保温承重混凝土梁、柱和节点的力学性能研究

发布时间：2018-04-01 06:51

  本文选题：保温承重混凝土　切入点：梁　出处：《太原理工大学》2016年博士论文

【摘要】：随着我国建筑节能工作的不断深入,特别是建筑节能设计标准体系的建立,对建筑材料的热惰性指数有了明确的要求,但常见的复合保温体系难以保证与建筑同寿命,新型的自保温体系却无法作为中高层建筑的承重主体。保温承重混凝土使用玻化微珠作为轻骨料,强度等级可达到C40,导热系数为(0.25~0.45)W/(m·K),是兼有承重混凝土的力学性能和保温材料的隔热性能的混凝土材料,是近年来科学研究和工程应用的热点。保温承重混凝土密度约为(1800~2200)kg/m3,将其应用于梁、柱以及节点部位,既符合现浇结构的特点,又能在结构受力主体部位充分发挥其轻质高强的力学优势,同时解决了建筑围护结构的“冷热桥”问题。但由于保温承重混凝土与普通混凝土的组成成分有区别,保温承重混凝土梁、柱及节点的承载力、刚度和内力分布不同于普通混凝土,现有的关于普通混凝土结构的计算理论也无法完全应用于保温承重混凝土,制约了保温承重混凝土在建筑工程中的应用。课题组对保温承重混凝土进行了较为深入的系列研究,推出了高层剪力墙结构试验楼工程,并编制了相应的计算标准,但课题组以前仍未对梁、柱、节点进行过试验与理论研究,国内外也未见该方面的研究。因此,研究保温承重混凝土梁、柱以及节点的力学性能是保温承重混凝土得到推广应用的关键环节,也是紧迫的任务。本文结合试验楼工程,现场制作比例试件,开展了如下几方面的工作:(1)本文进行了20根保温承重混凝土梁和8根普通混凝土梁的抗弯性能和抗剪性能试验,分别研究了不同混凝土材料、截面高度、纵筋配筋率、剪跨比等因素对其正截面和斜截面受力性能的影响。分析结果表明:保温承重混凝土受弯梁的受拉边缘区裂缝出现晚且扩张缓慢,具有良好的弹塑性变形能力,屈服荷载和峰值荷载随着纵向钢筋配筋率的提高而增大,保温承重混凝土梁的延性大于普通混凝土梁;研究了保温承重混凝土的截面抵抗矩系数、混凝土的应力折减系数和压区应力图形等效系数,建立了保温承重混凝土梁开裂弯矩和正截面受弯承载力计算公式。保温承重混凝土受剪梁的延性随剪跨比的增大而增加,抗剪承载力随着纵筋配筋率和箍筋配筋率的增大而增加;本文考虑了保温承重混凝土的软化系数,利用“拱-桁架”模型得出保温承重混凝土斜截面受剪承载力计算公式。(2)选取9个保温承重混凝土柱及3个普通混凝土柱进行了静力承载力试验,研究了不同混凝土材料、长细比和偏心率对其破坏形态、荷载-变形曲线、侧向变形、钢筋应变及混凝土应变等的影响。分析结果表明:保温承重混凝土轴心柱的混凝土开裂晚于普通混凝土柱,两种混凝土柱体的横向应变基本接近,保温承重混凝土偏心柱的侧向变形更大,抗拉区裂缝分布范围较大,抗拉区钢筋首先达到屈服,承载力略低于普通混凝土,普通混凝土柱裂缝宽度增长较快,延性较差;本文引入等效应力系数得到保温承重混凝土柱截面受压承载力和开裂荷载的计算方法,讨论并提出了保温承重混凝土柱构件承载力和开裂荷载的建议计算公式。(3)通过对7个保温承重混凝土节点试件和3个普通混凝土节点试件进行抗震性能试验,分析了不同混凝土材料、柱轴压力、核心区配箍率对其破坏形态、裂缝开展模式、滞回曲线、位移延性系数、刚度退化、粘滞阻尼、钢筋应变及塑性区转角的影响规律。研究表明:保温承重混凝土节点核心区的斜向开裂荷载大于普通混凝土且开裂较晚;轴压作用下,保温承重混凝土节点在加载后期的承载性能有所提升;保温承重混凝土对节点核心区的箍筋利用更为充分,试件的承载力随着核心区配箍率的增加而增大,最佳配箍率约为0.35%;适当增大轴压力可抑制保温承重混凝土节点核心区裂缝的开展以及梁筋的滑移,增加了试件的耗能能力;在试验研究和理论分析的基础上,结合“斜压杆机制”与“桁架机制”,提出保温承重混凝土节点受力的三阶段模型,分别计算了核心区混凝土斜压杆宽度与压应力、轴压力影响系数等,得到保温承重混凝土框架节点的抗裂承载力与总水平抗剪承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。(4)在试验研究的基础上,应用ANSYS有限元分析软件对保温承重混凝土受弯梁、受剪梁、压柱、节点进行非线性分析。根据试验情况,考虑材料和几何的非线性,建立保温承重混凝土的有限元模型,较精确地反映了试件在外力作用下的受力性能,明晰了节点各部件在受力全过程中的内力、变形分布以及损伤发展情况,将有限元分析结果与试验结果进行了对比分析,表明该有限元模型具有较好的精度和可靠性,为保温承重混凝土构件的进一步扩展研究提供了有效手段。(5)本文研究结果直接为编制保温承重混凝土结构设计规范提供了一定的依据。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528;TU37

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本文编号：1694418