鋼結(jié)構(gòu)住宅節(jié)能復(fù)合墻板的理論與試驗研究

【摘要】： 隨著我國墻體改革、建筑節(jié)能等相關(guān)政策的推行,住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化逐漸提上同程。鋼結(jié)構(gòu)住宅因其節(jié)能省地、綠色環(huán)保、便于工廠化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化制作、可現(xiàn)場裝配等優(yōu)點,正日益收到人們的青睞,使用比例也越來越高。作為目前制約鋼結(jié)構(gòu)住宅體系發(fā)展的圍護體系,就成了亟待解決的問題。與普通的墻體材料相比,復(fù)合墻板具有承載力高、保溫效隔音果好等優(yōu)點,成為目前發(fā)展最為迅速的一種新型建筑材料。 作為圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)住宅的節(jié)能復(fù)合墻板外掛于鋼框架梁或柱上,除豎向自重外,墻板主要承受風(fēng)荷載或地震引起的橫向荷載。本文對節(jié)能復(fù)合墻板的抗彎性能進行了詳細(xì)的理論和試驗研究。 首先,基于付寶連提出的彎曲矩形板的廣義位移理論,推導(dǎo)出了在橫向均布荷載作用下四角點支承彈性矩形薄板的撓度計算公式,解決了四點支承矩形板的撓度和內(nèi)力計算問題,為節(jié)能復(fù)合墻板內(nèi)力和撓度等的簡化計算提供了理論基礎(chǔ)。 其次,利用通用有限元分析軟件ANSYS建立了節(jié)能復(fù)合墻板的有限元模型,通過與文獻中分析結(jié)果的對比,證明本文所選用的材料本構(gòu)關(guān)系、單元類型以及破壞準(zhǔn)則等可以較好的模擬墻板在橫向均布荷載作用下彈性變形階段的受力過程。由于墻板的具體尺寸、開洞情況及材料性質(zhì)等在工程應(yīng)用時可能多種多樣,所以本文對影響節(jié)能復(fù)合墻板抗彎剛度的因素進行分析,總結(jié)了影響墻板抗彎性能的主要因素,并對墻板的設(shè)計使用提出了建議,可作為工程應(yīng)用參考。 最后,為了驗證上述理論分析的可靠性,本文制作了5塊足尺節(jié)能復(fù)合墻板,對橫向荷載作用下墻板尺寸、洞口及配筋率對墻板的開裂荷載、抗彎極限承載力的影響,以及裂縫的分布規(guī)律和破壞形態(tài)等進行了試驗研究,考察鋼筋混凝土組合網(wǎng)架夾芯復(fù)合板在用于墻板時的抗彎性能,檢驗鋼絲網(wǎng)架的連接作用是否能夠保證復(fù)合墻板兩片混凝土板協(xié)同一致工作。節(jié)能復(fù)合墻板的ANSYS分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,試驗結(jié)果和非線性有限元分析結(jié)果可供鋼結(jié)構(gòu)住宅研究與設(shè)計人員參考。 【關(guān)鍵詞】：鋼結(jié)構(gòu)住宅 節(jié)能復(fù)合墻板 撓度 抗彎性能 有限元分析 實驗研究
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TU391
【目錄】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 復(fù)合墻板在國內(nèi)外的發(fā)展與研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3 矩形薄板彈性彎曲問題的理論解17-19
• 1.4 本文研究內(nèi)容19-20
• 1.5 本文的理論與應(yīng)用價值20-21
• 第二章 四點支承彈性矩形薄板撓度計算公式的建立21-35
• 2.1 彈性薄板的小撓度彎曲理論21-22
• 2.1.1 基本定義21
• 2.1.2 彈性薄板的基本假設(shè)21-22
• 2.1.3 彈性薄板的控制微分方程22
• 2.2 彎曲矩形板靜力問題的廣義位移解22-25
• 2.3 四點支承的彎曲矩形板的撓度計算公式25-30
• 2.4 四點支承薄板撓度計算公式的收斂性和計算精度30-34
• 2.4.1 公式的收斂性31-32
• 2.4.2 公式計算精度32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 節(jié)能復(fù)合墻板的非線性有限元分析35-58
• 3.1 有限元分析方法的優(yōu)點35
• 3.1.1 有限元方法的優(yōu)點35
• 3.1.2 分析軟件35
• 3.2 復(fù)合墻板數(shù)值模型35-47
• 3.2.1 單元類型的選取36-37
• 3.2.2 各單元的劃分及連接37
• 3.2.3 材料的本構(gòu)關(guān)系37-38
• 3.2.4 屈服準(zhǔn)則38-39
• 3.2.5 收斂準(zhǔn)則39-40
• 3.2.6 有限元模型的驗證40-43
• 3.2.7 復(fù)合墻板簡介43-44
• 3.2.8 復(fù)合墻板數(shù)值分析假定44-45
• 3.2.9 計算參數(shù)45
• 3.2.10 加載方案45-46
• 3.2.11 邊界條件及數(shù)值分析模型46
• 3.2.12 分析步驟46-47
• 3.3 復(fù)合墻板抗彎承載力的參數(shù)分析及各部分的協(xié)同工作性能47-57
• 3.3.1 混凝土面板厚度的影響47-49
• 3.3.2 聚苯乙烯泡沫夾芯層厚度的影響49-50
• 3.3.3 混凝土強度的影響50-51
• 3.3.4 配筋率的影響51-52
• 3.3.5 斜鋼絲的影響52-55
• 3.3.6 開洞情況的影響55-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第四章 節(jié)能復(fù)合墻板的現(xiàn)場試驗研究58-68
• 4.1 試驗的目的、內(nèi)容及試驗步驟58
• 4.1.1 試驗?zāi)康?/span>58
• 4.1.2 試驗內(nèi)容58
• 4.1.3 試驗步驟58
• 4.2 試件的設(shè)計和制作58-60
• 4.2.1 試件設(shè)計58-59
• 4.2.2 試件的制作59-60
• 4.3 鋼絲和混凝土的力學(xué)性能60-61
• 4.3.1 鋼絲材性試驗60-61
• 4.3.2 混凝土材性試驗61
• 4.4 試驗量測項目和數(shù)據(jù)采集61-65
• 4.4.1 量測項目61-63
• 4.4.2 數(shù)據(jù)采集63-64
• 4.4.3 混凝土平面應(yīng)力狀態(tài)分析64-65
• 4.5 試驗裝置及加載方法65-68
• 4.5.1 試驗支承條件65-66
• 4.5.2 試驗加載方法66-67
• 4.5.3 加載前的準(zhǔn)備67-68
• 第五章 試驗結(jié)果及分析68-84
• 5.1 概述68
• 5.1.1 開裂荷載的確定68
• 5.1.2 極限荷載的確定68
• 5.2 試驗過程描述68-74
• 5.2.1 1號墻板的加載破壞過程68-69
• 5.2.2 2號墻板的加載破壞過程69-70
• 5.2.3 3號墻板的加載破壞過程70-71
• 5.2.4 4號墻板的加載破壞過程71-73
• 5.2.5 5號墻板的加載破壞過程73-74
• 5.3 試驗測試主要數(shù)據(jù)74-78
• 5.3.1 墻板的荷載-撓度曲線74-75
• 5.3.2 試驗結(jié)果分析75-78
• 5.4 試驗結(jié)論78-79
• 5.5 試驗結(jié)果與墻板非線性有限元分析結(jié)果對比79-82
• 5.6 本章小節(jié)82-84
• 第六章 結(jié)論和建議84-87
• 6.1 結(jié)論84-85
• 6.2 建議85-87
• 參考文獻87-96
• 致謝96-97
• 發(fā)表論文和參與科研情況97-98
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表98

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