钢管桁架预应力混凝土叠合板受力性能试验研究与数值模拟分析

作     者：王奥 

作者单位：安徽建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁克伟

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢管桁架 预应力混凝土叠合板 双向受力分布 静力加载试验 数值模拟 参数分析 

摘      要：装配式建筑,作为一种现代建筑工业化的表现形式,以其施工效率高、资源可循环利用、环境污染低等优点,成为新型城镇化建设进程中的关键推动力。装配式楼板作为构成装配式建筑体系的重要组成部件,其结构性能的优劣直接影响整个建筑的质量和功能,而当前实际工程中广泛应用的钢筋桁架叠合板存在厚度大、刚度差等问题。为此,本文结合试验研究和有限元模拟分析方法,对一种克服了现有装配式楼板的不足,且显著提升了其抗裂及抗弯性能的装配整体式楼板——钢管桁架预应力混凝土叠合板进行了详细的受力性能研究,为该楼板在建设项目中更广泛的应用提供了数据支撑。主要研究内容及成果如下: (1)进行了五块钢管桁架预应力混凝土叠合单板的静载试验,根据试验加载过程中各叠合板试件的裂缝开展情况、板底位移变化、钢筋及混凝土应变等试验结果,研究各叠合板试件的整体受力性能,并分别对板宽和叠合层钢筋配置两个因素的影响进行深入分析。结果表明:各叠合板试件的叠合面粘结性能良好,且一致呈现出明显的双向受力特征,预应力的引入显著增强了叠合板的抗裂性能,有效延缓板底混凝土裂缝的开展;减小叠合板的宽度,可以减少裂缝数量,提升楼板的开裂荷载和整体受力性能;配置叠合层下部横向钢筋能够延缓横向裂缝开展,改善破坏状态时板底裂缝的分布形态,同时增强叠合板的刚度、抗裂性能及极限承载力。 (2)以同尺寸现浇板为对照试件,进行了由两块钢管桁架预应力混凝土叠合单板拼接而成的拼缝叠合楼板静载试验,根据拼缝叠合板与现浇板在受力全过程中的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及板底裂缝分布等试验结果进行对比,分析了拼缝叠合板的破坏形态、位移变化规律、承载力及双向受力性能等。结果表明:拼缝叠合板的板底位移变化规律及裂缝分布情况与现浇板基本相同,表现出与现浇板相似的双向受力特征,同时还具备较高的刚度和承载能力,因此该拼缝叠合板可当作双向受力板来使用;受板底预应力的影响,当出现垂直拼缝方向的横向裂缝时,叠合板整体刚度才出现明显下降,进而导致位移显著增长;应变变化规律揭示了试验加载过程中拼缝板的主要受荷方向发生了转变,从非预应力方向逐步转为预应力方向。 (3)通过运用ABAQUS有限元软件,构建了拼缝叠合板试件的有限元模型,并进行了全面的数值模拟分析,将模拟结果与试验实测数据对比,验证模型的准确性与合理性;基于有限元结果,对拼缝板进行补充分析和进一步的参数化分析。结果表明:叠合板拼缝处钢筋能够实现拼缝处应力的有效传递,同时各特征状态下两方向的变形分布曲线进一步验证了拼缝叠合板主要受荷方向的转变;对于拼缝叠合板受力性能,混凝土强度等级、叠合层厚度的增加及预制底板厚度的减小可显著提升拼缝叠合板的开裂荷载及极限荷载;布置拼缝附加钢筋可有效提高开裂荷载,但对承载力的提高没有明显作用,钢管桁架间距的减小可以一定程度上增强叠合板的承载能力但对于开裂前板的刚度及开裂荷载几乎没有影响。对于拼缝处钢筋受力性能,布置拼缝附加钢筋可帮助受力钢筋分担部分应力,明显改善拼缝处钢筋的受力,在楼板破坏状态下,拼缝处钢筋均未屈服;叠合层厚度及桁架间距也对拼缝处钢筋受力产生了较大影响,可通过增加叠合层厚度,减小桁架间距来推迟拼缝处钢筋的屈服,改善拼缝处的受力性能。 图[73]表[13]参[75]