无板楼盖边梁—楼面梁协调扭转试验及研究

论文摘要

在钢筋混凝土边梁-楼盖梁体系中边梁因变形协调而发生协调扭转,其协调扭矩值取决于边梁扭转线刚度与楼面梁弯曲线刚度之间的比值以及现浇板由其刚性平面效应形成的空间阻扭作用。由于混凝土材料的非线性性质,以及杆件开裂后扭转刚度、弯曲刚度下降的影响,边梁协调扭矩值难以准确计算。到目前为止,边梁协调扭转的计算方法在我国混凝土结构设计规范GB50010-2002中尚属空白。为了解决这一问题,在重庆大学土木工程学院已完成的4个大跨度预应力次梁楼盖大型协调扭转性能试验的基础上,进行了一个常规尺度的无整浇板钢筋混凝土楼盖边梁协调扭转试验。通过试验研究和非线性有限元模拟,得出常规钢筋混凝土无整浇板边梁-楼面梁体系的以下主要结论:①楼盖中的边梁协调扭转是一个受多因素影响的较为复杂的内力重分布过程,边、次梁（楼面梁）开裂均对其有不同程度的影响。②无板边梁-楼面梁楼盖体系中,边梁自始至终处在弯剪扭受力状态中,边梁的协调扭矩不能忽略。③按照弹性计算的边梁扭矩在试件开裂前能比较准确的模拟边梁的实际扭矩,但在开裂后只能大致描述扭矩随荷载变化的趋势,而且弹性计算值偏大。④边梁开裂以后,协调扭矩继续随荷载的增加而增长,这一现象与美国混凝土委员会（ACI）规范所提出的塑性设计法的基本假定有显著区别。⑤ACI318-05规范中关于边梁的协调扭矩设计值偏低,可能会使边梁设计不安全。⑥由于“弹性扭矩法”、“零刚度法”与“塑性设计法”与实际情况都有一定出入,建议对类似于本文试验情况的无整浇板钢筋混凝土楼盖边梁协调扭转问题,可采用折减扭转刚度的方法计算边梁协调扭矩值。⑦通过利用空间刚架杆系结构非线性有限元对本文边梁-楼面梁试件进行的全过程模拟分析,对“边梁的单位长度扭转角-荷载”等关系曲线的实测值与电算结果的比较分析,建议边梁的裂后扭转刚度可取为开裂前扭转刚度的0.2～0.3。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外对边梁协调扭转研究现状
• 1.2.1 线弹性分析法
• 1.2.2 零刚度设计法
• 1.2.3 塑性设计法
• 1.2.4 三种设计方法的比较
• 1.2.5 我国对边梁协调扭转的工程处理及研究
• 1.2.6 重庆大学对边梁协调扭转的研究成果
• 1.3 扭转相关研究
• 1.3.1 弯剪扭构件的破坏形态
• 1.3.2 斜弯曲理论
• 1.3.3 空间桁架模型理论
• 1.3.4 开裂扭矩
• 1.3.5 扭转刚度
• 1.4 本文的研究目的和主要的内容
• 2 试验方案
• 2.1 试验目的
• 2.2 试件设计
• 2.2.1 试件的形式的选取
• 2.2.2 试件的设计
• 2.3 试验装置
• 2.3.1 次梁跨中加载装置
• 2.3.2 边、次梁悬臂加载装置
• 2.3.3 测试装置
• 2.4 加载程序
• 2.5 承载力的确定
• 3 试验现象
• 3.1 试验现象
• 3.2 破坏形态分析
• 4 试验数据分析
• 4.1 试验数据的说明
• 4.2 开裂荷载分析
• 4.3 钢筋应变整理
• 4.3.1 边梁钢筋应变
• 4.3.2 次梁二钢筋应变
• 4.4 边梁扭矩的ETABS 计算
• 4.5 边梁的单位长度扭转角
• 4.6 边梁扭转刚度
• 4.7 边梁、次梁挠度
• 4.8 边梁弯矩
• 4.9 支座变形
• 4.10 支反力误差分析
• 5 非线性有限元程序分析
• 5.1 程序简介
• 5.1.1 材料性质
• 5.1.2 杆件刚度
• 5.1.3 开裂判定
• 5.1.4 极限判定
• 5.1.5 单元自动划分与荷载自动导算
• 5.1.6 加载
• 5.1.7 收敛条件
• 5.1.8 程序编译
• 5.2 有限元模拟结果
• 5.2.1 计算模型
• 5.2.2 弹性模拟结果
• 5.2.3 非线性模拟结果
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录