【硕士】混凝土夹芯板抗弯性能试验研究与有限元分析

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内容简介

　　【学位年度】2007　　【摘要】　　 自七十年代世界能源危机产生以后,节能型建筑材料一直是世界各国建筑业所致力研究和开发的重点.对于能源相对紧缺的我国来说,节约能源更是基本国策之一.现阶段我国建筑物常用的围护结构仍以砌筑块材为主,屋面保温主要是在结构层上铺设传统的保温材料,建筑物的保温效果较差,因此,墙材革新和建筑节能显得尤为重要.在众多的节能型建筑制品中,复合板材体系以其优异的工作性能、低廉的造价成为发展最为迅速的一种新型建筑材料.目前,我国已有钢丝网架夹芯板作为高层建筑内填充墙和外围护墙应用的实例.高层建筑中,墙板的平面外水平风荷载较大,在设计中应加以考虑.目前,研究人员对夹芯板的计算和分析都是建立在共同作用假定之上,共同作用的假定是否符合真实的应变分布还有待于进一步的研究和证明. 本文对钢丝网架混凝土夹心板的平面外抗弯性能进行了详细的试验研究和ANSYS非线性有限元分析.首先,通过夹芯板的抗弯试验,总结出板的变形、裂缝的开展与分布、截面混凝土应变的变化规律等.试验证明,该板由裂缝宽度控制正常使用极限状态.开裂前,荷载挠度呈线性关系,开裂后,荷载挠度曲线出现明显的转折点,从正常使用极限状态至承载能力极限状态板的挠度还有较大的发展.由于板的配筋率较低,板的裂缝数量比较少,裂缝间距比较大,但裂缝宽度发展不像少筋受弯构件那样快.沿板全截面高度,混凝土应变分布并不始终服从平截面假定.针对开裂前板截面混凝土的实际应变分布,重点讨论了夹芯板工作过程中部分共同作用的特性,并对截面应变非线性分布原因做出分析.夹芯板工作时,连接器受力方式可比拟为桁架,不同倾斜方向的钢丝分别承受轴向拉力和压力,轴力的竖向分力就是截面剪力,水平分力传递给混凝土面层,形成板的共同作用.截面实际应力应变分布是共同作用和非共同作用的叠加,根据板的实际的应变分布推算出,开裂前,其共同作用成分约占9096,开裂后,整个板呈现出桁架工作模式. 其次,在试验基础上,根据板开裂时刻和破坏时刻实际的应力状态,提出了夹芯板开裂承载力和极限承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好;由板的破坏形态和破坏特征,总结了影响夹芯板抗弯性能的主要因素,并对板的设计使用提出了一般性建议,可作为工程应用参考. 最后,在试验的基础上,建立了有限元模型,利用ANSYS有限元程序对混凝土夹心板进行了非线性有限元分析.有限元分析结果与试验结果对比表明,夹芯板的荷载一挠度曲线、截面应变分布、开裂承载力、极限承载力与试验结果吻合较好,结果表明,夹芯板的有限元模型是可行的. 　　共74页

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