保溫承重混凝土梁、柱和節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能研究.pdf

1、隨著我國(guó)建筑節(jié)能工作的不斷深入，特別是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，對(duì)建筑材料的熱惰性指數(shù)有了明確的要求，但常見的復(fù)合保溫體系難以保證與建筑同壽命，新型的自保溫體系卻無(wú)法作為中高層建筑的承重主體。保溫承重混凝土使用?；⒅樽鳛檩p骨料，強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)到C40，導(dǎo)熱系數(shù)為（0.25~0.45）W/(m·K)，是兼有承重混凝土的力學(xué)性能和保溫材料的隔熱性能的混凝土材料，是近年來(lái)科學(xué)研究和工程應(yīng)用的熱點(diǎn)。保溫承重混凝土密度約為（1800~2200）

2、kg/m3，將其應(yīng)用于梁、柱以及節(jié)點(diǎn)部位，既符合現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，又能在結(jié)構(gòu)受力主體部位充分發(fā)揮其輕質(zhì)高強(qiáng)的力學(xué)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)解決了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的“冷熱橋”問(wèn)題。但由于保溫承重混凝土與普通混凝土的組成成分有區(qū)別，保溫承重混凝土梁、柱及節(jié)點(diǎn)的承載力、剛度和內(nèi)力分布不同于普通混凝土，現(xiàn)有的關(guān)于普通混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論也無(wú)法完全應(yīng)用于保溫承重混凝土，制約了保溫承重混凝土在建筑工程中的應(yīng)用。課題組對(duì)保溫承重混凝土進(jìn)行了較為深入的系列研究，推出了高層剪

3、力墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn)樓工程，并編制了相應(yīng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，但課題組以前仍未對(duì)梁、柱、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)與理論研究，國(guó)內(nèi)外也未見該方面的研究。因此，研究保溫承重混凝土梁、柱以及節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能是保溫承重混凝土得到推廣應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是緊迫的任務(wù)。本文結(jié)合試驗(yàn)樓工程，現(xiàn)場(chǎng)制作比例試件，開展了如下幾方面的工作：
　?。?）本文進(jìn)行了20根保溫承重混凝土梁和8根普通混凝土梁的抗彎性能和抗剪性能試驗(yàn)，分別研究了不同混凝土材料、截面高度、縱筋配筋率、剪跨比等因

4、素對(duì)其正截面和斜截面受力性能的影響。分析結(jié)果表明：保溫承重混凝土受彎梁的受拉邊緣區(qū)裂縫出現(xiàn)晚且擴(kuò)張緩慢，具有良好的彈塑性變形能力，屈服荷載和峰值荷載隨著縱向鋼筋配筋率的提高而增大，保溫承重混凝土梁的延性大于普通混凝土梁；研究了保溫承重混凝土的截面抵抗矩系數(shù)、混凝土的應(yīng)力折減系數(shù)和壓區(qū)應(yīng)力圖形等效系數(shù)，建立了保溫承重混凝土梁開裂彎矩和正截面受彎承載力計(jì)算公式。
　　保溫承重混凝土受剪梁的延性隨剪跨比的增大而增加，抗剪承載力隨著縱筋配

5、筋率和箍筋配筋率的增大而增加；本文考慮了保溫承重混凝土的軟化系數(shù)，利用“拱-桁架”模型得出保溫承重混凝土斜截面受剪承載力計(jì)算公式。
　?。?）選取9個(gè)保溫承重混凝土柱及3個(gè)普通混凝土柱進(jìn)行了靜力承載力試驗(yàn)，研究了不同混凝土材料、長(zhǎng)細(xì)比和偏心率對(duì)其破壞形態(tài)、荷載-變形曲線、側(cè)向變形、鋼筋應(yīng)變及混凝土應(yīng)變等的影響。分析結(jié)果表明：保溫承重混凝土軸心柱的混凝土開裂晚于普通混凝土柱，兩種混凝土柱體的橫向應(yīng)變基本接近，保溫承重混凝土偏心柱的側(cè)

6、向變形更大，抗拉區(qū)裂縫分布范圍較大，抗拉區(qū)鋼筋首先達(dá)到屈服，承載力略低于普通混凝土，普通混凝土柱裂縫寬度增長(zhǎng)較快，延性較差；本文引入等效應(yīng)力系數(shù)得到保溫承重混凝土柱截面受壓承載力和開裂荷載的計(jì)算方法，討論并提出了保溫承重混凝土柱構(gòu)件承載力和開裂荷載的建議計(jì)算公式。
　?。?）通過(guò)對(duì)7個(gè)保溫承重混凝土節(jié)點(diǎn)試件和3個(gè)普通混凝土節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)，分析了不同混凝土材料、柱軸壓力、核心區(qū)配箍率對(duì)其破壞形態(tài)、裂縫開展模式、滯回曲線、位

7、移延性系數(shù)、剛度退化、粘滯阻尼、鋼筋應(yīng)變及塑性區(qū)轉(zhuǎn)角的影響規(guī)律。研究表明：保溫承重混凝土節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的斜向開裂荷載大于普通混凝土且開裂較晚；軸壓作用下，保溫承重混凝土節(jié)點(diǎn)在加載后期的承載性能有所提升；保溫承重混凝土對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的箍筋利用更為充分，試件的承載力隨著核心區(qū)配箍率的增加而增大，最佳配箍率約為0.35％；適當(dāng)增大軸壓力可抑制保溫承重混凝土節(jié)點(diǎn)核心區(qū)裂縫的開展以及梁筋的滑移，增加了試件的耗能能力；在試驗(yàn)研究和理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合“

8、斜壓桿機(jī)制”與“桁架機(jī)制”，提出保溫承重混凝土節(jié)點(diǎn)受力的三階段模型，分別計(jì)算了核心區(qū)混凝土斜壓桿寬度與壓應(yīng)力、軸壓力影響系數(shù)等，得到保溫承重混凝土框架節(jié)點(diǎn)的抗裂承載力與總水平抗剪承載力的計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　?。?）在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件對(duì)保溫承重混凝土受彎梁、受剪梁、壓柱、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非線性分析。根據(jù)試驗(yàn)情況，考慮材料和幾何的非線性，建立保溫承重混凝土的有限元模型，較精確地反映了試件在外