钢筋混凝土叠合板抗弯性能试验研究

叠合楼板作为装配式结构的关键构件,其连接性能直接影响结构整体性和安全性。以华中师范大学重庆学校项目为背景,开展了不同拼缝构造钢筋混凝土叠合板抗弯性能试验研究,试验设计6种拼缝构造叠合板及整浇对比试件,重点探讨典型拼缝构造对叠合板破坏模式、变形特征及延性的影响。结果表明:钢筋弯折锚固拼缝的叠合板整体性能较好;拼接叠合板整体延性优于整浇板,但拼缝截面延性偏低,通过合理构造设计可改善此现象;V字型连接易导致拼缝脱开,性能最差。

大体积混凝土底板施工温度控制

为确保混凝土质量和工程安全,以某在建大型工业厂房基础为对象,采用ABAQUS建立工程基础模型及理论计算,系统分析大体积混凝土底板施工过程中温控指标及温控措施。研究表明:基于计算得出的原材料入模温度及设定的温控措施,有限元分析结果符合客观规律,表明温控设计合理;在完成浇筑2d~3d,混凝土底板内部温度达到峰值,各施工区域分别为60.45℃、66.78℃、55.46℃、62.94℃;B施工区域结构凸角处表面应力大于同期抗拉强度,具有一定的开裂风险;最终确定项目各项温控指标为温升值<40℃、温度峰值<75℃、内外温差<25℃,各项温控指标均满足规范要求。

现浇钢筋混凝土楼板温度应力影响及预应力配筋防控策略

为降低温度效应、控制裂缝产生,以某体育场为研究对象,针对现浇钢筋混凝土楼板在温差变化下的温度应力影响及其裂缝防控进行深入分析。研究表明,季节性温差和混凝土收缩是引起楼板温度应力的主要因素,同时,材料的收缩徐变和构件开裂导致的刚度降低也不容忽视。另外,通过有限元分析揭示了楼板在不同温度工况下的应力分布规律,发现中部区域承受较大的温度应力。遂采用无粘结后张法在该区域布置预应力筋,以有效控制温度应力,防止裂缝的产生。结果表明,通过合理的预应力配筋设计,可以显著提高楼板抵抗温度应力的能力,确保建筑的长期稳定性和安全性,为超大型公共建筑现浇钢筋混凝土楼板的裂缝防控提供了理论依据和实践指导。

陶粒轻型高钛渣混凝土叠合板的研究进展

陶粒轻型高钛渣混凝土叠合板是一种利用工业固体废弃物、陶粒轻型骨料作混凝土原材料,内含钢筋桁架的新型装配式叠合板,因其性能优异、低碳环保而被逐渐应用于实际工程建设。系统梳理了陶粒轻型高钛渣混凝土叠合板在实际应用方面的进展,阐述该新型叠合板的原料来源、物理性能、力学性能、施工工艺、在混凝土中的利用方式以及配比设计等,对现阶段研究中存在的不足提出了相应的建议。

一种新型结构与保温一体化复合墙板节点试验

为解决复合墙板节点常见的保温板易燃、易脱落等棘手问题,并使其抗震性能良好。给出了一种新型的结构与保温一体化陶粒混凝土T型复合墙板节点。该复合墙板节点具有夹芯独特构造优势,主要表现在绿色节能,轻质高强,力学性能好,保温系统连接可靠,还能杜绝火灾的发生。通过对T型复合墙板节点进行抗震试验,分别研究了其滞回性能、破坏机理、承载及变形能力、延性、耗能、损伤等。结果表明:一体化复合墙板节点的破坏顺序为腹板-翼缘-节点核心区;薄弱位置主要发生在腹板脚部,混凝土被拉裂或压碎,钢筋被拉长或压弯等;节点核心区受力相对良好,安全储备充足;符合“强节点,弱构件”设计要求和墙板革新发展政策。延性系数大于3,墙板节点安全性能良好。通过损伤指标评估分析,了解了试件各阶段工作状态。

开槽混凝土夹芯板受弯状态开裂荷载分析

为了减弱裂缝对混凝土结构承载能力以及耐久性的影响,提出了开槽混凝土夹芯板;研究了槽深以及开槽位置对于夹芯板吊装以及正常使用过程中开裂行为的影响,通过ABAQUS建立了有限元模型并验证了其可靠性,在此基础上以槽深以及开槽位置为变量进行了参数化分析,最后通过理论公式对模拟结果进行对比验证。结果表明:在有效控制裂缝位置的前提下,对夹芯板板底合理开槽不会导致其在吊装过程中产生裂缝;在两端简支条件下,开槽构造主要影响夹芯板的开裂荷载,而对于极限荷载影响较小;在裂缝发展的前中期,通过设置适当的槽深以及位置,由于应力集中效应可使得夹芯板拉应力在槽及其附近达到较大值,从而达到控制裂缝产生位置的效果;随着槽深以及槽数量增加,裂缝产生位置得到有效控制,但将导致夹芯板开裂荷载减小。

火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板力学响应机理

现有分析方法对火灾下面内约束简支双向板的开裂、变形响应以及面内约束导致抗火性能降低的机理缺乏合理解释,本文应用ABAQUS有限元软件对火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证基础上进行参数分析,探究钢筋和混凝土的挠度、应力变化规律和力学响应机理.结果表明:在火灾下,面内约束力削弱了板的倒拱效应与拉力膜效应,导致抗火性能显著降低.单向和双向面内约束、长宽比、荷载比的增大均会缩短板的倒拱效应与拉力膜效应阶段的时间.

火灾后钢筋混凝土板力学性能评估方法

钢筋混凝土楼板是火灾中最容易破坏的结构构件,需要对其火灾后的承载能力进行评估并加固。考虑升温阶段、降温阶段及火灾后阶段材料本构关系的不同,考虑高温下混凝土保护层的爆裂对温度场及力学性能的影响,提出了火灾后钢筋混凝土楼板力学性能分析的有限元计算模型。同时,针对典型的钢筋混凝土板加固方法,在前述有限元模型的基础上建立了火灾后加固的钢筋混凝土板有限元计算模型,利用该模型对典型的火灾后加固钢筋混凝土板的承载能力进行了计算分析。模型中采用单元生死技术实现了混凝土高温下的爆裂及火灾后加固的数值模拟,模型可用于火灾后及加固后钢筋混凝土板力学性能的评估。分析表明,经历火灾后,钢筋混凝土板的承载能力降低幅度较大,板存在明显残余挠度。加固后,钢筋混凝土板的承载能力得到较大程度的恢复。

燃气爆炸荷载作用下钢筋混凝土板抗爆性能数值模拟

为了研究不同燃气爆炸荷载下混凝土板的动态响应特点,本文通过已有文献中的钢筋混凝土板抗爆试验,利用LS-DYNA有限元软件建立数值模型并验证其可靠性。然后,在混凝土板面施加不同峰值的简化三角燃气荷载,研究混凝土板在燃气荷载作用下的位移、速度、加速度等。结果表明:试验用钢筋混凝土板的最大位移和振动都出现在板跨中位置,且随着荷载峰值的增大而增大;当荷载峰值超过20 kPa时,随着作用在混凝土板上荷载量值的增加,结构的刚度受到削弱,在受迫振动阶段结构振动加速度的特性会发生变化,出现高频振荡;高频振荡开始时间随着燃气爆炸荷载峰值的提高而提前;当荷载结束后,混凝土板进入自由振动阶段,板的振动周期受残余刚度的影响,随着荷载峰值的提高而增大。

可拆卸支架预应力混凝土叠合板受弯性能试验及短期刚度理论研究

为解决现阶段普通钢桁架预应力混凝土预制底板开裂荷载较小、施工时搭设满堂临时支撑及叠合板正常使用状态下仍存在反拱等问题,本课题组提出了一种可拆卸支架预应力混凝土叠合板。通过对3块结构形式相同但尺寸不同的试件进行静力加载试验,测得其开裂荷载、挠度曲线、应变分布及破坏特征等。试验结果表明:可拆卸钢管桁架能显著提高预制底板的开裂荷载,其受弯性能满足施工阶段的荷载要求且外加荷载为叠合层恒载时试件挠度接近0,解决了叠合板正常使用阶段存在反拱的问题;较弱的腹杆弯折钢筋不能使刚度较大的桁架上弦矩形钢管和混凝土底板形成一个均匀连续工作的整体。基于试验结果引入折减系数对等弹性模量法计算预制底板开裂弯矩、施工阶段短期刚度进行了修正。

大体积混凝土底板微振动控制能力的测试与分析

为测试北京光源这一精密科学设施中大体积混凝土底板的微振动控制能力,通过在建设现场进行短期测试和24 h长期监测的方式对底板微振动水平和微振动控制能力进行了评估。结果表明:在2次短期测试过程中,底板表面微振动位移有效值主要分布在10~50 nm之间,而在24 h监测过程中,底板表面微振动位移有效值主要在分布20 nm以下;大体积混凝土底板对10 Hz以上垂直于地面方向的微振动及5 Hz以上水平向的微振动体现出较好的控制作用;大体积混凝土底板最大能够将垂直地面方向微振动水平降低24%,水平向微振动水平降低34%,底板对水平向微振动控制能力略优于对竖向微振动的控制能力。建立了二维简化有限元模型,讨论了改变混凝土层密度、刚度及厚度对底板微振动控制能力的影响,模拟结果表明在现有激励条件下,增大底板配筋层厚度或素混凝土层密度对底板竖向微振动控制能力无明显影响,但对水平向微振动控制能力产生不利影响。

混凝土叠合板分类及研究综述

叠合板因为施工方便快捷、整体性好,近几年在我国得到快速发展和应用。开展叠合板的研究,可以进一步优化叠合板相关性能,拓宽叠合板应用范围,推动其在装配式建筑中的应用,有利于加速推进建筑工业化发展进程。根据底板构造形式不同将叠合板分为平板型、钢筋桁架型、预制带肋型、空心底板型、双向密肋夹芯叠合板几大类,全面系统地论述了不同类型叠合板的研究进展,并对各类型叠合板以及不同类型板间连接技术的优缺点进行了归纳总结,提出现阶段叠合板研究中的问题和不足。

盐胀作用下埋地钢筋混凝土板受力性能试验研究

基于青海盐渍土地区埋地钢筋混凝土板现场模型试验,研究了考虑温度影响的盐渍土盐胀作用下钢筋混凝土板内及其表面的应力变化规律,并将其定义为“盐胀应力”。利用钢筋混凝土板内外应变监测结果,通过理论分析得出盐胀应力计算公式。基于Sum of sine函数模型将1年周期内盐胀应力的变化过程以及相对应的盐胀作用划分为发展阶段、稳定阶段、下降阶段3个阶段。其中发展阶段为每年10月至次年2月,温度变化范围为0~10℃,在该温度范围内,随着温度降低,盐胀应力不断增加,说明盐胀现象愈为强烈。对青海盐渍土地区的埋地结构物设计提出了建议,以期最大程度地减少盐渍土对埋地结构物的破坏。

基于ABAQUS的新型密拼叠合板承载能力比较研究

为优化密拼式叠合板侧向拼缝处的连接构造,设计一种在拼缝处设置抗剪键槽的密拼式钢筋桁架叠合楼板。利用ABAQUS有限元软件对7个密拼叠合楼板进行四点弯曲模拟研究,针对普通密拼式叠合板与不同形式的抗剪键槽密拼式叠合板的承载能力进行对比分析。结果表明:新型密拼式叠合楼板的承载能力较好,相较于普通密拼式叠合板提升了17%左右;当达到极限荷载时,其内置钢筋所受应力明显低于普通密拼式叠合板。通过对不同开槽形式叠合板的受弯性能进行对比分析,明确了新型抗剪键槽叠合板拼缝处设计的合理性,为新型拼缝叠合楼板在工程实践中的应用提供了理论依据。

集中配筋连接预制剪力墙抗震性能试验研究

针对现有预制混凝土剪力墙接缝施工容错率低、混凝土现场浇筑作业量大和钢筋锚固过长等不足,提出一种使用超高性能混凝土(UHPC)的集中配筋连接预制剪力墙。通过对比1片现浇剪力墙试件、3片不同接缝形式的集中配筋连接预制剪力墙试件的拟静力试验结果,揭示该类预制剪力墙的破坏规律和抗震性能、竖缝对墙体抗震性能的影响和连接钢筋的受力特点。采用ABAQUS软件对试件进行有限元模拟,分析轴压比和集中配筋率对试件抗震性能的影响。研究结果表明:预制试件与现浇试件具有相同的破坏规律,均为弯剪破坏;这2类试件的滞回曲线均较饱满,骨架曲线走势基本一致,耗能能力接近,且预制试件的最小承载力仅比现浇试件低5.6%,表明预制试件的抗震性能与现浇试件的抗震性能基本相同;竖缝对剪力墙承载力的影响较小,使剪力墙的延性和耗能能力有一定的削弱;不同竖缝形式预制墙的抗震性能相近但各有特点,竖缝形式预制墙采用UHPC出筋搭接具有更好的整体性,采用U形键槽的预制墙具有更大的刚度和更强的耗能能力;连接钢筋的应力分布具有典型受弯构件的特征;随着轴压比增加,模型的刚度和承载力不断增加,在轴压比从0.05增加到0.30时,最大的峰值荷载增幅发生在轴压比从0.05到0.10时,从承载力的提高、刚度、耗能和墙角抬高等方面考虑,试件的集中配筋率保持在90%~110%为宜。

配置抗冲切钢筋的RC板柱节点受冲切承载力计算

为计算配有常用抗冲切钢筋(箍筋和栓钉)的钢筋混凝土(RC)板柱节点的受冲切承载力,结合梁斜拉破坏机理和修正压力场理论(MCFT)提出一种配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的受冲切承载计算方法.首先根据MCFT推导出配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的临界斜裂缝倾角计算式;然后,假定冲切破坏时临界截面周长范围内的抗冲切钢筋达到屈服强度,将临界斜裂缝倾角代入MCFT推导出板柱节点的受冲切承载力计算方法;最后,使用该方法和美国规范(ACI 318-19)方法计算62个配有抗冲切钢筋的RC板柱节点试验的冲切承载力,并分析了混凝土强度、板有效厚度、柱截面边长、抗弯钢筋配筋率及抗冲切钢筋配筋率对节点抗冲切承载力的影响.结果表明:由MCFT推导出的节点受冲切承载力计算值与试验值吻合较好,均值为0.96,变异系数为0.20;节点的冲切承载力与上述影响因素呈非线性正相关.该方法可用于配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的受冲切承载力计算.

纤维织物-高延性混凝土加固钢筋混凝土板抗弯性能试验研究

为研究纤维织物-高延性混凝土(TR-HDC)加固钢筋混凝土板的抗弯性能,本文对1块对比板、1块高延性混凝土(HDC)加固板、1块纤维织物增强水泥砂浆(TRM)加固板及3块TR-HDC加固板进行四点抗弯试验,研究加固层基体是否添加PVA纤维以及纤维织物层数对钢筋混凝土板破坏形态、荷载-挠度曲线、抗弯承载力、延性以及应变的影响.结果表明:采用TR-HDC加固的钢筋混凝土板,裂缝宽度和间距明显减小,裂缝表现出细而密的特点;TRHDC可以显著提高板的抗弯承载力,开裂、屈服和峰值荷载的最大提升幅度分别为104%、89%和127%;TR-HDC加固层中纤维织物的断裂造成了板延性的降低,因此,实际加固工程中应尽可能避免纤维织物拉断.基于平截面假定,给出了TR-HDC加固钢筋混凝土板的抗弯承载力和挠度计算公式,计算值与试验值吻合较好,可为实际应用提供理论依据.

免拆纤维板底模钢筋桁架叠合板受弯性能试验

免拆纤维板底模钢筋桁架叠合板适用于民用建筑和工业建筑,具有较好的经济性与施工便利性.为研究底模与混凝土的协同受力情况,对12块足尺纤维板底模钢筋桁架叠合板进行静力试验,分别研究桁架间距和跨度对免拆底模叠合板力学性能的影响及免拆底模对叠合板的抗裂性能和破坏模式的影响,测得了相应的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线、裂缝开展及分布状况、破坏形式及相应的破坏荷载等.结果表明:免拆纤维板底模钢筋桁架叠合板破坏模式均为受弯破坏,但由于纤维板的材料特性,其破坏模式与混凝土底板存在差异,水泥基纤维板开裂无明显前兆,开裂突然,表现为纤维板整体性拉断,且多为半贯通、贯通裂缝;纤维板底模与后浇混凝土的协同受力性能良好,叠合面未出现滑移现象,所采用的自攻螺丝连接方式可满足叠合面的抗剪需求;减小桁架间距会提升叠合板的极限承载力,桁架间距对屈服荷载影响较小;下弦与上弦钢筋应变均得到了充分的发展,桁架腹杆应变较为复杂,在整个受力过程均保持弹性状态,各部位应变随着纤维底板的开裂也产生一定波动;采用截面换算法,提出纤维板底模钢筋桁架叠合板底板开裂应力近似计算公式,计算结果表明纤维底板的开裂应力较混凝土底板有较大程度提升,即采用纤维底板可提升叠合板的抗裂性能.

基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析

针对空腹夹层板精细化有限元分析存在计算模型总自由度数庞大、运算效率低的问题,根据空腹夹层板的构造特点,将其分成若干相同的基本网格,把任一网格当成子结构并凝聚成超单元,再控制超单元的边界自由度数。以超单元为基础扩展出新计算模型,降低空腹夹层板有限元模型的总自由度数,从而提高计算效率。分别用不同超单元和边长0.1 m的实体单元,建立一块平面尺寸为16 m×16 m的混凝土空腹夹层板精细有限元模型并做静、动力分析。结果表明:超单元法提取空腹夹层板参数受限制小,能较快提取结构参数完成计算;超单元边界节点数越少,运算效率越高,但误差相应增大;当超单元的节点数对比精细有限元缩小约89%并合理放置时,计算最大相对误差不超过6%且计算时间能节省11%~24%,模态和时程分析图像吻合度较好;基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析适用于空腹夹层板结构线弹性阶段的参数分析计算。

钢筋桁架轻质ECC-混凝土叠合板抗火性能试验研究

轻质ECC-混凝土叠合板具有自重轻、延性高、抗裂性好等优点,具有良好的应用前景,但其抗火性能存疑。为初步探明轻质ECC-混凝土叠合板的抗火性能,对1块混凝土叠合板、4块轻质ECC-混凝土叠合板以及1块轻质ECC叠合板进行了火灾试验,又对其中的混凝土叠合板及1块轻质ECC-混凝土叠合板进行了火灾后抗弯试验,重点分析其火灾行为、火灾损伤及火灾后的受力性能。试验结果表明:轻质ECC爆裂风险明显高于混凝土,但具有优越的隔热性能,若不发生爆裂,可大大降低试件温度,实现良好的防火保护效果;钢筋桁架对爆裂具有一定的抑制作用,钢筋桁架的钢筋间距越大,钢筋桁架对爆裂的抑制效果越差;底板ECC层越薄,爆裂程度越轻;高温爆裂导致轻质ECC-混凝土叠合板的刚度和延性折减明显,但由于受火时间较短,材料退化程度有限,轻质ECC-混凝土叠合板的极限承载力较混凝土叠合板仅降低3.85%。