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火灾下板柱节点抗冲切性能研究

火灾下板柱节点抗冲切性能研究

作者：赵英男沈阳建筑大学

学位级别：硕士

板柱结构是由楼板和柱组成其承重体系的结构,一般以钢筋混凝土材料为主。钢筋混凝土板柱结构具有层间高度低、施工速度快、便于分隔房间等优点,凭借着众多优势得到了不断地发展,在地下车库、多层厂房等工程中广泛应用。在板柱结构中,由... 详细信息

板柱结构是由楼板和柱组成其承重体系的结构,一般以钢筋混凝土材料为主。钢筋混凝土板柱结构具有层间高度低、施工速度快、便于分隔房间等优点,凭借着众多优势得到了不断地发展,在地下车库、多层厂房等工程中广泛应用。在板柱结构中,由于板柱节点处内力大、受力状态复杂,极易发生冲切破坏,是板柱结构的薄弱部位。此外,由于板柱节点是整个结构的关键传力部位,当某一节点发生冲切破坏后,会引起结构内力重分布,进而造成相邻节点的内力突然增大,最终可能导致结构发生连续倒塌。在火灾下,钢筋混凝土材料的强度都随着温度的升高而降低,板柱节点处更容易发生冲切破坏。因此,深入研究火灾下钢筋混凝土板柱结构的抗冲切性能,对于板柱结构的设计与加固具有重要意义。本文以钢筋混凝土板柱节点为研究对象,对板柱节点在火灾下的抗冲切性能进行深入研究。主要研究工作如下:(1)首先对常温下板柱节点抗冲切性能进行研究。以湖南大学的板柱试验为基础,利用ABAQUS有限元软件,对板柱节点抗冲切性能进行数值模拟。通过模拟结果与试验现象以及试验数据进行对比,证明有限元模型的准确性。其次,在板的中性层设置不同相对配筋率的斜向钢筋,斜向钢筋采用与板底钢筋相同直径、相同类型的钢筋,研究设置斜向钢筋对板的冲切性能以及穿透性能的提高。研究发现:设置斜向钢筋会提高板的抗冲切性能和抗穿透性能;而且设置斜向钢筋的相对配筋率越大,板的抗冲切及抗穿透性能相对提高率越大;在斜向钢筋相对配筋率为100%时,对于穿透荷载的提高率增长的最多。(2)在确定钢筋和混凝土热工性能的基础上,利用有限元软件ABAQUS,建立钢筋混凝土板柱节点的温度场有限元分析模型,从而进行温度场分析。按ISO-834国际升温曲线沿着板顶加热两个小时后,板顶混凝土温度达到1000多摄氏度,板底混凝土仅为200摄氏度;说明热量的传递需要一定的时间。模拟分析得到的温度曲线与国际升温曲线相符,为进行热-力耦合分析做基础。(3)在确定钢筋与混凝土热-力本构关系和温度场分析的基础上,以一国外高温板柱试验为对比,利用ABAQUS的热-力耦合模块建立高温下钢筋混凝土板柱节点的有限元模型,对高温下钢筋混凝土板柱节点抗冲切性能进行分析。同时,像常温一样在板的中性层设置斜向钢筋,研究斜向钢筋对于高温下板的抗冲切性能和抗穿透性能的提高率。研究结果表明:在高温条件下,板中设置斜向钢筋,同样会提高板的抗冲切性能和抗穿透性能;板中部设置斜向钢筋在相对配筋率为100%时最适宜,对穿透时间提高率增长的最多。由此可以说明:在板中性层设置斜向钢筋可以提高板的抗冲切性能以及抗穿透性能,在火灾下设置相对配筋率为100%(即斜向钢筋数量与柱上板带穿柱钢筋数量相等)的斜向钢筋,可以提高穿透时间9.417%。延长板发生坍塌的时间,对于未来提高板柱结构的抗火性能做出一些参考。

关键词：板柱节点板柱结构火灾抗冲切性能有限元分析

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异形钢管混凝土板柱节点抗变形性能试验研究

异形钢管混凝土板柱节点抗变形性能试验研究

作者：刘大鹏河北理工大学

学位级别：硕士

目前国内外钢管混凝土板柱结构节点的研究多以刚性节点为主。刚性板柱节点的设计虽然实现了弯矩传递、剪力传递,但节点构造较为复杂。在水平荷载作用下节点会产生较大的不平衡弯矩和附加剪应力,削弱节点的抗冲切承载力,使节点成为抗震... 详细信息

目前国内外钢管混凝土板柱结构节点的研究多以刚性节点为主。刚性板柱节点的设计虽然实现了弯矩传递、剪力传递,但节点构造较为复杂。在水平荷载作用下节点会产生较大的不平衡弯矩和附加剪应力,削弱节点的抗冲切承载力,使节点成为抗震的薄弱环节。新型节点的提出解决了该问题,从而使得钢管混凝土板柱结构体系在高烈度区域高层建筑中得到应用。为改善板柱节点的抗震性能,设计了一种钢管混凝土柱贯通楼板的节点且混凝土板简支在柱托板上,并且对该冲切力和侧移性能也做了分析。该节点被设计成两组共五种不同截面形式的板柱节点,节点试件缩尺设计为2100mm×2100mm的钢筋混凝土板,该节点在钢管柱外表面焊有悬挑50mm钢托板,以实现钢管混凝土板柱结构的铰接节点。第一组的五种异形板柱节点进行抗冲切试验;第二组的五种异形板柱节点进行低周往复抗侧移试验。通过该系列10块板柱试件的试验,采集了大量有价值的钢筋、托板、砼等应变数据。研究发现:该类板柱节点在抗冲切和抗侧移方面均有良好的性能,为该系列节点的设计提供了参考依据。

关键词：钢管混凝土板柱节点冲切侧移无梁楼盖

内置型钢剪力架方钢管混凝土板柱节点性能研究

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内置型钢剪力架方钢管混凝土板柱节点性能研究

作者：樊周正重庆大学

学位级别：硕士

板柱结构具有降低结构层高、施工方便、提高经济效益等优点,但由于节点区域在承受重力荷载和水平荷载时易发生脆性破坏,板柱节点的冲切问题和抗震性能一直是国内外诸多学者不断研究的重点。钢管混凝土柱可以提高构件的承载力,改善结构... 详细信息

板柱结构具有降低结构层高、施工方便、提高经济效益等优点,但由于节点区域在承受重力荷载和水平荷载时易发生脆性破坏,板柱节点的冲切问题和抗震性能一直是国内外诸多学者不断研究的重点。钢管混凝土柱可以提高构件的承载力,改善结构的延性和韧性,在水平荷载反复作用下表现出更好的耗能能力,保证结构在地震作用下具有良好的抗震性能。为了将板柱结构和钢管混凝土两者的优点结合起来,本文研究了型钢剪力架这种连接方式,对节点抗冲切性能和延性进行改善。采用有限元分析对型钢剪力架作用机理进行分析研究,对型钢剪力架不同参数对板柱节点性能的影响进行分类研究,通过计算数据拟合得到内置型钢剪力架方钢管混凝土板柱节点抗冲切计算公式。本文首先对板柱节点的破坏形态做了分析总结,阐述了节点的冲切破坏时的作用机理,并提出了型钢剪力架作为提高板柱节点冲切性能的可行性,对比分析了不同的冲切计算理论和在水平荷载作用下的计算方法。接着,简单介绍了有限元分析程序和材料本构,通过对比国外现场试验结果,说明采用型钢剪力架可以有效提高板柱节点的抗冲切承载力,同时验证了采用有限元模拟的可靠性。然后,重点对承受重力荷载作用下的内置型钢剪力架板柱节点进行冲切性能研究,加入型钢剪力架后,板的抗冲切能力大幅提高,延性也随之改善,破坏形式从冲切破坏转变为弯曲破坏;随着剪力架长度和腹板面积增大,冲切承载力随之提高,建议型钢剪力架长度不宜小于02(b?2h),型钢剪力架高度为0h2。根据75组抗冲切计算结果,在我国混凝土规范的基础上,综合考虑型钢剪力架长度、腹板面积和板厚的影响,拟合得到内置型钢剪力架方钢管混凝土板柱节点的抗冲切承载力计算公式。最后,对板柱节点的抗震性能做了定性评估,对型钢剪力架进行不同参数分析,说明采用钢管混凝土柱可以有效提高板柱结构的抗侧能力,但型钢剪力架的长度和高度在超过一定程度后将影响节点延性。

关键词：钢管混凝土板柱节点型钢剪力架冲切承载力抗震

爆炸荷载作用对钢筋混凝土板柱节点承载能力影响试验研究

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爆炸荷载作用对钢筋混凝土板柱节点承载能力影响试验研究

作者：苏智博国防科技大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土板柱结构因其施工简便、净空高和造价低等优点被广泛应用,但其同时也存在遭遇恐怖袭击时易导致连续倒塌的风险。因此开展板柱结构防连续倒塌相关研究就显得十分必要。本文以板柱结构子节点为研究对象,通过改变混凝土强度、配... 详细信息

钢筋混凝土板柱结构因其施工简便、净空高和造价低等优点被广泛应用,但其同时也存在遭遇恐怖袭击时易导致连续倒塌的风险。因此开展板柱结构防连续倒塌相关研究就显得十分必要。本文以板柱结构子节点为研究对象,通过改变混凝土强度、配筋率、剪跨比设计并制作13个板柱节点,其中10个进行爆炸荷载作用、静力加载两阶段试验,2个进行静力试验,1个进行预试验。主要工作如下:(1)分析了爆炸荷载作用下板柱节点的受力特征。结合爆炸荷载作用下板柱节点附加荷载-时间曲线、应变-时间曲线等试验结果分析表明,爆炸荷载作用下,板柱节点处于偏心受压、全截面受拉、受扭共同作用的综合应力状态;(2)分析了混凝土强度、配筋率、剪跨比等参数对孔洞面积、附加荷载、抗冲切承载力、极限承载力的影响。试验结果表明,爆炸荷载产生孔洞的面积随混凝土强度提高而减小,随剪跨比增加而增加;附加荷载随混凝土强度提高而增加,随剪跨比增加而减小;提高混凝土强度、配筋率、剪跨比可提高试件抗冲切承载力和极限承载力;(3)对比分析了爆炸荷载对板柱节点承载力的影响,揭示板柱节点悬索作用阶段破坏机理,提出爆炸荷载作用后板柱节点极限承载力计算公式。试验结果表明,300g乳化炸药产生的爆炸荷载作用后,本文试验中板柱节点抗冲切承载力最大降低46.71%,极限承载力最大降低13.99%。

关键词：爆炸荷载钢筋混凝土板柱节点承载能力抗冲切承载力极限承载力

火灾下带托板钢筋混凝土板柱节点力学性能研究

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火灾下带托板钢筋混凝土板柱节点力学性能研究

作者：牛富渊沈阳建筑大学

学位级别：硕士

本文主要研究带托板钢筋混凝土板柱节点抗冲切性能,总结归纳了钢筋和混凝土的力学属性和热工属性,常温下研究改变混凝土强度等级和托板厚度对其节点承载力的影响以及裂缝的扩展,接着基于国际升温曲线ISO-834模拟构件在受火3h下的温度场... 详细信息

本文主要研究带托板钢筋混凝土板柱节点抗冲切性能,总结归纳了钢筋和混凝土的力学属性和热工属性,常温下研究改变混凝土强度等级和托板厚度对其节点承载力的影响以及裂缝的扩展,接着基于国际升温曲线ISO-834模拟构件在受火3h下的温度场分布,高温下研究不同托板厚度下荷载-位移曲线,并通过高斯函数拟合出荷载-位移的表达式,同一受火时间下不同托板厚度和柱截面尺寸对其抗冲切极限承载力的影响,以及在不同受火时间下节点的位移变化,得出如下结论:（1）常温下,通过分析混凝土的Mises应力云图和最大主应力云图,得出不同强度等级的混凝土的抗压强度和抗拉强度均超过了混凝土规范中的标准值,可认为混凝土材料开始失效,在分析钢筋和混凝土的等效塑形应变（PEEQ）云图可知,在节点处PEEQ的值均大于零,因此钢筋和混凝土都已经屈服,节点发生了冲切破坏,有受拉损伤云图可以模拟出节点处裂缝向四周扩散,最终形成椭圆形破坏面。（2）改变混凝土的强度等级对构件的抗冲切承载力有一定限度的提高,当C25混凝土增加到C40时,其抗冲切承载力提升比较明显,当C30混凝土增加到C40时,对其抗冲切承载力影响不明显,建议板柱节点混凝土一般采用C30;托板厚度从100mm到200mm时,可以大幅度增加混凝土的抗冲切承载力,最大可以提升71.70%。故在实际工程中,我们应该优先选用托板较厚的无梁楼盖结构。（3）通过模拟混凝土温度场可知,随着增加托板的厚度,板柱节点处内部混凝土的温度会降低,离受火面越远,其温度越低,热量损耗越大。柱中温度以等温线的形式分布,有明显的温度梯度。与试验相比较ABAQUS有限元软件在能够精确的分析到不同受火时间下各截面各节点的温度值。（4）随着受火时间的增加,结构极限承载力逐渐降低,抗冲切性能越差,抗冲切承载力最大降低了49.93%,节点处最大位移达到了50mm。对不同受火时间下的荷载-位移曲线用高斯函数进行数据拟合,得出荷载-位移函数表达式。（5）火灾下,托板厚度100mm到150mm时,节点的抗冲切极限承载力可以提高28%,当柱截面尺寸由300×300到600×600,节点的抗冲切极限承载力可以提高66%,因此在工程设计中,板柱结构的柱截面应该尽量采用大截面和增加托板,托板厚度建议取150mm以上。

关键词：板柱节点抗冲切极限承载力温度场裂缝有限元分析

不同配筋形式下的钢筋混凝土板柱节点抗冲切性能研究

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不同配筋形式下的钢筋混凝土板柱节点抗冲切性能研究

作者：王府昌华南理工大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土板柱结构广泛应用于地下结构中,尽管造型美观,有降低层高,提升空间利用率以达到节省成本的优点,但是往往容易在节点处发生呈脆性的冲切破坏,造成财产损失或生命的伤亡。国内外学者对板柱节点进行了大量的研究,取得了一些成果... 详细信息

钢筋混凝土板柱结构广泛应用于地下结构中,尽管造型美观,有降低层高,提升空间利用率以达到节省成本的优点,但是往往容易在节点处发生呈脆性的冲切破坏,造成财产损失或生命的伤亡。国内外学者对板柱节点进行了大量的研究,取得了一些成果,但纵筋配筋率和抗冲切钢筋的配置情况对抗冲切承载力的影响并未有一致的看法,并且板柱节点破坏的机理也并不清晰。故有必要对不同配筋形式下的板柱节点的破坏形态以及抗冲切性能进行进一步的研究。设计了4个钢筋混凝土板柱节点试件用于试验,包括纵筋配筋率,纵筋集中布置以及箍筋三种影响因素;对试件的裂缝发展过程和破坏现象进行了观测与分析,对混凝土应变、钢筋应变以及板不同位置的位移的数据进行了整理与分析;将试验值与中美欧规范进行了对比分析;使用ABAQUS对试件进行了对比分析,并主要以纵筋配筋率、纵筋集中布置以及箍筋为变量进行参数化分析。主要结论如下:（1）通过试验发现,板受拉区开裂与扩展,使板受压区截面减小,最终受压区截面的抗剪承载力无法承担竖向力而发生冲剪破坏。破坏时,微观上柱边最后受压区最薄弱处发生直接剪切破坏,但是宏观上表现出锥体的整体冲切破坏。（2）纵筋配筋率的提高和纵筋的集中布置都能提升抗冲切承载力,但无法避免脆性破坏,而箍筋的加入不仅能提高抗冲切承载力,并且能大幅提高延性。将试验值与各国规范计算值进行对比,大部分情况下美国规范富余度最大,欧洲规范能较好的反映配筋率变化的影响,富余度比较居中。中国规范计算纵筋配筋率为0.44%的试件仅有9%富余度,且规范计算公式未考虑纵筋配筋率的影响,若配筋率更低,公式计算值会有较大的安全隐患。（3）使用ABAQUS建立了钢筋混凝土板柱节点有限元模型,该模型与试验试件的荷载-位移曲线、混凝土裂缝以及钢筋的应变具有较高吻合度。利用该模型进行参数化分析,发现在纵筋均匀布置与纵筋集中布置两种情况下,板柱节点的极限承载力与柱边2h范围内的ρ呈线性关系。此外,箍筋对抗冲切承载力的提升值与纵筋配筋率呈正相关,并随着配箍率的提高,板柱节点的抗冲切承载力的提升幅度逐渐减小。

关键词：板柱节点冲切破坏抗冲切性能纵筋配筋率抗冲切钢筋

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浅析钢筋桁架板施工的优化

四川水泥 2024年第4期 117-119页

作者：宋长水中铁建设集团有限公司北京100040

随着国家大力提倡节能减排、绿色施工,发展装配式建筑,钢结构建筑日益增多,钢筋桁架板在钢结构建筑工程中大量使用,但由于忽略了对一些节点细部进行施工优化,造成成品质量外观不美观、消耗材料用量多,而增加相关费用,减少利润甚至亏损... 详细信息

随着国家大力提倡节能减排、绿色施工,发展装配式建筑,钢结构建筑日益增多,钢筋桁架板在钢结构建筑工程中大量使用,但由于忽略了对一些节点细部进行施工优化,造成成品质量外观不美观、消耗材料用量多,而增加相关费用,减少利润甚至亏损。通过对施工中存在的混凝土漏浆、悬挑及复杂部位需要另外增加土建模板及其支架施工等问题,通过对板与柱节点、栓钉布置、悬挑结构和电梯井道复杂部位进行技术优化,使成品质量得到改善,节省材料用量,降低施工难度,从而达到节支费用、减少工人劳动强度的目的。

关键词：钢筋桁架板角钢支托板柱节点钢梁栓钉悬挑板

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钢管混凝土板柱节点抗冲切性能试验研究

建筑科学 2011年第7期27卷 53-55页

作者：郭长辉何宇鲍东杰邢台职业技术学院/军需工业学院建工系河北邢台054035

当前国内外钢管混凝土柱无梁楼盖结构的板柱节点通常是刚性节点,节点构造比较复杂,在水平荷载作用下节点会产生不平衡弯矩和附加剪应力,减弱节点的抗冲切承载力,使节点变为抗震中的薄弱环节。为改善板柱节点的抗震性能,拟设计了一种钢... 详细信息

当前国内外钢管混凝土柱无梁楼盖结构的板柱节点通常是刚性节点,节点构造比较复杂,在水平荷载作用下节点会产生不平衡弯矩和附加剪应力,减弱节点的抗冲切承载力,使节点变为抗震中的薄弱环节。为改善板柱节点的抗震性能,拟设计了一种钢管混凝土柱贯通楼板,混凝土板简支在柱外侧钢托板上的铰支撑钢管混凝土板柱节点。本文对于此类节点的抗冲切性能进行了试验研究。

关键词：钢管混凝土板柱节点冲切

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钢筋混凝土板柱节点受冲切承载力的计算

湖南大学学报（自然科学版） 1998年第S1期25卷 176-180,194页

作者：石清林邹银生何放龙湖南大学结构工程研究所

针对我国《混凝土结构设计规范》（ＧＢＪ１０－８９）中有关受冲切承载力计算的不完善之处，提出了受冲切承载力计算的改进方法．这些方法考虑了影响受冲切承载力的主要因素，并在一定程度上反映了冲切破坏机理．与国内外大量试验资料... 详细信息

针对我国《混凝土结构设计规范》（ＧＢＪ１０－８９）中有关受冲切承载力计算的不完善之处，提出了受冲切承载力计算的改进方法．这些方法考虑了影响受冲切承载力的主要因素，并在一定程度上反映了冲切破坏机理．与国内外大量试验资料及有关规范计算方法比较，结果令人满意．

关键词：钢筋钢凝土板柱节点冲切破坏尺寸效应冲切承载力