ANSYS有限元程序?qū)炷翃A心板進(jìn)行了非線性有限元分析.有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果對比表明,夾芯板的荷載一撓度曲線、截面應(yīng)變分布、開裂承載力、極限承載力與試驗結(jié)果吻合較好,結(jié)果表明,夾芯板的有限元模型是可行的. 　　共74頁

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