[博士]現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心樓板的受力性能研究

內容簡介

　　[博士]現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心樓板的受力性能研究　　學科專業(yè):結構工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度：2010　　現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心樓板按雙向布置筒芯內模的方法是一種全新設計思路。此方法是將筒芯內模按剪力傳遞方向分區(qū)域在板內雙向布置，使筒芯內模的順筒向與剪力傳遞方向一致，從而解決雙向空心板按單向布置筒芯內模造成的兩個方向剛度和承載力存在差異的問題。然而此方法尚未進行相關的試驗研究和必要的理論分析。為了研究這種空心板的受力性能，本文進行了系統(tǒng)的試驗和理論分析，提出了可用于工程設計的雙向筒芯空心板實用設計方法和設計建議。論文主要內容包括:　　 1.完成了一塊凈跨為8mX8m的試驗預應力空心樓板的靜力加載試驗。試驗表明，雙向筒芯現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心試驗板的破壞形態(tài)與各向同性雙向板相似，為板底沿對角線出現(xiàn)受彎裂縫和塑性鉸線的彎曲破壞;不Y兩個方向關于板中心線對稱位置的實測位移基本相同，表明板兩個方向的抗彎剛度相同:X, Y兩個方向關于板中心線對稱位置的非預應力鋼筋應變大小接近，預應力鋼絞線應力增量差值不超過20，說明對稱位置處板的受力狀態(tài)基本相同，試驗板可近似為各向同性板?！　? 2.針對筒芯內模現(xiàn)澆空心板橫筒方向抗剪性能差的問題，對雙向尺寸對稱、雙向荷載對稱的雙向筒芯現(xiàn)澆空心板的受剪性能進行了理論分析和有限元計算。分析結果表明，雙向筒芯現(xiàn)澆預應力棍凝土雙向空心板的兩個主軸方向具均有良好的抗剪性能。其抗剪能力比單向布置筒芯內模的空心板高很多，且比塊體、箱體內模空心板的受力更為均勻。工程設計中，對于長寬相近的此類板，兩主軸方向受剪承載力均宜采用空心板順筒方向的實際肋寬，應用《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002中一般受彎構件的斜截面受剪承載力進行計算，并且建議將公式中混凝土受剪承載力部分中乘以折減系數(shù)0.8，以提高結構的安全性:分別應用GB50010-2002中板的受沖切計算公式和有限元方法對空心板進行受沖切驗算，計算結果表明，對于滿足GB50010-2002構造要求的此類板，其受沖切承載力均能滿足安全性要求。　　 3.應用有限元方法分析了現(xiàn)澆空心板的空心率、非預應力縱筋配筋率和跨高比對其受力性能的影響。指出設計中宜將板的空心率控制在25 %-45%范圍內，且應保證適宜的筒芯內模之間肋部寬度，以避免空心板發(fā)生剪切破壞;空心板的非預應力縱筋配筋率不宜太高，以免空心板的受彎承載力大于其受剪承載力而發(fā)生剪切破壞，建議取現(xiàn)澆空心板的非預應力筋配筋率在0.3%-0.6%范圍內，同時建議在跨度較大的空心板每個內模組之間配置適量預應力筋以提高空心板的抗剪能力;現(xiàn)澆空心板的承載能力與其跨高比呈非線性反比關系，撓度的增量與跨高比的增長近似為線性關系，在工程設計中，通過降低跨高比的方法可有效改善現(xiàn)澆空心板的變形性能?！　? 4.應用各向同性板的理論和非線性有限元方法對不同截面參數(shù)和邊界條件的雙向筒芯現(xiàn)澆應力混凝土雙向空心板進行了內力分析，受彎、受剪、受沖切承載力分析和變形分析。提出對于長寬相近的雙向筒芯現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心板，采用平均抗彎慣性矩計算板的彎曲剛度，并按照GB50010-2002相應公式計算板的撓度能夠較準確地計算出空心板的變形情況;雙向筒芯現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心板，按照線彈性分析方法和塑性分析方法進行內力分析均能滿足設計的安全性要求，工程設計中，可根據(jù)結構的設計要求選擇內力分析方法;對于長寬相近的邊支承和柱支承雙向筒芯現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心板的受彎承載力，可將板兩主軸方向折算為等截面面積、等慣性矩、等寬度、等高度的I形截面，依據(jù)GB50010-2002中I形截面受彎構件的承載力公式計算?！　? 5.對空心板中無粘結預應力鋼絞線的應力增量進行了試驗和理論分析，指出無粘結預應力混凝土空心板的內力分布與普通雙向板基本相同，可按照普通雙向板的方法進行內力分析。對于計算現(xiàn)澆空心板中的無粘結預應力筋極限應力增量，我國現(xiàn)行的《無粘結預應力混凝土結構技術規(guī)程》JGJ92-2004中的公式偏于保守，建議在設計無粘結預應力混凝土空心板時，對采用此公式的計算結果乘以一個增大系數(shù)1.5。　　 6.對雙向筒芯現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心板進行了動力特性試驗和模態(tài)有限元分析，指出對于符合《混凝土結構設計規(guī)范》GB 50010-2002相關設計和構造要求的雙向筒芯現(xiàn)澆預應力混凝土雙向空心板，其自振頻率和峰值加速度與重力加速度的比值均較小，能滿足國際標準協(xié)會標準給出的允許值，其振動不易引起人的不舒適感。

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