灌芯纤维石膏墙板结构的计算模型及受力性能分析

论文摘要

纤维石膏墙板作为一种新的建筑材料具有许多优点,在工程应用和理论分析中有许多问题需要解决,本文以灌芯纤维石膏的试验研究为基础,在借鉴有关微观和宏观分析模型的基础上,根据理论推导,建立了该墙板的宏观计算模型,同时根据纤维石膏墙板施工快的特点,提出了新型的带肋预应力叠合板。根据提出的模型,建立了试点工程的三维空间模型,对混凝土灌芯纤维石膏墙板住宅工程进行了模态和静力弹塑性分析。本文的主要工作如下:1.基于宏观模型概念,为提高计算效率和精度,结合数学高斯积分知识,提出了用于灌芯纤维石膏墙板非线性分析的宏观墙元模型,即由四个竖向杆单元及一个剪切杆单元组成的单元模型,模型内侧的竖向杆布置在Gauss-Legendre积分点处。根据小变形理论和虚功方程,推导了模型的单元刚度矩阵和各杆件的刚度方程。通过和灌芯纤维石膏墙板试验结果的对比分析,表明该计算模型具有较好精度,证明为一种实用有效的单元模型,可在纤维石膏墙板体系等复杂结构的抗震分析中推广使用。2.结合灌芯纤维石膏墙板的试验结果,对宏观模型中的垂直杆和剪切杆的恢复力模型进行了研究,建立了模型中杆件的骨架曲线。骨架曲线考虑了混凝土、钢筋和纤维石膏板对竖向杆及对剪切杆的作用。3.基于钢筋及混凝土材料本构关系和纤维模型概念,通过截面双向划分网格,推导了梁柱单元的纤维模型和连梁单元的变刚度纤维杆元模型,纤维杆元模型由两端的纤维子单元及中间杆的弹性子单元组成。4.基于墙板的宏观力学模型和连梁的纤维模型,建立了墙板试点工程的三维空间模型,对混凝土灌芯纤维增强石膏板住宅工程进行了模态和静力弹塑性分析,对比了试点工程在不同水平荷载模式下的计算结果。模态分析结果和实体有限元模型分析结果进行了对比,各阶频率较为吻合,验证了模型的正确性。5.在矩形叠合面叠合板的基础上,提出一种新型叠合板—槽形芯板预应力叠合板（芯板带纵肋）。预应力底板具有刚度大、抗裂性能高、弹性恢复性能好的优点,凹槽形叠合面具有足够的抗剪能力。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 石膏在环保建筑材料中应用的意义
• 1.1.3 玻璃纤维石膏板在建筑结构应用中的优点
• 1.2 玻璃纤维石膏板在建筑结构应用中的发展和研究现状
• 1.3 基于性能的设计方法
• 1.3.1 动力非线性分析
• 1.3.2 静力非线性分析
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 单元计算模型
• 2.1 灌芯纤维石膏墙板简介
• 2.2 引言
• 2.3 材料的本构关系
• 2.3.1 混凝土的本构关系
• 2.3.2 钢筋的本构关系
• 2.3.3 纤维石膏板的本构关系
• 2.4 纤维模型
• 2.5 纤维杆元模型
• 2.5.1 基本描述
• 2.5.2 单元刚度矩阵
• 2.6 剪力墙单元模型
• 2.6.1 微观模型
• 2.6.2 宏观模型
• 2.6.3 纤维石膏墙板单元模型
• 2.7 纤维增强石膏板的恢复力骨架曲线
• 2.8 本章小结
• 第三章 静力弹塑性分析
• 3.1 引言
• 3.2 Pushover 方法基本过程
• 3.3 模态静力分析方法
• 3.4 目标位移的求解
• 3.5 水平荷载模式
• 3.5.1 水平侧力加载模式综述
• 3.5.2 几种水平侧力加载模式
• 3.6 求解非线性问题的增量法
• 3.7 小结
• 第四章 试点工程受力分析
• 4.1 纤维石膏板的试验验证
• 4.2 试点工程简介
• 4.3 试点工程的特性分析
• 4.3.1 有限元模型的建立
• 4.3.2 结构自振特性
• 4.4 试点工程的静力弹塑性分析
• 4.4.1 水平荷载模式
• 4.4.2 计算结果
• 4.5 小结
• 第五章 叠合楼板的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 叠合板的试验
• 5.2.1 试件的设计
• 5.2.2 试验板的制作
• 5.2.3 试验过程简介
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 试验结果
• 5.3.2 叠合板的承载力分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论及建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步工作的建议
• 参考文献
• 发表论文与参加科研情况说明
• 致谢