保溫承重混凝土梁、柱和節(jié)點的力學性能研究.pdf

1、隨著我國建筑節(jié)能工作的不斷深入，特別是建筑節(jié)能設計標準體系的建立，對建筑材料的熱惰性指數有了明確的要求，但常見的復合保溫體系難以保證與建筑同壽命，新型的自保溫體系卻無法作為中高層建筑的承重主體。保溫承重混凝土使用?；⒅樽鳛檩p骨料，強度等級可達到C40，導熱系數為（0.25~0.45）W/(m·K)，是兼有承重混凝土的力學性能和保溫材料的隔熱性能的混凝土材料，是近年來科學研究和工程應用的熱點。保溫承重混凝土密度約為（1800~2200）

2、kg/m3，將其應用于梁、柱以及節(jié)點部位，既符合現澆結構的特點，又能在結構受力主體部位充分發(fā)揮其輕質高強的力學優(yōu)勢，同時解決了建筑圍護結構的“冷熱橋”問題。但由于保溫承重混凝土與普通混凝土的組成成分有區(qū)別，保溫承重混凝土梁、柱及節(jié)點的承載力、剛度和內力分布不同于普通混凝土，現有的關于普通混凝土結構的計算理論也無法完全應用于保溫承重混凝土，制約了保溫承重混凝土在建筑工程中的應用。課題組對保溫承重混凝土進行了較為深入的系列研究，推出了高層剪

3、力墻結構試驗樓工程，并編制了相應的計算標準，但課題組以前仍未對梁、柱、節(jié)點進行過試驗與理論研究，國內外也未見該方面的研究。因此，研究保溫承重混凝土梁、柱以及節(jié)點的力學性能是保溫承重混凝土得到推廣應用的關鍵環(huán)節(jié)，也是緊迫的任務。本文結合試驗樓工程，現場制作比例試件，開展了如下幾方面的工作：
　?。?）本文進行了20根保溫承重混凝土梁和8根普通混凝土梁的抗彎性能和抗剪性能試驗，分別研究了不同混凝土材料、截面高度、縱筋配筋率、剪跨比等因

4、素對其正截面和斜截面受力性能的影響。分析結果表明：保溫承重混凝土受彎梁的受拉邊緣區(qū)裂縫出現晚且擴張緩慢，具有良好的彈塑性變形能力，屈服荷載和峰值荷載隨著縱向鋼筋配筋率的提高而增大，保溫承重混凝土梁的延性大于普通混凝土梁；研究了保溫承重混凝土的截面抵抗矩系數、混凝土的應力折減系數和壓區(qū)應力圖形等效系數，建立了保溫承重混凝土梁開裂彎矩和正截面受彎承載力計算公式。
　　保溫承重混凝土受剪梁的延性隨剪跨比的增大而增加，抗剪承載力隨著縱筋配

5、筋率和箍筋配筋率的增大而增加；本文考慮了保溫承重混凝土的軟化系數，利用“拱-桁架”模型得出保溫承重混凝土斜截面受剪承載力計算公式。
　　（2）選取9個保溫承重混凝土柱及3個普通混凝土柱進行了靜力承載力試驗，研究了不同混凝土材料、長細比和偏心率對其破壞形態(tài)、荷載-變形曲線、側向變形、鋼筋應變及混凝土應變等的影響。分析結果表明：保溫承重混凝土軸心柱的混凝土開裂晚于普通混凝土柱，兩種混凝土柱體的橫向應變基本接近，保溫承重混凝土偏心柱的側

6、向變形更大，抗拉區(qū)裂縫分布范圍較大，抗拉區(qū)鋼筋首先達到屈服，承載力略低于普通混凝土，普通混凝土柱裂縫寬度增長較快，延性較差；本文引入等效應力系數得到保溫承重混凝土柱截面受壓承載力和開裂荷載的計算方法，討論并提出了保溫承重混凝土柱構件承載力和開裂荷載的建議計算公式。
　?。?）通過對7個保溫承重混凝土節(jié)點試件和3個普通混凝土節(jié)點試件進行抗震性能試驗，分析了不同混凝土材料、柱軸壓力、核心區(qū)配箍率對其破壞形態(tài)、裂縫開展模式、滯回曲線、位

7、移延性系數、剛度退化、粘滯阻尼、鋼筋應變及塑性區(qū)轉角的影響規(guī)律。研究表明：保溫承重混凝土節(jié)點核心區(qū)的斜向開裂荷載大于普通混凝土且開裂較晚；軸壓作用下，保溫承重混凝土節(jié)點在加載后期的承載性能有所提升；保溫承重混凝土對節(jié)點核心區(qū)的箍筋利用更為充分，試件的承載力隨著核心區(qū)配箍率的增加而增大，最佳配箍率約為0.35％；適當增大軸壓力可抑制保溫承重混凝土節(jié)點核心區(qū)裂縫的開展以及梁筋的滑移，增加了試件的耗能能力；在試驗研究和理論分析的基礎上，結合“

8、斜壓桿機制”與“桁架機制”，提出保溫承重混凝土節(jié)點受力的三階段模型，分別計算了核心區(qū)混凝土斜壓桿寬度與壓應力、軸壓力影響系數等，得到保溫承重混凝土框架節(jié)點的抗裂承載力與總水平抗剪承載力的計算公式，計算結果與試驗結果吻合良好。
　?。?）在試驗研究的基礎上，應用ANSYS有限元分析軟件對保溫承重混凝土受彎梁、受剪梁、壓柱、節(jié)點進行非線性分析。根據試驗情況，考慮材料和幾何的非線性，建立保溫承重混凝土的有限元模型，較精確地反映了試件在外