基于三参数统一强度理论的混凝土板抗冲切承载力分析

论文摘要

板柱结构由于其形式简单、传力途径短捷、能充分利用净高空间并且施工方便等突出优点,迄今为止此结构已经被广泛应用于多层厂房、仓库、公共建筑的大厅等。但在一般情况下,板柱结构的节点要承受板传来的较大集中力的作用,节点抗冲切强度通常难以保证,这也是国内外研究的热点问题。由于冲切是一种无征兆的脆性破坏,所以如何提高抗冲切性能,保证其自身的延性成为这类结构开展工作的关键问题。本文应用三参数统一强度理论分别对钢筋混凝土板和无粘结预应力钢筋混凝土板的冲切性能以及相应的承载力计算方法等进行理论研究和有限元数值模拟,主要工作有：分析了常用规范关于板冲切的规定、板冲切理论研究的几种分析方法,板柱结构中的冲切破坏概念及破坏机理,结合以往文献以及板的破坏过程总结了影响板冲切的结构本身因素,为本文的理论推导提供依据。依据屈服线理论,提出了混凝土圆板和方板的抗弯承载力计算公式；利用三参数统一强度理论对钢筋混凝土板的冲切承载力进行了分析,并考虑了钢筋和板的抗弯强度对冲切承载力的影响,采用刚塑性模型,确定出轴对称条件下的冲切破坏面,推导了钢筋混凝土方板和圆板的冲切承载力计算公式；在钢筋混凝土板冲切公式的基础上,通过将有效预压应力等效为作用在板端的外力,得到无粘结预应力钢筋混凝土板的冲切承载力计算公式。应用大型有限元分析软件ANSYS,结合试验资料,对上述两种类型的板的冲切进行了数值模拟,得到不同混凝土强度、不同配筋率、不同的预应力配筋方式下板的抗冲切能力以及裂缝开展情况,证明了板中配置无粘结预应力钢筋可有效提高板的延性,与试验比较吻合,故可以应用ANSYS有限元分析软件对实际工程中的钢筋混凝土板柱结构的应力应变进行预测分析,进而指导工程实践。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及有关规范的介绍
• 1.2.1 混凝土板冲切的国内外研究现状
• 1.2.2 无粘结预应力混凝土板柱节点的国内外研究现状
• 1.2.3 国内外有关规范的介绍
• 1.3 混凝土板冲切承载力理论的研究方法
• 1.3.1 极限平衡法
• 1.3.2 桁架比拟法
• 1.3.3 经验公式法
• 1.3.4 塑性分析法
• 1.3.5 非线性有限元分析方法
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 混凝土板冲切破坏的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 冲切破坏概念
• 2.3 板柱节点破坏的分类
• 2.3.1 依据楼盖破坏的基本形态
• 2.3.2 依据荷载位置变化产生的破坏形态
• 2.3.3 依据抗冲切钢筋位置变化产生的破坏形态
• 2.4 板的冲切破坏机理
• 2.4.1 斜拉破坏
• 2.4.2 剪压破坏
• 2.4.3 基于假想破坏模型的破坏机理
• 2.5 混凝土板抗冲切的影响因素
• 2.5.1 剪跨比
• 2.5.2 混凝土强度
• 2.5.3 配筋率
• 2.5.4 截面高度
• 2.5.5 加载面积和形状
• 2.6 本章小结
• 第三章 钢筋混凝土板的冲切承载力计算
• 3.1 引言
• 3.2 三参数统一强度理论
• 3.3 钢筋混凝土板的抗弯承载力计算
• 3.3.1 弯曲破坏的过程
• 3.3.2 钢筋混凝土板弯曲破坏的破坏机构
• 3.3.3 依据屈服线理论求解混凝土板的抗弯强度
• 3.4 钢筋混凝土板的抗冲切承载力计算
• 3.4.1 抗冲切计算的破坏准则选取
• 3.4.2 抗冲切承载力计算公式的推导
• 3.4.3 冲切承载力计算中所需的有关参数
• 3.4.4 钢筋混凝土板冲切承载力计算公式
• 3.4.5 计算结果与试验结果的对比分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 无粘结预应力钢筋混凝土板的抗冲切分析
• 4.1 引言
• 4.2 无粘结预应力混凝土结构的概念
• 4.3 无粘结预应力混凝土板柱结构的优点
• 4.4 无粘结预应力混凝土板常用的结构形式
• 4.5 影响无粘结预应力筋极限应力的因素
• 4.6 无粘结筋对抵抗板抗冲切荷载的有利影响
• 4.7 无粘结预应力钢筋混凝土板抗冲切承载力计算
• 4.7.1 混凝土的抗冲切承载力
• 4.7.2 普通抗弯纵筋部分的抗冲切承载力
• 4.7.3 有效预压应力对板的抗冲切承载力
• 4.7.4 无粘结预应力钢筋混凝土板抗冲切承载力计算公式
• 4.7.5 计算结果与试验结果的对比分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 钢筋混凝土板及无粘结预应力钢筋混凝土板的有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 有限元模拟的基本理论
• 5.3 ANSYS简介
• 5.3.1 ANSYS的组成
• 5.3.2 利用ANSYS进行有限元分析的基本步骤
• 5.3.3 钢筋混凝土板的有限元计算模型
• 5.3.4 钢筋混凝土构件建模时的单元选择
• 5.3.5 钢筋混凝土材料破坏准则的选择
• 5.3.6 混凝土的本构关系
• 5.3.7 钢筋的本构关系
• 5.3.8 使用SOLID65单元需注意的问题
• 5.4 钢筋混凝土板冲切受力的ANSYS模拟
• 5.4.1 材料性质
• 5.4.2 模型的尺寸
• 5.4.3 有限元模型的建立
• 5.4.4 模型加载及边界约束
• 5.4.5 结果分析
• 5.5 无粘结预应力钢筋混凝土板冲切受力的ANSYS模拟
• 5.5.1 材料性质
• 5.5.2 模型的尺寸
• 5.5.3 有限元模型的建立
• 5.5.4 模型加载及边界约束
• 5.5.5 结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 1.结论
• 2.展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢