[博士]現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土雙向空心樓板的受力性能研究

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　　[博士]現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土雙向空心樓板的受力性能研究　　學(xué)科專業(yè):結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度：2010　　現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土雙向空心樓板按雙向布置筒芯內(nèi)模的方法是一種全新設(shè)計(jì)思路。此方法是將筒芯內(nèi)模按剪力傳遞方向分區(qū)域在板內(nèi)雙向布置，使筒芯內(nèi)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(nèi)模造成的兩個(gè)方向剛度和承載力存在差異的問(wèn)題。然而此方法尚未進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)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(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)和理論分析，提出了可用于工程設(shè)計(jì)的雙向筒芯空心板實(shí)用設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)建議。論文主要內(nèi)容包括:　　 1.完成了一塊凈跨為8mX8m的試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力空心樓板的靜力加載試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，雙向筒芯現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土雙向空心試驗(yàn)板的破壞形態(tài)與各向同性雙向板相似，為板底沿對(duì)角線出現(xiàn)受彎裂縫和塑性鉸線的彎曲破壞;不Y兩個(gè)方向關(guān)于板中心線對(duì)稱位置的實(shí)測(cè)位移基本相同，表明板兩個(gè)方向的抗彎剛度相同:X, Y兩個(gè)方向關(guān)于板中心線對(duì)稱位置的非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)變大小接近，預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力增量差值不超過(guò)20，說(shuō)明對(duì)稱位置處板的受力狀態(tài)基本相同，試驗(yàn)板可近似為各向同性板?！　? 2.針對(duì)筒芯內(nèi)?，F(xiàn)澆空心板橫筒方向抗剪性能差的問(wèn)題，對(duì)雙向尺寸對(duì)稱、雙向荷載對(duì)稱的雙向筒芯現(xiàn)澆空心板的受剪性能進(jìn)行了理論分析和有限元計(jì)算。分析結(jié)果表明，雙向筒芯現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力棍凝土雙向空心板的兩個(gè)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(nèi)模的空心板高很多，且比塊體、箱體內(nèi)模空心板的受力更為均勻。工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于長(zhǎng)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(shí)際肋寬，應(yīng)用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002中一般受彎構(gòu)件的斜截面受剪承載力進(jìn)行計(jì)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(jié)構(gòu)的安全性:分別應(yīng)用GB50010-2002中板的受沖切計(jì)算公式和有限元方法對(duì)空心板進(jìn)行受沖切驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于滿足GB50010-2002構(gòu)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(yīng)用有限元方法分析了現(xiàn)澆空心板的空心率、非預(yù)應(yīng)力縱筋配筋率和跨高比對(duì)其受力性能的影響。指出設(shè)計(jì)中宜將板的空心率控制在25 %-45%范圍內(nèi)，且應(yīng)保證適宜的筒芯內(nèi)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋配筋率在0.3%-0.6%范圍內(nèi)，同時(shí)建議在跨度較大的空心板每個(gè)內(nèi)模組之間配置適量預(yù)應(yīng)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(guān)系，撓度的增量與跨高比的增長(zhǎng)近似為線性關(guān)系，在工程設(shè)計(jì)中，通過(guò)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(yīng)用各向同性板的理論和非線性有限元方法對(duì)不同截面參數(shù)和邊界條件的雙向筒芯現(xiàn)澆應(yīng)力混凝土雙向空心板進(jìn)行了內(nèi)力分析，受彎、受剪、受沖切承載力分析和變形分析。提出對(duì)于長(zhǎng)寬相近的雙向筒芯現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土雙向空心板，采用平均抗彎慣性矩計(jì)算板的彎曲剛度，并按照GB50010-2002相應(yīng)公式計(jì)算板的撓度能夠較準(zhǔn)確地計(jì)算出空心板的變形情況;雙向筒芯現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)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(jìn)行內(nèi)力分析均能滿足設(shè)計(jì)的安全性要求，工程設(shè)計(jì)中，可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求選擇內(nèi)力分析方法;對(duì)于長(zhǎng)寬相近的邊支承和柱支承雙向筒芯現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)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(gòu)件的承載力公式計(jì)算。　　 5.對(duì)空心板中無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力增量進(jìn)行了試驗(yàn)和理論分析，指出無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的內(nèi)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(jìn)行內(nèi)力分析。對(duì)于計(jì)算現(xiàn)澆空心板中的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量，我國(guó)現(xiàn)行的《無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ92-2004中的公式偏于保守，建議在設(shè)計(jì)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板時(shí)，對(duì)采用此公式的計(jì)算結(jié)果乘以一個(gè)增大系數(shù)1.5?！　? 6.對(duì)雙向筒芯現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土雙向空心板進(jìn)行了動(dòng)力特性試驗(yàn)和模態(tài)有限元分析，指出對(duì)于符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010-2002相關(guān)設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求的雙向筒芯現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)給出的允許值，其振動(dòng)不易引起人的不舒適感。

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