現澆鋼筋混凝土填芯樓板結構受力性能分析研究

論文類別:工學論文 > 材料工程學論文
論文標簽:鋼筋混凝論文
上傳時間:2008/11/17 8:48:00

  摘要:本文結合筆者多年建築工程實踐,分析介绍了鋼筋混凝土填芯樓板結構受力性能測試研究的重要性,并依照相關規範建立结構測試模型,對填芯板結構的荷載-撓度,荷載-應變關系及結構破壞与裂縫進行了詳細試驗研究,在試驗數據的基礎上对填芯樓板結構的受力性能進行了詳細分析論證,並得出了科學合理的結论。
  關键詞:現澆鋼筋混凝土填芯樓板;結構性能;試驗;承載力;分析研究
  
  1現澆鋼筋混凝土填芯樓板結構測試研究的重要性分析
  
  作為一種新型的結構體系,現澆钢筋混凝土填芯樓板結構采用輕質填芯材料(有管狀或球狀等)代替厚板中的混凝土,达到減輕樓蓋自重而承載力基本不變的力學特性;它具有適應大空間、大跨度柱網的結構要求以及樓板隔熱專用效果好的工程应用價值。到目前為止,人们在工程實踐中主要提出按單向板計算、按實心雙向板計算以及按空間網格梁進行空間計算的3種理論,在設計理念上尚不完全成熟。因此,系統地開展對不等邊長的板進行試驗研究,對發展現澆鋼筋混凝土空心板結構技術和計算理論,加快該結構体系的工程應用,具有重要意義。
  本文按照空间網格梁理論設計了長寬比為1.4:1的現浇鋼筋混凝土空心板模型,對以下問題進行了研究。
  1)通過測得板在兩向簡支條件下中心點的荷載——撓度關系,分析得到現澆鋼筋混凝土空心板縱横兩方向的抗彎剛度比,与空間網格梁法所采用的等效剛度比進行比較。
  2)通過對試驗模型的靜載試驗,測得板撓度变化、鋼筋應變值、裂縫的開展過程、破壞形態和破壞荷载,分析該結構的力學特征。
  3)為該現浇鋼筋混凝土填芯板的有限元分析提供必要的試驗數據。
  4)驗證計算理論的適用性,為現澆鋼筋混凝土填芯板的設計提供依據。
  
  2現澆鋼筋混凝土填芯樓板結構性能测試模型的建立
  
  2.1試件的設計與制作
  研究模型为:3.44×4.74m(計算跨度3.2m×4.5m)、厚度為110mm(高跨比為1/29.1)的現澆鋼筋混凝土空心板,內置DN50UPVC管的51排,管中心距為80mm,按面積等效、抗彎慣性矩等效的原則折算成“工”字形斷面。邊界條件取板四邊簡支在240mm厚磚墻上,設計混凝土強度等級為C25,鋼筋使用Ⅰ級鋼。具體結構配筋詳見圖1。
  2.2材料的力學性能
  實測材料的力學性能指標如下:混凝土28d標準養護立方體抗壓強度為31.9MPa;φ6鋼筋抗拉屈服強度为320MPa,極限抗拉強度為480MPa。
  2.3裝置及方法
  課題研究是在室外進行的,操作過程執行《混凝土結构試驗方法標準》GB50152292。主要裝置和方法简述如下。
  1)數据采集靜態數據采集器連接至計算機,適時測量电子位移計和測點鋼筋應变片讀數,並記錄穩定後的數值。
  2)撓度测量用5個電子位移計測定试件中心點和支座處的撓度(消除支座沈陷的影响)。
  3)鋼筋應變測量25個120Ω電阻式鋼筋應變片測量各测定點鋼筋的應變,將鋼筋應变片貼於底部鋼筋中間處,長鋼筋間距為間隔放置(應變片編號為18~25),短筋每間隔2根放置1個應變片(編號为1~17)。
  4)荷載用密度為17kN/m3(現場實測值)的普通粘土磚堆載,后期用鐵塊加載。
  5)試驗終止条件當板最大撓度大於1/300或最大裂縫超過0.3mm時,認為結構达到不安全狀態,研究停止。
  2.4研究的内容
  本次測試分5種工况進行,具體內容如下:
  1)工況1測試該現浇鋼筋混凝土空心板沿布管方向的刚度(橫截面抗彎剛度),即在布管方向兩端簡支,中間加载,加載面積為0.6m×4.74m,每級加载為1.8kN/m2,擬進行5級加載。
  2)工況2測試該空心混凝土板垂直於布管方向的剛度(縱截面抗彎剛度),即在垂直於布管方向两端簡支(l0=4.06m),中間加載,加載面積為0.72m×3.44m,每級加載为0.9 kN/m2,擬進行4級加載。
  3)工況3測試該空心板在四邊簡支、加載位置和荷載級別同工況1下的撓度變化。
  4)工況4測試該空心板在四邊簡支、加載位置和荷載級別同工況2下的撓度變化。
  5)工況5空心板在四邊簡支、在整個板面上均勻加載、每級加載1.8 kN/m2,出現裂縫後,在中間1/3板域上繼續加载為3.6 kN/m2(用鐵塊加載),測得撓度變化、鋼筋應變、裂缝的發展和分布,並記錄破壞荷載值。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
  
  3現澆鋼筋混凝土填芯樓板結構性能測試
  
  3.1樓板結构荷載-撓度關系曲線
  試件的荷載一測點撓度關系對該現澆鋼筋空心混凝土板分别按5種工況方式加载,得到每一級荷載及其对應的板中心點的撓度值,見圖2a,圖2b。
  对比工況1和3、工況2和4的荷載-撓度曲線,板在四邊簡支(工況2、工況4)時的最大撓度比单向支承時小,反映出該不等边長的現澆鋼筋混凝土空心板具有明顯的雙向抗彎曲性能;图2a,圖2b顯示荷載與撓度呈線性關系,說明該現澆鋼筋混凝土空心板在較小荷載作用下的變形接近線彈性。
  3.2鋼筋的荷載——應變關系曲線
  在試驗過程中測得在工況1、工況2、工況3和工況4的各級荷載作用下,各點鋼筋的應變值增量均接近于零,說明此時鋼筋基本不受力,板混凝土未開裂,可以近似認為板的撓度變形呈線彈性。考慮试件板的結構對稱性,剔除损壞的應變片,得到该試驗模型在工況5时鋼筋應變值(圖3),試驗板在前6級荷載作用時鋼筋應力值變化很小,均接近于零。
  由圖3可知,在較大荷載作用下,兩方向的鋼筋都產生拉應力,位於板跨中的鋼筋產生的拉應力大於跨邊鋼筋,平行於短边的鋼筋(測點1~17)受力最大;平行於長邊的鋼筋(测點18~25)受力較小,各鋼筋應變值基本相近;板底出現裂縫後,鋼筋應力出現重新分布現象,跨中鋼筋应力增加較多,邊緣鋼筋略有下降;板出現裂縫至破壞前,跨中鋼筋應力急速增加,板邊鋼筋中點应力平穩增長,增幅不大;测點6~12的應力值接近,並一直保持較大值,说明在板中心長度1.44m範圍內為最大應力區,與实心等厚鋼筋混凝土板的理論最大應力線長度(4.5~3.2=1.3m)相近。
  3.3樓板結構的破壞測試
  試驗模型的裂縫發展和分布因受加載條件的限制,考慮安全因素,本試驗沒有進行到最終的破壞,僅將該試驗模型的最大裂縫寬度大於0.3mm作為終止條件,本試驗最大裂縫超過了0.4mm,因此,裂縫的发展和分布成為反映它破壞形態的重要參數。圖4為實測的最終裂縫分布圖。
  裂縫的分布(如圖4所示)呈現雙向板形式。在第10級荷載作用下,第1條裂縫出現在平行於長邊的跨中處,長1310mm,說明該處承受最大正彎矩;在第12級荷载作用時,陸續發現第2條裂縫、第3和第4條裂縫,均为斜向裂縫;現場測量得到,中間平行於長邊的裂縫長度在1300mm左右,裂縫带寬度約為1400mm。
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