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3.0m×7.5m大型发泡水泥复合板极限状态的简化设计方法研究

作　者: 庞翠翠
导　师: 冯东
学　校: 北京交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 复合板发泡水泥试验研究有限元分析极限状态设计方法
分类号: TU318
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着社会、经济和科学技术的进步,人们在追求大空间的同时也在积极探索如何降低建筑的能耗。大型发泡水泥复合板作为新型节能建筑材料,集承重、保温、轻质、隔热、隔声、耐火、耐久等优良性能于一身,适应了人们的需求。大型发泡水泥复合板由钢边框、钢筋桁架、发泡水泥芯材、上下水泥面层复合而成。目前尚无此类钢框轻板承载力及变形的设计规范,因此对其在极限状态下简化设计方法的研究具有现实意义。本文以3.0m×7.5m大型发泡水泥复合板为研究对象,主要目的是通过试验研究,建立有效的有限元分析模型,使其能够反映出发泡水泥复合板的力学性能。然后在有限元模型及试验的基础上,研究大型发泡水泥复合板满足极限状态时的简化设计方法。首先对三组内部结构不同的3.0m×7.5m大型发泡水泥复合板在均布荷载下进行了抗弯试验研究,得出了各组板的荷载-挠度关系曲线,板底裂缝开展情况及板的最终破坏形态和部位。并进行了相应的分析研究,得出了大型发泡水泥复合板在内部结构不同时的主要传力构件。随后建立了该复合板的有限元模型,通过计算分析了复合板在理论条件下的力学性能表现,并与复合板力学性能试验值相对比,说明了该有限元模型能够很好的模拟复合板的力学性能,并进一步研究其极限状态时的承载及变形情况。最后,在试验分析及有限元模拟的基础上,研究并提出了3.0m×7.5m大型发泡水泥复合板极限状态时的简化设计方法和板面外加均布荷载允许的设计值和标准值的确定方法。并通过对现行国家标准图集中给定屋面板外加均布荷载设计值与按本文提出设计方法确定的设计值相比较,验证了所提方法的可行性。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-18
  1.1 概述  12
  1.2 复合板结构体系的发展和研究现状  12-14
    1.2.1 复合板结构体系的发展简介  12-13
    1.2.2 复合板结构体系的国外研究现状  13
    1.2.3 复合板结构体系的国内研究现状  13-14
  1.3 发泡水泥芯材复合板在建筑结构中的应用  14-15
  1.4 本文研究内容及意义  15-18
2 大型发泡水泥复合板试验研究  18-38
  2.1 引言  18
  2.2 试验研究主要内容  18
  2.3 试验板制作与规格  18-22
    2.3.1 试验板制作及结构形式  18-20
    2.3.2 试验板规格尺寸  20-22
  2.4 试验数据的观测  22
    2.4.1 试验板底裂缝的观测  22
    2.4.2 试验板挠度值的测定  22
    2.4.3 试验板极限荷载  22
  2.5 试验方案  22-24
    2.5.1 加载方法  22-23
    2.5.2 测点布置  23-24
  2.6 试验过程及破坏情况  24-27
    2.6.1 试验板S1  24-25
    2.6.2 试验板S2  25-26
    2.6.3 试验板S3  26-27
  2.7 试验结果与分析  27-37
    2.7.1 试验板挠度结果  27-37
    2.7.2 试验板传力分析  37
  2.8 小结  37-38
3 大型发泡水泥复合板及芯材板有限元分析  38-60
  3.1 引言  38-39
  3.2 弹塑性理论  39-41
    3.2.1 屈服准则  39-40
    3.2.2 流动法则  40
    3.2.3 硬化准则  40
    3.2.4 破坏准则  40-41
  3.3 试验板有限元计算模型  41-48
    3.3.1 试验板材料的本构关系  42-43
    3.3.2 基本假定  43-44
    3.3.3 建模方法  44
    3.3.4 计算模型单元类型的选取  44-46
    3.3.5 计算模型的非线性分析  46
    3.3.6 计算模型网格划分  46-47
    3.3.7 边界及约束条件  47-48
  3.4 试验板模型数值分析  48-54
    3.4.1 ANSYS模型的变形分析  48-51
    3.4.2 裂缝分布分析  51-52
    3.4.3 应力分析  52-54
  3.5 0.5m×3.0m芯材板承载力有限元分析  54-59
    3.5.1 引言  54-55
    3.5.2 1.0m×1.0m芯材板的试验简述  55-56
    3.5.3 1.0m×1.0m芯材板的ANSYS有限元分析  56-58
    3.5.5 0.5m×3.0m芯材板ANSYS数值分析  58-59
  3.6 小结  59-60
4 极限状态的简化设计方法  60-74
  4.1 引言  60
  4.2 3.0m×7.5m太空板传力途径及简化设计假定  60-61
    4.2.1 传力途径  60
    4.2.2 简化设计假定  60-61
  4.3 承载力极限状态简化设计方法  61-69
    4.3.1 发泡水泥芯板承载力极限状态设计  61
    4.3.2 钢筋桁架承载力极限状态的设计方法  61-63
    4.3.3 端肋承载力极限状态的设计方法  63-66
    4.3.4 主肋承载力极限状态的设计方法  66-69
  4.4 承载力极限状态(强度条件)板面均布荷载设计值  69-70
  4.5 正常使用极限状态(变形条件)时的设计方法  70-71
  4.6 板面外加荷载设计值与标准值的确定  71-73
  4.7 小结  73-74
5 结论及建议  74-76
  5.1 结论  74-75
  5.2 进一步研究的问题  75-76
参考文献  76-78
附录A:1.0m×1.0m芯材板试验数据  78-81
附录B:主肋截面特性计算程序  81-82
作者简历  82-86
学位论文数据集  86

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