板柱节点冲切受力性能及承载力计算方法研究

发布时间：2020-09-25 09:52

　　 板柱结构是一种传统的结构形式,在住宅、医院、地下车库建造中应用广泛,但是由于板柱节点的节点区存在较大的弯矩和剪力共同作用,导致板柱节点易于发生脆性冲切破坏。因此,板柱节点的冲切失效机理、抗剪机制和承载力计算方法等问题一直是混凝土结构基本理论研究领域的重要课题之一。本文通过试验研究、有限元模拟、理论分析等方法对板柱节点的冲切受力性能及承载力计算方法进行了研究,本文的主要研究工作如下:(1)设计并完成9个无腹筋板柱节点(截面尺寸2550mm?2550mm?180mm)的冲切试验,试验变量包括混凝土强度(C30、C50、C70)和纵筋配筋率(0.71%、0.93%、1.71%)。试验中测量了冲切破坏受力全过程中的荷载、挠度、混凝土应变和钢筋应变,详细记录了各级荷载下的裂缝形态,并通过动态监测预埋应变测杆的应变变化,间接测试了板厚变化(内部微裂缝发展)趋势。(2)基于各试件的测试结果,对板柱节点冲切破坏受力全过程中的受力特性展开系统性分析,主要包括如下4个方面:板底和剖切面的裂缝形态与特征、荷载-挠度曲线和挠度分布特征、荷载-应变曲线和应变分布特征、加载过程中和破坏瞬间的板厚变化(内部微裂缝发展)趋势。主要发现冲切破坏可能发生在纵筋不屈服或者不同范围的纵筋达到屈服之后;破坏瞬间,斜裂缝首先在加载短柱外侧的节点区生成,然后自上而下发展形成冲切破坏面,破坏过程很可能具有类似多米诺骨牌倒塌的“连续”效应,环柱周边的混凝土高应力区不是同时出现斜裂缝,某一局部区域的斜裂缝率先出现后,裂缝前缘的应力集中触发环柱周边斜裂面瞬间形成,导致冲切破坏;混凝土径向压应变卸载现象最早在距柱边约50mm~130mm的范围内出现。(3)采用非线性有限元分析软件ATENA对板柱节点的冲切受力性能进行模拟,给出了冲切有限元模拟的参数选择建议。首先基于不同破坏模式试件的实测荷载-挠度曲线,对有限元模型和参数进行校验;然后再采用经验证的有限元模型对不同混凝土强度、纵筋配筋率和冲跨比的14个试件进行数值模拟,并给出模拟得到的荷载-挠度曲线、剖切面裂缝形态、板底裂缝形态和荷载-应变曲线等信息,充分论证了所建立的有限元模型及参数的合理性。(4)探讨无腹筋梁、单向板剪切(斜拉)破坏和无腹筋板柱节点冲切破坏的潜在区别与联系。在充分讨论主流设计规范相关条文、理论模型的核心观点的基础上,基于非线性有限元方法获得的应力场和典型试验结果,从斜裂缝特征和发展趋势、应力场特征等多个方面,对剪切(斜拉)破坏和冲切破坏的失效机理、主要抗剪机制等问题展开对比和讨论,明确了二者之间的区别与联系。(5)通过试验研究和非线性有限分析方法,对板柱节点的冲切破坏模式、破坏过程、抗剪机制等关键问题进行了深入分析,在此基础上,提出了同时考虑混凝土受压区和板腹混凝土(骨料咬合作用)抗剪贡献的冲切破坏模型。假设受压区服从抛物线形摩尔-库伦准则,骨料咬合力根据Collins等提出的开裂混凝土剪应力计算公式确定,建立了半经验性的受冲切承载力计算方法。基于包括363个冲切试验数据的无腹筋板柱节点冲切试验数据库,对我国规范GB50010-2010公式、美国规范ACI 318-14公式、欧洲规范EC 2-04公式和模式规范fib MC2010公式和本文公式的预测结果的精度、离散程度进行评估分析。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU37
【部分图文】：

概念层面的平板式楼盖最早由 George 提出[3]。1906 年，Turner 在美国明尼阿波里斯市应用 191.1a），建造了世界上第一栋无梁楼盖结构-Bovey-John的楼板直接由带类似蘑菇状柱头的柱支撑，形成一种新无独有偶， Maillart 于 1908 年独立完成板柱结构模型年在瑞士设计、建造了欧洲地区的第一个板柱结构建筑虽然结构形式相同，但是两位杰出工程师的设计方设计的板柱结构在节点四个方向均配置钢筋，而 Mailla线的两个垂直方向配置钢筋。然而，新结构形式的推遇到相似障碍，由于缺少可靠的设计方法，业主方均检验结构的安全性和可靠性，然后才予以验收、交付。由于模板简单、施工便利、层间净高增加、平面布年期间，美国和欧洲地区建造的无梁平板结构就多达数构体系在工程界得到了广泛应用：建筑工程中的写字楼桥梁工程中可能出现简支桥面板直接由下部结构的墩、

a) 模型荷载试验-1908 b) Giesshübel 仓库-1909图 1.2 Maillart 板柱结构[4]2 冲切破坏导致的工程事故长期以来，独具优势的板柱结构体系在工程界得到了较为广泛、全面的应同时，这种新的结构形式在遭遇地震等极端荷载、局部荷载过大、施工当等不利影响时，其安全性、可靠性必然在实际工程中得到检验。实践表板柱节点冲切破坏导致的工程事故并不少见，且事故一旦发生，必然对命、财产安全带来重创。

HarbourCaycondonminium住宅倒塌[7]

本文编号：2826571