论文摘要
将轻骨料混凝土与型钢结合,形成的型钢轻骨料混凝土结构,除了具有型钢混凝土结构强度高、刚度大以及延性好等优点外,还具有减轻结构自重、减小结构的地震作用以及耐久性好等优点,可扩大型钢混凝土结构的应用范围。本文首先根据有关标准更新换代前后相关规定的变化和已有的研究成果,分析得到了轻骨料混凝土轴心抗压强度、轴心抗拉强度与立方体抗压强度之间的换算关系;分析得到了轻骨料混凝土强度的统计参数;分析得到了轻骨料混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度的标准值。并通过研究,得到了轻骨料混凝土的应力-应变曲线以及正截面承载力计算涉及的矩形应力图系数α1、β1。通过6根高强轻骨料混凝土梁、2根高强普通混凝土梁的正截面受弯性能试验研究,提出了轻骨料混凝土强度等级提高后的轻骨料混凝土梁正截面受弯承载力计算方法,以及抗弯刚度、挠度和裂缝宽度的计算方法。利用《轻骨料混凝土结构设计规程》（JGJ12-99）背景资料中有关轻骨料混凝土梁斜截面承载力的试验数据,应用《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）提供的结构可靠度分析的一次二阶矩法,并按照《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）的要求,通过可靠度分析提出了集中荷载作用下轻骨料混凝土梁受剪承载力的计算公式。根据最小配筋率的确定条件和轻骨料混凝土结构的研究成果,推得轻骨料混凝土构件受剪时的最小配箍率计算公式、受剪扭时的最小配箍率计算公式和受扭纵向钢筋的最小配筋率计算公式。通过8根型钢轻骨料混凝土梁和2根型钢普通混凝土梁的抗弯性能试验,观察了型钢轻骨料混凝土梁和型钢普通混凝土梁的受力过程和破坏形态。发现型钢轻骨料混凝土梁具有与型钢普通混凝土梁类似的受弯性能,受拉区轻骨料混凝土的丌裂对试验梁的刚度没有明显的影响,p—f曲线没有明显的转折;试验梁屈服是以型钢的受拉翼缘屈服为标志;试验梁在屈服前,平均应变的平截面假定符合较好。型钢受拉翼缘屈服后,平截面假定不再成立,同时型钢与混凝土间的滑移对试验梁的变形及裂缝宽度的影响加大;试验梁达到极限承载力以后,乃具有相当的承载力,表现出良好的延性。同时通过研究得到了型钢轻骨料混凝土梁正截面受弯承载力的计算方法;得到了型钢轻骨料混凝土梁刚度的计算方法和计算公式;得到了型钢轻骨料混凝土梁裂缝宽度的计算方法和计算公式。通过15根型钢轻骨料混凝土梁和2根型钢普通混凝土梁的抗剪性能试验,发现型钢轻骨料混凝土梁具有与型钢普通混凝土梁类似的受剪性能。当剪跨比λ≤1.5时发生斜压破坏;当剪跨比1.5≤λ≤3.0时发生剪压破坏;剪跨比λ≥3.0时发生弯曲破坏。并通过研究得到了型钢轻骨料混凝土梁斜截面受剪承载力的计算公式。通过对试验梁的有限元数值模拟分析,得到了试验梁的荷载一位移曲线、变形发展规律和破坏模式,得到了试验梁的开裂、屈服、极限荷载及其相应位移,得到了截面尺寸、剪跨比λ以及混凝土强度等设计参数变化对试验梁受力性能的影响规律。最后数值模拟结果与试验实测结果的比较表明,用本文编制的有限元程序对型钢轻骨料混凝土梁进行数值模拟,其结果是可信的。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 型钢混凝土结构的特点及研究概况1.1.1 型钢混凝土结构的特点1.1.2 型钢混凝土结构的研究和应用概况1.2 轻骨料混凝土结构的特点及研究概况1.2.1 轻骨料混凝土结构的特点1.2.2 轻骨料混凝土结构的研究与应用概况1.3 课题的提出及研究的意义1.3.1 课题的提出1.3.2 研究的意义1.4 本文研究的目的、内容和方法1.4.1 研究目的1.4.2 研究内容1.4.3 研究方法参考文献第2章 轻骨料混凝土梁承载力、刚度与裂缝的研究2.1 概述2.2 轻骨料混凝土材料的强度指标及其统计参数2.2.1 轻骨料混凝土材料强度的实测平均值2.2.2 轻骨料混凝土材料强度的变异系数2.2.3 轻骨料混凝土材料强度的标准值fc、κft'>2.2.4 轻骨料混凝土材料强度的κfc、κft2.2.5 轻骨料混凝土的强度指标和统计参数的应用2.3 轻骨料混凝土应力-应变曲线的研究2.3.1 应力-应变曲线特征的分析2.3.2 轻骨料混凝土的应力-应变曲线1、β1'>2.3.3 轻骨料混凝土的矩形应力图系数α1、β12.4 轻骨料混凝土梁正截面承载力、裂缝及刚度的研究2.4.1 试验介绍2.4.2 轻骨料混凝土梁正截面受弯承载力的研究2.4.3 轻骨料混凝土梁刚度的研究2.4.4 轻骨料混凝土梁裂缝宽度的研究2.5 轻骨料混凝土梁斜截面受剪承载力的研究2.5.1 集中荷载作用下轻骨料混凝土梁受剪承载力计算公式的模型2.5.2 可靠度的计算与分析2.6 轻骨料混凝土梁最小配筋率的研究sv,minV'>2.6.1 受剪时的最小配箍率ρsv,minVsv,minT'>2.6.2 纯扭时的最小配箍率ρsv,minTsv,minVT'>2.6.3 剪扭构件的最小配箍率ρsv,minVTtl,minVT'>2.6.4 剪扭构件受扭纵向钢筋的最小配筋率ρtl,minVT2.7 本章小结参考文献第3章 型钢轻骨料混凝土梁受弯性能试验3.1 概述3.2 试验方案设计3.2.1 试验目的3.2.2 试件设计与制作3.2.3 加载装置与加载制度3.2.4 测量方案与数据采集3.3 试验过程3.3.1 弹性阶段3.3.2 弹塑性阶段3.3.3 破坏阶段3.4 试验结果3.4.1 试验梁的特征荷载和破坏形态3.4.2 试验梁的荷载—挠度曲线3.4.3 应变沿截面高度的分布规律3.5 本章小结参考文献第4章 型钢轻骨料混凝土梁正截面受弯承载力的分析4.1 型钢混凝土梁正截面受弯承载力计算理论概述4.2 我国现行标准计算方法的比较4.2.1 《钢骨规程》的计算理论4.2.2 《型钢规程》的计算理论4.2.3 与试验结果的对比分析4.2.4 工程实例的对比分析4.2.5 比较结果及建议4.3 型钢轻骨料混凝土梁正截面受弯承载力分析4.3.1 《钢骨规程》的计算结果4.3.2 本文建议的计算方法一4.3.3 本文建议的计算方法二4.4 本章小结参考文献第5章 型钢轻骨料混凝土梁受剪性能试验5.1 概述5.2 试验方案设计5.2.1 试验目的5.2.2 试件设计与制作5.2.3 加载装置与加载制度5.2.4 测量方案与数据采集5.3 试验过程5.4 试验结果5.4.1 试件的特征荷载和破坏形态5.4.2 试验梁的荷载—挠度曲线5.5 本章小结参考文献第6章 型钢轻骨料混凝土梁斜截面受剪承载力分析6.1 型钢混凝土梁斜截面受剪承载力计算理论概述6.2 我国现行标准计算方法的比较6.2.1 两部规程的计算方法和计算公式6.2.2 两部规程计算公式的区别6.2.3 与试验结果的对比分析6.2.4 可靠度的计算与分析6.2.5 比较结果6.3 型钢轻骨料混凝土梁斜截面受剪承载力分析6.4 本章小结参考文献第7章 型钢轻骨料混凝土梁挠度与裂缝宽度的分析7.1 挠度分析7.1.1 型钢混凝土梁截面刚度计算方法概述7.1.2 型钢轻骨料混凝土梁挠度的计算与分析7.2 裂缝宽度分析7.2.1 型钢混凝土梁裂缝宽度计算方法概述7.2.2 型钢轻骨料混凝土梁裂缝宽度的计算与分析7.3 本章小结参考文献第8章 型钢混凝土梁非线性有限元程序编制8.1 非线性有限元分析程序编制基础8.1.1 非线性问题及解法8.1.2 材料的本构关系8.2 非线性有限元程序的开发8.2.1 本文数值模拟处理8.2.2 数值模拟分析过程参考文献第9章 型钢轻骨料混凝土梁有限元数值模拟与分析9.1 正截面受力性能的有限元模拟计算与分析9.1.1 计算模型的建立9.1.2 有限元模型相关参数的选取9.1.3 有限元模拟分析9.2 斜截面受力性能的有限元模拟计算与分析9.2.1 计算模型的建立9.2.2 有限元模型相关参数的选取9.2.3 有限元模拟分析9.3 本章小结参考文献第10章 主要结论、创新点与建议10.1 主要结论与创新点10.2 需要进一步研究的内容和建议致谢附录附录一:攻读博士期间发表的科研论文附录二:攻读博士期间参编的标准和教材附录三:攻读博士期间参加的科研项目附录四:攻读博士期间获得的奖励
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