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边支承大跨现浇混凝土蜂窝式空心双向板的试验研究

作　者: 程远兵
导　师: 程文瀼
学　校: 东南大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 现浇混凝土蜂窝式空心板边梁扭转有限元
分类号: TU375.2
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

现浇混凝土蜂窝式空心板是在板内有规律地填入若干小尺寸的箱体内模而形成蜂窝式孔洞的一种新型现浇空心板。目前,对它的研究还很少。本文对边支承大跨度现浇混凝土蜂窝式空心双向板的计算方法、有限元分析、竖向均布荷载作用下的试验、边梁扭矩计算等进行了研究,并介绍了三个工程实例,提出了设计及施工建议,主要内容如下:1、现浇混凝土蜂窝式空心板是一种带有密集小肋加强的板。这种板的底部有双向的肋,肋很密,肋高不大。通过对这种楼板的理论分析和试验,本文认为:当满足条件l₁/（s₁-b₁）≥9,l₂/（s₂-b₂）≥9,≥1/4时,在竖向均布荷载作用下,可以忽略肋间板的剪力滞后,认为肋与肋间板的变形是一致的,从而可按照普通实心板的理论来分析。这里l₁、l₂分别为板短、长跨方向的计算跨度, s₁、s₂分别为l₁、l₂方向的肋间距离,b₁、b₂分别为l₁、l₂方向肋的宽度,t为肋间板厚度,h为包括肋在内的空心板总厚度。同时本文也指出了蜂窝式空心板是以平板弯曲为主的带肋的板,而密肋楼板或井式楼板则是以交叉梁弯曲为主的带板的梁系。因此如果把蜂窝式空心板看作密肋楼板或井式楼板来计算的话,将得出非常错误的结果。2、以弹性薄板小挠度理论为基础,推导出了蜂窝式空心板的微分方程。根据蜂窝式空心板的构造特点,提出了其截面弯曲刚度和扭曲刚度的计算公式。对于四边简支的蜂窝式空心板,给出了板挠度和弯矩的解析解;对于四边固定的蜂窝式空心板,给出了板挠度和弯矩的数值解。同时为了方便应用,编制了相应的计算程序,给出了竖向均布荷载下四边简支和四边固定的蜂窝式空心板的挠度和弯矩系数。3、采用实体建模的方法,用有限元分析程序ANSYS进行了若干组算例的有限元分析。分析结果表明,采用本文提出的上述计算方法,能较准确地计算边支承蜂窝式空心板的挠度和弯矩。4、进行了一块4m×4m的蜂窝式空心板试验。试验表明,在竖向均布荷载作用下,蜂窝式空心板的变形、裂缝、破坏形态等受力性能都与普通实心板相似。试验也表明,蜂窝式空心板具有自重轻、变形小、刚度大等优点。在试件达到承载力极限状态时,板具有良好的延性性能。用有限元分析程序对试件进行了变形分析,分析结果与板在未裂阶段的变形符合较好,这说明现浇混凝土蜂窝式空心板在未裂阶段的变形可以近似采用弹性理论的方法计算。同时根据极限平衡理论,对试件的极限承载力进行了计算,理论计算值与试验测到的破坏荷载很接近,这说明现浇混凝土蜂窝式空心板的极限承载力可以根据塑性铰线理论计算。5、针对肋梁楼盖中的边梁,通过分析认为,应考虑边梁的扭转变形及边梁支座的转动对边梁扭矩的影响,提出了边梁扭矩的计算公式。并用有限元分析进行了验证。分析和计算还表明,边梁自身的扭转变形是降低边梁扭矩的主要因素,边梁支座的转动也能降低一部分的边梁扭矩。6、给出了三个已建工程的设计实例,给出了大跨度现浇混凝土蜂窝式空心板的设计计算方法、构造要求及施工建议。同时还就周边加厚板的受力和变形性能进行了有限元算例分析。分析表明,板周边加厚不仅能满足板对负弯矩的承载力要求,还能减小板跨中的挠度,并便于钢筋布置。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 本文的研究目的和意义  11-17
    1.1.1 混凝土楼盖的结构功能和类型  11
    1.1.2 以筒体、筒芯为内模的现浇混凝土空心楼板  11-12
    1.1.3 以块体、箱体为内模的现浇混凝土空心楼板  12-13
    1.1.4 现浇混凝土蜂窝式空心楼板的结构特点和工程应用  13-16
    1.1.5 现浇混凝土蜂窝式空心楼板应用中的有关技术问题  16
    1.1.6 研究目的和意义  16-17
  1.2 国内外研究现状  17-18
    1.2.1 国外的研究现状  17
    1.2.2 国内的研究现状  17-18
  1.3 本文的主要研究内容  18-20
第二章四边支承蜂窝式空心双向板按弹性理论的解析解和数值解  20-48
  2.1 现浇混凝土蜂窝式空心双向板的受力特点  20-26
    2.1.1 现浇混凝土蜂窝式空心板的受力机理  20-22
    2.1.2 国内外相关规范的规定  22-23
    2.1.3 现浇混凝土蜂窝式空心双向板的几何尺寸要求  23-26
  2.2 边支承蜂窝式空心双向板按弹性薄板小挠度理论的分析方法  26-33
    2.2.1 近似处理方法  26-27
    2.2.2 蜂窝式空心板的微分方程  27-30
    2.2.3 蜂窝式空心板的截面刚度  30-33
  2.3 竖向均布荷载下四边简支蜂窝式空心双向板的解析解  33-37
    2.3.1 竖向均布荷载下四边简支蜂窝式空心双向板的挠度  34-35
    2.3.2 竖向均布荷载下四边简支蜂窝式空心双向板的跨中最大弯矩  35-37
  2.4 竖向均布荷载下四边固定蜂窝式空心双向板的数值解  37-46
    2.4.1 竖向均布荷载下四边固定蜂窝式空心双向板的伽辽金解法  37-39
    2.4.2 竖向均布荷载下四边固定蜂窝式空心双向板的挠度  39-41
    2.4.3 竖向均布荷载下四边固定蜂窝式空心双向板的跨中弯矩  41-46
  2.5 本章小结  46-48
第三章现浇混凝土蜂窝式空心双向板的弹性有限元分析  48-56
  3.1 有限元分析的目的  48
  3.2 有限元分析的方法  48-51
    3.2.1 分析模型的建立  48-50
    3.2.2 截面内力计算的后处理方法  50-51
  3.3 竖向均布荷载下四边简支蜂窝式空心板的有限元分析结果  51-53
    3.3.1 挠度的有限元分析结果及对比  51-52
    3.3.2 截面弯矩的有限元分析结果及对比  52-53
  3.4 竖向均布荷载下四边固定蜂窝式空心板的有限元分析结果  53-55
    3.4.1 挠度的有限元分析结果及对比  54
    3.4.2 截面弯矩的有限元分析结果及对比  54-55
  3.5 本章小结  55-56
第四章竖向均布荷载下现浇混凝土蜂窝式空心双向板的试验  56-69
  4.1 试验目的  56
  4.2 试件设计及制作  56-58
    4.2.1 试件  56-57
    4.2.2 相似性原理  57-58
  4.3 材料的力学指标  58-59
    4.3.1 混凝土  58-59
    4.3.2 钢筋  59
  4.4 试验方法  59-62
    4.4.1 竖向位移测量  59
    4.4.2 钢筋应变测量  59-60
    4.4.3 裂缝的观测  60
    4.4.4 加载设备  60-61
    4.4.5 加载制度  61-62
  4.5 主要试验结果  62-65
    4.5.1 受力全过程的三个受力阶段  62-63
    4.5.2 板的竖向位移  63-64
    4.5.3 钢筋应力  64
    4.5.4 裂缝  64-65
  4.6 试验结果分析  65-67
    4.6.1 试件未裂阶段的挠度  65-66
    4.6.2 试件的极限承载力  66-67
    4.6.3 试件的有限元分析  67
  4.7 本章小结  67-69
第五章钢筋混凝土框架边梁扭矩的近似计算  69-76
  5.1 研究意义  69
  5.2 计算假定和计算原理  69-74
    5.2.1 刚性扭矩的计算  70-71
    5.2.2 φ_1 引起的刚性扭矩降低值  71-72
    5.2.3 φ_2 和φ_3 引起的刚性扭矩降低值  72-73
    5.2.4 边梁的扭矩计算  73-74
  5.3 有限元分析验证  74-75
  5.4 本章小结  75-76
第六章工程应用实例和设计施工建议  76-84
  6.1 工程应用实例  76-77
    6.1.1 山东山孚日水有限公司食品加工车间  76
    6.1.2 南京江南青年城幼儿园及会所  76-77
    6.1.3 山东聊城市东昌区地税局办公楼  77
  6.2 现浇混凝土蜂窝式空心双向板的设计计算  77-80
    6.2.1 一般要求  77-78
    6.2.2 设计计算方法  78-80
  6.3 周边加厚板的受力与变形性能  80-81
  6.4 现浇混凝土蜂窝式空心双向板的结构方案与构造要求  81-83
  6.5 现浇混凝土蜂窝式空心双向板的施工建议  83
  6.6 本章小结  83-84
第七章全文总结及展望  84-86
  7.1 全文的研究总结和主要结论  84-85
  7.2 研究展望  85-86
参考文献  86-93
作者攻读博士学位期间发表的论文参编教材及科研项目  93-95
致谢  95

边支承大跨现浇混凝土蜂窝式空心双向板的试验研究

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