核設(shè)施鋼板組合墻面外抗剪性能研究.pdf

1、鋼板組合墻由鋼板、混凝土以及連接件組成。鋼板位于外側(cè)面，混凝土澆筑在兩側(cè)鋼板之間，鋼板與混凝土通過連接件連接，形成了鋼板-混凝土-鋼板夾芯結(jié)構(gòu)形式，簡稱鋼板混凝土（SC：Steel plate Concrete）。
　　為利用鋼板組合墻的模塊化快速施工優(yōu)勢和良好的抗沖擊性能，正在中國和美國建設(shè)的AP1000型核電站已將鋼板組合墻應(yīng)用于安全殼防護(hù)結(jié)構(gòu)和核島內(nèi)部結(jié)構(gòu)。目前有研究正嘗試將鋼板組合墻應(yīng)用到韓國的APR1400型核電站和我國

2、高溫氣冷堆核電站中。
　　面外剪切作用在多種情況下可能成為核電站鋼板組合墻的控制荷載，如強震作用下、與其它結(jié)構(gòu)連接部位等。由于混凝土的材料特性，混凝土剪切破壞為脆性破壞?；炷涟l(fā)生脆性剪切破壞之前無明顯征兆（顯著的裂縫和鋼筋屈服），且常造成毀滅性后果。AP1000型核電站鋼板組合墻采用了美國混凝土協(xié)會的《核安全相關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》（簡稱ACI349-06規(guī)范）進(jìn)行設(shè)計。然而，該規(guī)范僅適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

3、　　鑒于此，研究鋼板組合墻抵抗面外剪切作用的性能（面外抗剪性能）具有極為重要的現(xiàn)實意義?，F(xiàn)有的研究重點關(guān)注了鋼板組合墻面外受剪承載力，對取自鋼板組合墻的切條進(jìn)行彎剪性能測試來研究墻的面外剪切性能，即以梁的彎剪試驗來研究墻的面外抗剪性能?，F(xiàn)有的研究尚未關(guān)注面外剪切作用下鋼板組合墻的延性特征以及如何避免脆性剪切破壞。因此，本文以避免鋼板組合墻在面外剪切作用下出現(xiàn)脆性剪切破壞為研究目的，沿用梁的彎剪試驗測試方法，重點關(guān)注抗剪配筋對鋼板組合墻剪

4、切性能的影響。本文開展了以下四方面的研究工作：
　　1、開展了不同剪跨比和抗剪配筋率情況下鋼板混凝土梁的抗剪性能試驗研究
　　以剪跨比和抗剪配筋率為研究參數(shù)，以確定避免脆性剪切破壞所需的抗剪配筋率為目的，測試了多個鋼板混凝土梁試件。首先，測試了根據(jù)ACI349-06規(guī)范設(shè)計了鋼板混凝土梁試件，以檢驗ACI349-06規(guī)范的適用性。根據(jù)該試驗結(jié)果，繼續(xù)研究了在更高抗剪配筋率和不同剪跨比情況下梁試件的抗剪性能。
　　2、監(jiān)

5、測了鋼板-混凝土界面滑移和剝離
　　對于鋼板組合墻，混凝土澆筑困難及混凝土收縮很可能導(dǎo)致鋼板-混凝土界面剝離，而使用階段的荷載也會導(dǎo)致的界面滑移。鑒于此，在鋼板混凝土梁的彎剪試驗中，將壓電陶瓷智能骨料應(yīng)用于鋼板-混凝土界面剝離和滑移的探測，并采用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）監(jiān)測荷載作用下鋼板-混凝土界面剝離和滑移的全過程?；谥悄芄橇系闹鲃犹綔y方法成功地探測了界面剝離和滑移，并在試件破壞之前對界面損傷提供預(yù)警。通過數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，

6、獲得了剪力-界面滑移和剪力-界面剝離全過程曲線，為鋼板組合墻結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計提供指導(dǎo)。
　　3、完成了考慮混凝土剪切性能和界面滑移的有限元模擬分析
　　將代表混凝土剪切本構(gòu)關(guān)系研究最為先進(jìn)的循環(huán)軟化膜模型（CSMM：CyclicSoftened Membrane Model）引入鋼板混凝土梁的剪切性能模擬分析。在OpenSees中建立鋼板混凝土梁的有限元模型，采用基于循環(huán)軟化膜模型的平面應(yīng)力單元來模擬混凝土及內(nèi)嵌鋼筋，采用桿單

7、元模擬外側(cè)鋼板。通過折減鋼板的切線模量來考慮界面滑移的影響，并為此在OpenSees中開發(fā)了專門的材料模塊（SteelWithBondQ01）。
　　4、提出了最小抗剪配筋率建議取值和受剪承載力計算公式
　　基于對試驗的總結(jié)和分析，并在考慮剪跨比的影響下，給出了最小抗剪配筋率（ρt,min）的建議取值。基于對現(xiàn)有的受剪承載力計算公式的分析和評價，并針對界面滑移的影響，提出了受剪承載力計算公式。利用本文試驗數(shù)據(jù)和其它文獻(xiàn)的試驗