碳纤维预应力混凝土箱型空心楼盖的理论分析与研究

论文摘要

碳纤维预应力混凝土箱型空心楼盖能够大幅降低结构自重,相比同尺寸的其他类型楼盖具有更大的刚度和更强的抗裂性能,在大跨度大空间结构中有很好的应用前景。目前,对它的研究还很少。本文建立碳纤维预应力混凝土箱型空心楼盖结构型式,对碳纤维预应力混凝土箱型空心楼盖的受力机理、变形特征进行理论研究和有限元分析。主要内容如下:1、对目前的大跨度楼盖的体系进行了总结,介绍了大跨度楼盖体系的主要分析方法。碳纤维预应力混凝土箱型空心楼盖是一种在箱型空心楼盖的拉应力部位贴上碳纤维,并对碳纤维施加预应力,碳纤维与空心楼板协同承受荷载的一种结构,给出碳纤维预应力箱型混凝土空心楼盖的构造。2、碳纤维预应力箱型混凝土空心楼盖的受力机理及变形特征分析,与普通实心板有相似的受力和变形性能,但它中部有箱型内膜且表面有碳纤维,因此刚度的计算与实心板是不一样的。本文以弹性薄板小挠度理论为基础,推导了楼板的微分方程,提出了截面刚度的计算公式。3、对于四边简支的碳纤维预应力箱型混凝土空心楼盖,采用解析的方法求出了挠度和弯矩的解析解;对四边固定的碳纤维预应力箱型混凝土空心楼盖,采用数值分析的方法求出了挠度和弯矩的数值解。4、介绍了无梁楼盖的几种设计计算方法,对拟板法进行了修正,算例分析表明,采用修正的拟板法有很好的精度。5、建立了箱型空心楼盖的有限元分析模型,采用ANSYS有限元软件对分析,将有限元计算结果、本文公式的计算结果和试验结果进行对比分析,发现三者吻合较好,论证了这两种方法的可行性。6、本文介绍了大型通用结构分析软件ANSYS,运用ANSYS程序,采用板单元SHELL91单元和梁单元建模,通过比较软件分析结果和试验结果,验证了利用ANSYS中梁板单元建模来计算箱型楼板的结构体系,能够得到很好的精度。分析表明,采用本文提出的计算方法和建模方法,能较准确的计算箱型楼盖的挠度和内力。7、采用SHELL99单元,模拟了碳纤维预应力混凝土箱型空心楼盖在弹性阶段的变形和应力分布。8、本文分析了预应力箱型楼盖的截面参数对楼盖截面形心和截面刚度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢筋混凝土楼盖概况
• 1.2 大跨楼盖结构体系
• 1.2.1 预应力楼盖体系
• 1.2.2 无梁楼盖体系
• 1.2.3 现浇混凝土空心无梁楼盖体系
• 1.2.4 钢-混凝土组合结构楼盖体系
• 1.3 大跨楼盖体系的主要分析方法介绍
• 1.3.1 预应力楼盖体系的分析
• 1.3.2 无梁楼盖体系的分析
• 1.3.3 现浇混凝土空心无梁楼盖体系的分析
• 1.3.4 钢-混凝土组合结构楼盖体系的分析
• 1.4 现浇预应力箱型空心楼盖
• 1.4.1 箱型内模
• 1.4.2 预应力筋
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 本文的主要研究内容及意义
• 第二章 四边支承箱形空心楼板的弹性理论解
• 2.1 现浇混凝土箱型空心楼盖概述
• 2.1.1 现浇混凝土箱形空心楼盖的型式
• 2.1.2 现浇混凝土箱形空心板的受力机理
• 2.2 边支承箱型空心双向板按弹性小挠度理论的分析方法
• 2.2.1 近似处理方法
• 2.2.2 箱形空心楼板的微分方程推导
• 2.3 竖向均布荷载下四边简支箱型空心双向板的解析解
• 2.4 竖向均布荷载在四边固定箱型空心双向板的数值解
• 2.5 本章小结
• 第三章：拟梁法、框架等代法和拟板法等设计方法的介绍
• 3.1 等代框架法
• 3.1.1 等代框架的计算模型
• 3.1.2 板格跨度
• 3.1.3 板格的受弯净跨度ln及刚度
• 3.2 拟梁法
• 3.3 直接设计法
• 3.4 拟板法
• 3.4.1 拟板法的基本理论
• 3.4.2 拟板法的刚度等效
• 3.4.3 拟板法的修正
• 3.5 算例分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 有限元分析方法及ANSYS 程序简介
• 4.1 有限元的分析原理
• 4.2 ANSYS 简介
• 4.2.1 ANSYS 模型建立
• 4.2.2 定义材料属性、建立几何模型
• 4.2.3 ANSYS 网格划分、加载和求解
• 4.2.4 ANSYS 的后处理
• 4.3 ANSYS 的仿真模拟验证实例
• 4.4 本章小结
• 第五章 碳纤维预应力箱型空心楼盖分析
• 5.1 碳纤维预应力箱型空心楼盖构造形式及预应力施加方法
• 5.2 预应力箱型空心混凝土楼盖材料的模型建立
• 5.3 预应力箱型空心混凝土楼盖弹性阶段分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 预应力箱型空心楼盖参数分析
• 6.1 截面参数分析
• 6.2 楼盖截面型式的比较
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢