部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁受弯性能研究与改进设计

发布时间：2020-08-21 21:07

【摘要】：传统的型钢混凝土梁具有抗震性能强、耐火性好等优点,常用于大跨结构及超高层建筑,但由于其施工工序繁杂,以及实腹型钢与混凝土之间粘结强度较低,导致推广和应用受阻。而部分预制装配型钢混凝土梁是将装配式技术应用在性能突出的型钢混凝土结构上,它既具有施工方便、环保节约等优点,又具有抗震性能好、承载力高的特性,因此发展前景非常广阔。本文为了解决传统实腹型钢与混凝土之间粘结性能不佳的问题,采用蜂窝型钢取代实腹型钢,形成新的部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁,并对其受弯性能进行深入研究,具有重要的理论应用价值。本文主要研究内容和结论如下:(1)利用有限元软件ABAQUS分别建立3个部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁的缩尺模型,分析破坏形态、应力分布及荷载-挠度曲线,并与试验结果进行对比,结果表明:曲线吻合较好,验证了建模分析的正确性与可靠性。(2)建立了部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁的足尺精细化模型,采取数值分析的方法,从裂缝发展、破坏形态、应力分布、荷载-挠度曲线等方面进行全过程分析。结果发现:该类型梁的破坏过程分为未裂、带裂缝工作、钢材屈服至截面破坏三个阶段,但与普通钢筋混凝土梁不同,其在开裂和屈服阶段刚度不会出现明显的降低。同时,建立了同尺寸的全现浇蜂窝型钢混凝土梁模型,分析比较发现:部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁的极限承载力仅比全现浇的情况降低5.1%左右,在荷载-挠度曲线、延性、裂缝发展、破坏形态方面没有明显变化,说明部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁性能表现良好。(3)从材料强度(混凝土强度及蜂窝型钢强度)、梁跨高比、梁翼缘宽度、蜂窝型钢开孔形式、蜂窝型钢开孔率等参数着手,分别建立了46个部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁模型,研究该类型梁的受弯性能变化规律。结果表明:蜂窝型钢强度、跨高比、蜂窝型钢开孔率是影响部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁受弯性能的重要因素;给出了该类型梁中不同混凝土与型钢强度等级的合理匹配方案;并建议该类型梁设计跨高比取值应在12-18之间。(4)为进一步方便施工,结合叠合梁板结构,对部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁提出一种改进设计方案,并探讨构造设计及安装施工流程,充分反映了其在施工阶段具有无模板、无支撑、无预应力筋的优势。接着对新改进的部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁进行有限元分析,结果表明:改进设计后该类型梁的承载力仅比改进前降低3.8%-6.5%,仍然具有良好的抗弯性能。(5)基于塑性理论基础,建立了改进设计后部分预制装配蜂窝型钢混凝土梁的抗弯承载力计算公式,并进行算例分析。结果表明:计算值与模拟值最大误差仅为8.7%,可供实际工程设计时参考。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9
【图文】：

型钢混凝土,构件,实腹式,型钢混凝土梁

钢混凝土结构中，混凝土将构件中的型钢与钢筋外包而形成整体，构钢筋、混凝土可以很好地协同工作，使得结构承载能力大大提高[4]。件的设计可采取多种形式，主要可分为实腹式结构和空腹式结构，如需要灵活选择型钢种类和形式。（a）实腹式型钢混凝土梁（b）空腹式型钢混凝土梁（c）实腹式型钢混凝土柱

框架结构,型钢混凝土结构,研究成果,结构形式

第一章绪论构，其刚度、强度整体偏差，常用于高度较低、跨度较小的结构。国内外试验表明，在实腹式型钢的配钢率比钢筋混凝土结构稍大或基本相当时，前者表现出了非常好的抗震能力，因此结构中采用实腹式型钢混凝土组合结构较多。型钢混凝土结构在国内有许多应用实例，比如采用 SRC 框架结构建造的北京京广大厦，被誉为香港标志性建筑、高 315 米的香港中银大厦，位于上海市陆家嘴、中间采用 SRC 柱建造的上海中心大厦，如图 1.2 所示。

建筑工业化,装配式建筑,提升带,装配式结构

但其施工工序繁杂仍然是较大弊端。1.3 预制装配式结构的研究现状1.3.1 预制装配式结构的特点建筑工业化是随西方工业革命逐渐出现的概念，当时工业制造效率的大幅提升带动了欧洲新建筑运动的兴起，人们开始实行预制装配式建筑形式。特别是第二次世界大战以后，各国基础设施亟待建设，劳动力又严重缺乏，为建筑工业化提供了巨大的发展空间。经百年的不断探索，国内外工程反复实践证明，预制装配式建筑形式是实现建筑工业化的理想结构体系。为推进住宅产工业化建设，进一步加快城镇化进程，我国也在积极探索、推动装配式结构的发展。2016 年，国家提出“大力推广装配式建筑”的口号，号召更多的学者和企业投入到装配式建筑结构的研究中去。预制装配式结构施工流程是把主要构件预先在工厂制作完成，之后运输到施工现场，再用机械进行吊装和拼接，如图 1.3 所示，简而言之即为四个阶段：设计、预制、运输、安装。

【参考文献】