钢板笼混凝土简支梁抗弯性能试验研究

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钢板笼混凝土结构(Prefabricated Cage System Reinforced Concrete)是一种新型的钢混组合结构体系。该结构于2005年由国外学者Mohammad Shams和Halil Sezen提出,并进行短柱和节点基本力学性能研究,目前钢板笼结构体系在国内尚未见到相关研究成果。钢板笼混凝土结构可在工厂上预制,其特点用纵向钢板代替底部钢筋,横向钢板代替箍筋,两者连接形成统一整体承受荷载。本文进行钢板笼混凝土简支梁抗弯性能试验研究,从试验观察、理论分析和数值模拟方面入手,了解钢板笼混凝土简支梁破坏过程,分析钢板笼混凝土简支梁承载力和变形性能,相关研究成果为钢板笼混凝土结构体系进一步研究和分析提供参考依据。试验分析了8根钢板笼混凝土简支梁和2根钢筋混凝土简支梁抗弯对比试验,通过观察不同底部纵向配钢率、不同横向约束间距下钢板笼混凝土简支梁破坏过程,同等用钢量下钢筋混凝土简支梁破坏过程。讨论了不同参数下钢板笼混凝土简支梁的荷载-位移曲线变化、钢板荷载-应变曲线变化、跨中区域混凝土应变曲线变化、钢板笼混凝土延性曲线变化。结果表明:随着底部纵向配钢量增加,钢板笼混凝土简支梁承载力和变形能力越高,延性较好。横向钢板约束间距越小,钢板笼混凝土简支梁承载力和变形能力越高,但梁变形能力的提升优越于承载力的提升。与同等配钢量下钢筋混凝土简支梁对比,钢板笼混凝土简支梁有更高的承载力、更小跨中挠度,但钢筋混凝土简支梁最终变形能力比钢板笼混凝土简支梁好。采用应力-应变法和塑性影响系数法分析钢板笼混凝土简支梁开裂弯矩,给出钢板笼混凝土简支梁开裂弯矩计算公式。根据混凝土平截面假定,对截面应力进行分析,给出了钢板笼混凝土简支梁极限承载力公式。根据钢板混凝土简支梁变形挠度曲线,结合梁变形的几何物理关系,给出了钢板笼混凝土简支梁短期抗弯刚度、挠度的计算公式。采用ABAQUS有限元软件建立钢板笼混凝土简支梁数值模型,与试验结果对比验证,模型较为吻合。说明建立模型选择的材料属性、本构关系是合理的。根据数值模型计算结构分别提取了钢板笼和混凝土应力、应变云图,分析了钢板笼混凝土简支梁在不同参数下的应力、应变分布情况。
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