板柱結(jié)構(gòu)是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,在住宅、醫(yī)院、地下車庫建造中應(yīng)用廣泛,但是由于板柱節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)區(qū)存在較大的彎矩和剪力共同作用,導(dǎo)致板柱節(jié)點(diǎn)易于發(fā)生脆性沖切破壞。因此,板柱節(jié)點(diǎn)的沖切失效機(jī)理、抗剪機(jī)制和承載力計算方法等問題一直是混凝土結(jié)構(gòu)基本理論研究領(lǐng)域的重要課題之一。本文通過試驗研究、有限元模擬、理論分析等方法對板柱節(jié)點(diǎn)的沖切受力性能及承載力計算方法進(jìn)行了研究,本文的主要研究工作如下:(1)設(shè)計并完成9個無腹筋板柱節(jié)點(diǎn)(截面尺寸2550mm?2550mm?180mm)的沖切試驗,試驗變量包括混凝土強(qiáng)度(C30、C50、C70)和縱筋配筋率(0.71%、0.93%、1.71%)。試驗中測量了沖切破壞受力全過程中的荷載、撓度、混凝土應(yīng)變和鋼筋應(yīng)變,詳細(xì)記錄了各級荷載下的裂縫形態(tài),并通過動態(tài)監(jiān)測預(yù)埋應(yīng)變測桿的應(yīng)變變化,間接測試了板厚變化(內(nèi)部微裂縫發(fā)展)趨勢。(2)基于各試件的測試結(jié)果,對板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞受力全過程中的受力特性展開系統(tǒng)性分析,主要包括如下4個方面:板底和剖切面的裂縫形態(tài)與特征、荷載-撓度曲線和撓度分布特征、荷載-應(yīng)變曲線和應(yīng)變分布特征、加載過程中和破壞瞬間的板厚變化(內(nèi)部微裂縫發(fā)展)趨勢。主要發(fā)現(xiàn)沖切破壞可能發(fā)生在縱筋不屈服或者不同范圍的縱筋達(dá)到屈服之后;破壞瞬間,斜裂縫首先在加載短柱外側(cè)的節(jié)點(diǎn)區(qū)生成,然后自上而下發(fā)展形成沖切破壞面,破壞過程很可能具有類似多米諾骨牌倒塌的“連續(xù)”效應(yīng),環(huán)柱周邊的混凝土高應(yīng)力區(qū)不是同時出現(xiàn)斜裂縫,某一局部區(qū)域的斜裂縫率先出現(xiàn)后,裂縫前緣的應(yīng)力集中觸發(fā)環(huán)柱周邊斜裂面瞬間形成,導(dǎo)致沖切破壞;混凝土徑向壓應(yīng)變卸載現(xiàn)象最早在距柱邊約50mm~130mm的范圍內(nèi)出現(xiàn)。(3)采用非線性有限元分析軟件ATENA對板柱節(jié)點(diǎn)的沖切受力性能進(jìn)行模擬,給出了沖切有限元模擬的參數(shù)選擇建議。首先基于不同破壞模式試件的實(shí)測荷載-撓度曲線,對有限元模型和參數(shù)進(jìn)行校驗;然后再采用經(jīng)驗證的有限元模型對不同混凝土強(qiáng)度、縱筋配筋率和沖跨比的14個試件進(jìn)行數(shù)值模擬,并給出模擬得到的荷載-撓度曲線、剖切面裂縫形態(tài)、板底裂縫形態(tài)和荷載-應(yīng)變曲線等信息,充分論證了所建立的有限元模型及參數(shù)的合理性。(4)探討無腹筋梁、單向板剪切(斜拉)破壞和無腹筋板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞的潛在區(qū)別與聯(lián)系。在充分討論主流設(shè)計規(guī)范相關(guān)條文、理論模型的核心觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上,基于非線性有限元方法獲得的應(yīng)力場和典型試驗結(jié)果,從斜裂縫特征和發(fā)展趨勢、應(yīng)力場特征等多個方面,對剪切(斜拉)破壞和沖切破壞的失效機(jī)理、主要抗剪機(jī)制等問題展開對比和討論,明確了二者之間的區(qū)別與聯(lián)系。(5)通過試驗研究和非線性有限分析方法,對板柱節(jié)點(diǎn)的沖切破壞模式、破壞過程、抗剪機(jī)制等關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入分析,在此基礎(chǔ)上,提出了同時考慮混凝土受壓區(qū)和板腹混凝土(骨料咬合作用)抗剪貢獻(xiàn)的沖切破壞模型。假設(shè)受壓區(qū)服從拋物線形摩爾-庫倫準(zhǔn)則,骨料咬合力根據(jù)Collins等提出的開裂混凝土剪應(yīng)力計算公式確定,建立了半經(jīng)驗性的受沖切承載力計算方法�；诎�363個沖切試驗數(shù)據(jù)的無腹筋板柱節(jié)點(diǎn)沖切試驗數(shù)據(jù)庫,對我國規(guī)范GB50010-2010公式、美國規(guī)范ACI 318-14公式、歐洲規(guī)范EC 2-04公式和模式規(guī)范fib MC2010公式和本文公式的預(yù)測結(jié)果的精度、離散程度進(jìn)行評估分析。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU37
【部分圖文】：

概念層面的平板式樓蓋最早由 George 提出[3]。1906 年，Turner 在美國明尼阿波里斯市應(yīng)用 191.1a），建造了世界上第一棟無梁樓蓋結(jié)構(gòu)-Bovey-John的樓板直接由帶類似蘑菇狀柱頭的柱支撐，形成一種新無獨(dú)有偶， Maillart 于 1908 年獨(dú)立完成板柱結(jié)構(gòu)模型年在瑞士設(shè)計、建造了歐洲地區(qū)的第一個板柱結(jié)構(gòu)建筑雖然結(jié)構(gòu)形式相同，但是兩位杰出工程師的設(shè)計方設(shè)計的板柱結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)四個方向均配置鋼筋，而 Mailla線的兩個垂直方向配置鋼筋。然而，新結(jié)構(gòu)形式的推遇到相似障礙，由于缺少可靠的設(shè)計方法，業(yè)主方均檢驗結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，然后才予以驗收、交付。由于模板簡單、施工便利、層間凈高增加、平面布年期間，美國和歐洲地區(qū)建造的無梁平板結(jié)構(gòu)就多達(dá)數(shù)構(gòu)體系在工程界得到了廣泛應(yīng)用：建筑工程中的寫字樓橋梁工程中可能出現(xiàn)簡支橋面板直接由下部結(jié)構(gòu)的墩、

a) 模型荷載試驗-1908 b) Giesshübel 倉庫-1909圖 1.2 Maillart 板柱結(jié)構(gòu)[4]2 沖切破壞導(dǎo)致的工程事故長期以來，獨(dú)具優(yōu)勢的板柱結(jié)構(gòu)體系在工程界得到了較為廣泛、全面的應(yīng)同時，這種新的結(jié)構(gòu)形式在遭遇地震等極端荷載、局部荷載過大、施工當(dāng)?shù)炔焕绊憰r，其安全性、可靠性必然在實(shí)際工程中得到檢驗。實(shí)踐表板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞導(dǎo)致的工程事故并不少見，且事故一旦發(fā)生，必然對命、財產(chǎn)安全帶來重創(chuàng)。

HarbourCaycondonminium住宅倒塌[7]

本文編號：2826571