[博士]现浇预应力混凝土双向空心楼板的受力性能研究

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内容简介

　　[博士]现浇预应力混凝土双向空心楼板的受力性能研究　　学科专业:结构工程　　授予学位：博士 　　学位授予单位：西南交通大学　　学位年度：2010　　 现浇预应力混凝土双向空心楼板按双向布置筒芯内模的方法是一种全新设计思路。此方法是将筒芯内模按剪力传递方向分区域在板内双向布置，使筒芯内模的顺筒向与剪力传递方向一致，从而解决双向空心板按单向布置筒芯内模造成的两个方向刚度和承载力存在差异的问题。然而此方法尚未进行相关的试验研究和必要的理论分析。为了研究这种空心板的受力性能，本文进行了系统的试验和理论分析，提出了可用于工程设计的双向筒芯空心板实用设计方法和设计建议。论文主要内容包括:　　 1.完成了一块净跨为8mX8m的试验预应力空心楼板的静力加载试验。试验表明，双向筒芯现浇预应力混凝土双向空心试验板的破坏形态与各向同性双向板相似，为板底沿对角线出现受弯裂缝和塑性铰线的弯曲破坏;不Y两个方向关于板中心线对称位置的实测位移基本相同，表明板两个方向的抗弯刚度相同:X, Y两个方向关于板中心线对称位置的非预应力钢筋应变大小接近，预应力钢绞线应力增量差值不超过20，说明对称位置处板的受力状态基本相同，试验板可近似为各向同性板。　　 2.针对筒芯内模现浇空心板横筒方向抗剪性能差的问题，对双向尺寸对称、双向荷载对称的双向筒芯现浇空心板的受剪性能进行了理论分析和有限元计算。分析结果表明，双向筒芯现浇预应力棍凝土双向空心板的两个主轴方向具均有良好的抗剪性能。其抗剪能力比单向布置筒芯内模的空心板高很多，且比块体、箱体内模空心板的受力更为均匀。工程设计中，对于长宽相近的此类板，两主轴方向受剪承载力均宜采用空心板顺筒方向的实际肋宽，应用《混凝土结构设计规范》GB50010-2002中一般受弯构件的斜截面受剪承载力进行计算，并且建议将公式中混凝土受剪承载力部分中乘以折减系数0.8，以提高结构的安全性:分别应用GB50010-2002中板的受冲切计算公式和有限元方法对空心板进行受冲切验算，计算结果表明，对于满足GB50010-2002构造要求的此类板，其受冲切承载力均能满足安全性要求。　　 3.应用有限元方法分析了现浇空心板的空心率、非预应力纵筋配筋率和跨高比对其受力性能的影响。指出设计中宜将板的空心率控制在25 %-45%范围内，且应保证适宜的筒芯内模之间肋部宽度，以避免空心板发生剪切破坏;空心板的非预应力纵筋配筋率不宜太高，以免空心板的受弯承载力大于其受剪承载力而发生剪切破坏，建议取现浇空心板的非预应力筋配筋率在0.3%-0.6%范围内，同时建议在跨度较大的空心板每个内模组之间配置适量预应力筋以提高空心板的抗剪能力;现浇空心板的承载能力与其跨高比呈非线性反比关系，挠度的增量与跨高比的增长近似为线性关系，在工程设计中，通过降低跨高比的方法可有效改善现浇空心板的变形性能。　　 4.应用各向同性板的理论和非线性有限元方法对不同截面参数和边界条件的双向筒芯现浇应力混凝土双向空心板进行了内力分析，受弯、受剪、受冲切承载力分析和变形分析。提出对于长宽相近的双向筒芯现浇预应力混凝土双向空心板，采用平均抗弯惯性矩计算板的弯曲刚度，并按照GB50010-2002相应公式计算板的挠度能够较准确地计算出空心板的变形情况;双向筒芯现浇预应力混凝土双向空心板，按照线弹性分析方法和塑性分析方法进行内力分析均能满足设计的安全性要求，工程设计中，可根据结构的设计要求选择内力分析方法;对于长宽相近的边支承和柱支承双向筒芯现浇预应力混凝土双向空心板的受弯承载力，可将板两主轴方向折算为等截面面积、等惯性矩、等宽度、等高度的I形截面，依据GB50010-2002中I形截面受弯构件的承载力公式计算。　　 5.对空心板中无粘结预应力钢绞线的应力增量进行了试验和理论分析，指出无粘结预应力混凝土空心板的内力分布与普通双向板基本相同，可按照普通双向板的方法进行内力分析。对于计算现浇空心板中的无粘结预应力筋极限应力增量，我国现行的《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ92-2004中的公式偏于保守，建议在设计无粘结预应力混凝土空心板时，对采用此公式的计算结果乘以一个增大系数1.5。　　 6.对双向筒芯现浇预应力混凝土双向空心板进行了动力特性试验和模态有限元分析，指出对于符合《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002相关设计和构造要求的双向筒芯现浇预应力混凝土双向空心板，其自振频率和峰值加速度与重力加速度的比值均较小，能满足国际标准协会标准给出的允许值，其振动不易引起人的不舒适感。

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