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型钢高强高性能混凝土梁的基本性能及设计计算理论研究

车顺利  
【摘要】: 型钢混凝土结构是继混凝土结构、钢结构之后,建筑结构形式发展的又一次进步,其优越的受力性能、良好的经济效益逐渐被人们认识和发掘,但目前由于对其相关研究和认识仍存在不足,许多方面还需要进一步深入分析。只有不断深化结构设计理论,结合材料和工艺的改进不断完善结构自身形式,才能促进型钢混凝土结构进一步发展,保持该结构形式推广和创新的可持续性。为了研究型钢高强高性能混凝土梁的基本性能及设计计算理论,本文主要完成了以下研究内容: (1)从型钢高强高性能混凝土梁构件的组成材料入手,分析了钢材性能、型钢截面形式等因素对组合构件性能的影响,着重探讨了高强高性能混凝土材料的相关问题,包括高强高性能混凝土的配制目标和技术路线、材料的微细观结构特点和相互间作用性能、原材料选择原则、材料损伤概率等,得出了适用于型钢混凝土组合结构强度等级为C70~C100的高强高性能混凝土的配制方法和配合比,分析了高强高性能混凝土的相关性能,推导和建立了混凝土材料的损伤本构关系。 (2)结合型钢混凝土粘结滑移试验研究,探讨了型钢与混凝土粘结作用机理和影响二者粘结性能的主要因素,指出在组合构件受力过程中型钢与混凝土界面有可能成为构件破坏的薄弱区,引发构件的不同破坏模式。基于型钢混凝土粘结损伤模型,推导和建立了型钢与混凝土的粘结损伤本构关系。 (3)通过型钢高强高性能混凝土梁的静力试验,研究了不同影响因素(如:混凝土强度等级、剪跨比、加载方式、配钢率及型钢混凝土界面间剪切连接方式等)对型钢高强高性能混凝土梁构件破坏机理和受力性能的影响;分析了型钢高强高性能混凝土梁构件的破坏形态、承载力、变形等相关性能。 (4)基于国内外研究现状和本文试验研究,对型钢高强高性能混凝土梁构件正截面承载能力、斜截面承载能力、刚度/变形、裂缝等相关计算方法进行了详细分析,建立了考虑型钢与混凝土剪切面性能的设计计算公式,同时给出型钢高强高性能混凝土梁的构造和施工建议。 (5)借助非线性有限元分析软件ANSYS对构件进行数值模拟,通过构件截面单元的合理划分和选用,建立了型钢混凝土梁构件的有限元分析方法。 (6)结合一系列的试验研究和理论分析,对型钢混凝土梁构件的优化设计方法进行了分析和总结,提出了模型优化和概念优化的双重优化方法。 文中基于材料、分析方法和试验方法的创新,建立了型钢高强高性能混凝土梁构件的系统分析设计方法,研究涉及构件组成材料选择、材料间相互作用机理、相关承载力的计算、非线性分析以及构件优化等问题,对每一环节涉及的相关问题展开分析和讨论,为实现型钢高强高性能混凝土梁构件的设计和施工提供依据,为该结构形式的应用和发展奠定基础。


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