鋼纖維混凝土密肋復(fù)合樓蓋體系計(jì)算理論及受力機(jī)理研究.pdf

1、密肋樓蓋結(jié)構(gòu)以其良好的受力性能目前己廣泛的應(yīng)用于大空間多高層結(jié)構(gòu)中，但由于結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性、受力機(jī)理認(rèn)識的不明確性以及設(shè)計(jì)方法的不統(tǒng)一性，因此還有許多問題需要研究。此外，隨著結(jié)構(gòu)跨度的愈來愈大，邊梁肋梁截面高度的增大與控制結(jié)構(gòu)層高、防止互爭空間、提高結(jié)構(gòu)受力性能等方面問題的矛盾也越來越突出。為解決大跨度結(jié)構(gòu)中密肋樓蓋存在的問題，本文提出了一種新型鋼纖維混凝土密肋復(fù)合樓蓋。
　　 本文圍繞著鋼纖維對密肋樓蓋體系受力性能的影響，采用

2、理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，以密肋板、邊梁及整個(gè)梁板體系為研究對象，對鋼纖維混凝土力學(xué)參數(shù)及等效剛度的計(jì)算模型、密肋樓板內(nèi)力撓度的計(jì)算方法、非預(yù)應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力邊梁極限扭矩計(jì)算公式、整個(gè)樓蓋體系的受力機(jī)理和計(jì)算方法等問題進(jìn)行了研究，并取得以下研究成果：
　　 (1)根據(jù)復(fù)合材料的基本理論，考慮鋼纖維的影響，提出鋼纖維混凝土各力學(xué)參數(shù)的計(jì)算模型和計(jì)算公式。依據(jù)彈性薄板小撓度理論，考慮鋼纖維的影響，提出密肋板截面等效剛度的

3、計(jì)算公式，并推導(dǎo)出四邊簡支密肋板內(nèi)力和撓度的解析解與四邊固定密肋板的數(shù)值解。
　　 (2)針對纖維混凝土結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)計(jì)算存在的不足，考慮鋼纖維對截面受力的影響，利用變角度空間桁架模型，首次采用參數(shù)修正法和等效鋼筋法等兩種方法推導(dǎo)出非預(yù)應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土邊梁在純扭作用下極限扭矩的計(jì)算公式，并將理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，該公式具有較高的精度，能與普通混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)算公式很好的銜接。然后，考慮鋼纖維的作用，推導(dǎo)出復(fù)

4、合扭轉(zhuǎn)作用下非預(yù)應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土邊梁在彎曲型、彎扭型及剪扭型破壞時(shí)的相關(guān)方程，并給出其破壞型態(tài)的判別方法和極限扭矩的計(jì)算公式。
　　 (3)由于鋼纖維在混凝土中亂向分布，無法精確確定每根鋼纖維的位置，根據(jù)理論分析結(jié)果首次提出模擬鋼纖維作用的整體等效鋼筋法，然后將有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，該模型建模簡便，計(jì)算成本低，并且能較好的模擬鋼纖維混凝土的受力性能。
　　 (4)利用整體等效鋼筋法模型，考慮

5、鋼纖維對混凝土本構(gòu)關(guān)系和彈性常數(shù)的影響，對邊梁·樓蓋協(xié)同工作下整個(gè)體系的性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的裂縫開展規(guī)律與破壞模式與普通混凝土樓蓋類似，塑性絞線的位置與理論分析結(jié)果接近。結(jié)構(gòu)應(yīng)力的大小和分布受內(nèi)力重分布的影響較大，調(diào)整幅度與結(jié)構(gòu)的受力階段及位置有關(guān)。然后，對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行參數(shù)分析，根據(jù)分析結(jié)果建議樓蓋體系的鋼纖維含量宜為1％-2％，混凝土的強(qiáng)度宜大于C40，而且在保證邊梁剛度和強(qiáng)度的情況下，位于受壓區(qū)的板中也可不添加鋼纖維。

6、考慮邊粱-樓板協(xié)同工作的影響，推導(dǎo)出邊梁的彈性協(xié)調(diào)扭矩計(jì)算模型和計(jì)算公式以及考慮邊梁約束作用的密肋板內(nèi)力和撓度計(jì)算方法。
　　 本文的創(chuàng)新之處在于：
　　 (1)提出鋼纖維混凝土密肋樓板力學(xué)常數(shù)、等效剛度及內(nèi)力及變形的計(jì)算方法。
　　 根據(jù)復(fù)合材料理論，考慮各相材料自身特性，給出更加全面的鋼纖維混凝土彈性常數(shù)計(jì)算模型及公式?？紤]鋼纖維的影響，給出正交各向異性板等效剛度的計(jì)算模型和公式。然后采用擬板法推導(dǎo)出鋼纖維混

7、凝土密肋板的內(nèi)力及撓度計(jì)算公式。理論解與數(shù)值解結(jié)果比較表明，該方法計(jì)算精度較高，可滿足工程設(shè)計(jì)要求。
　　 (2)提出非預(yù)應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土邊梁極限扭矩的實(shí)用計(jì)算公式。
　　 結(jié)合普通鋼筋混凝土梁極限扭矩的計(jì)算方法，針對纖維混凝土結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算的空白，考慮鋼纖維的作用，提出了純扭作用下鋼纖維混凝土邊粱更加實(shí)用的極限承載力計(jì)算模型和公式，并將理論解與試驗(yàn)值進(jìn)行比較。結(jié)果表明該方法具有較高的精度、良好的銜接性及實(shí)用性

8、。然后，考慮鋼纖維的作用，給出復(fù)合扭轉(zhuǎn)作用下鋼纖維混凝土邊梁在三種破壞型態(tài)下的相關(guān)方程，并給出其破壞型態(tài)的判別公式。
　　 (3)分析了整個(gè)邊梁．密肋板體系的受力機(jī)理，提出梁板相互約束作用下邊梁協(xié)調(diào)扭矩及密肋板內(nèi)力撓度的計(jì)算模型和方法。
　　 根據(jù)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的特性及理論分析結(jié)果，提出了更加實(shí)用的模擬鋼纖維作用的等效鋼筋法有限元模型，分析了整個(gè)樓蓋體系的受力特性，并進(jìn)行參數(shù)分析。結(jié)果表明，樓蓋體系鋼纖維含量宜為1％-