王牌 土木工程的发展 1687 - 8094 1687 - 8086 Hindawi 10.1155 / 2021/7240994 7240994 研究文章 实验研究和数值模拟力学性能的底板组装与额外的钢桁架组合板 杨 秀英 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 7628 - 9563 王 宇卓 2 刘 释永信 1 魏 宇 3 Smarzewski 彼得亚雷 1 学校的建筑和土木工程 聊城大学 聊城252000 中国 lcu.edu.cn 2 土木工程学院 山东建筑大学 济南250101 中国 sdjzu.edu.cn 3 SEPCO电力建设公司 济南250000 中国 2021年 29日 9 2021年 2021年 9 4 2021年 6 8 2021年 7 9 2021年 29日 9 2021年 2021年 版权©2021杨秀英et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

复合楼板与钢桁架由预制底板和现浇混凝土。在工程应用中,经常出现在底板裂缝在铸件上混凝土之前,甚至会导致复合材料板的失败。改善板的抗裂性能,提出了一种额外的钢桁架组合板;的基础上,原纵向钢桁架、横向钢桁架。静态试验和数值分析进行了新型的复合材料板的底板有额外的横向钢桁架。实验和分析结果表明,板的负载级别与额外的钢桁架可以正常使用极限状态下增加了33%;板的挠度明显减少,有效控制裂缝发展,这说明了新型复合材料板可以提高承载力,提高抗弯刚度,有效地提高抗裂性能。

 中国国家自然科学基金 51878397 1。前言

与钢桁架组合板已广泛应用于预制建筑,它是由预制底板和现浇上层混凝土( 1]。

预制底板在工厂生产,运输到施工现场安装,然后用作模板铸件上部混凝土组合板组成,如图 1。

复合楼板与钢桁架。

许多专家和学者进行了研究复合钢板与钢桁架的属性( 2- - - - - - 9),取得了一些结果。陆et al。 10]分析了一种新型的动态行为和可服务性的u型筒组合楼板。黄等。 11)进行了试验研究轻量级multiribbed组合板的弯曲行为。吴et al。 12]研究开放三明治钢组合板混凝土板的抗剪承载力的试验和分析。南et al。 13)和Hanus et al。 14]介绍了一种复合玻璃钢底板的混凝土板。Zhang et al。 15)对钢桁架组合进行加载测试板与关节侧和获得结论,板的刚度带垂直于拼接焊缝略低于平行的方向。李等人。 16)测试的弯曲行为四个不同类型的钢桁架组合板,和结果表明,偏转板设计的控制因素。

上述研究结果提供有价值的实验数据和研究材料探索钢桁架组合板的力学性能提供了理论依据和实验支持组合板的优化和推广。

现有的研究主要集中在复合材料板的整体力学性能,而力学性能研究相对较少的底板作为模板。

事实上,在工程应用中,常常发现,现场安装前底板裂缝,特别是宽板,导致复合材料板没有被使用。为了解决这个问题,一种与提出额外的钢桁架组合板;即原纵向钢桁架的基础上,添加了横向钢桁架的方向垂直于原始的桁架,如图 2。

新型复合材料板和额外的钢桁架。(一)示意图(毫米)。(b)工程照片。

调查的影响力学性能上的附加横向钢筋桁架和底板的开裂状态,静态加载试验和数值模拟分析进行了板与额外的钢桁架和传统的板单向钢桁架。

 2。机械性能测试 2.1。测试准备和过程

三底板块不同形式是由实验研究力学性能和断裂特征对比,序列号DHB1, DHB2, DHB3。DHB1第一板,底板的B90与单向钢桁架组合板,这是常用的在设计图集”钢筋与钢桁架混凝土组合板”(15 g366-1)。DHB1的基础上,第二盘DHB2添加三个额外的横向钢桁架形成一种新型的板与双向钢桁架。第三盘的厚度DHB3减少20毫米DHB2的基础上。3个盘子的尺寸都是4200毫米×2400毫米,厚度DHB1 DHB2 60毫米,和DHB3是40毫米的厚度。纵向和横向加固底板HRB400每200毫米直径8毫米,纵向桁架的上弦杆成员HRB400 10毫米直径,下弦杆成员HRB400 8毫米直径,和网络成员HPB235 6毫米直径。附加横向钢筋桁架的长度是2300毫米,HRB400上弦杆成员,与10毫米直径,和网络成员HPB235 6毫米直径,无下弦杆。这件混凝土用于钢板和混凝土保护层的厚度是15毫米。这三个板块的具体尺寸,DHB1 DHB2, DHB3,如表所示 1,测试板如图 3。

特定大小的盘子。

塔板数 桁架类型 平面尺寸(毫米) 厚度(毫米)
DHB1 单向钢桁架 4200×2400 60
DHB2 双向钢桁架 4200×2400 60
DHB3 双向钢桁架 4200×2400 40

测试板。(一)DHB1。(b) DHB2。(c) DHB3。

与实际工程相一致,每个盘子的底部是由6分。一个木垫块放置在每一个点。块大小为200毫米×100毫米×100毫米。块之间的距离和板的边缘是200毫米,块是1900毫米的间距,如图 4。位移计和应变计的位置也显示在图 4。

的位置(a)垫块位置(毫米)和(b)位移计和应变仪位置(mm)。

负载应用一步一步的增量0.12 kN / m2,负载保持时间为每个级别5分钟。跨中挠度是随着负载增加,记录和裂缝的发展在盘子的底部是观察和明显。ZBL-F800综合裂缝测试仪是用于观察裂缝,0 - 6毫米的范围和精度±0.01毫米,如图 5。

综合测试仪。(一)测试人员。(b)测试过程。

考虑全面的安全测试,这个测试不是一个破坏性试验;正常使用极限状态被作为比较的盘子。根据挠度限制的规范价值和最大裂缝宽度的板,满足下列条件之一,和板被认为达到了正常使用极限状态:(1)跨中挠度达到9毫米和(2)的最大裂缝宽度是0.2毫米。

 2.2。测试数据和分析

应用均匀分布载荷板,增加一步一步,每一步的负载是设定在0.12 kN / m2。

装船时,板DHB1 5级(0.6 kN / m2),微小的裂缝开始出现在板的底部,大约600毫米的长度和宽度为0.02毫米。当加载到12级(1.44 kN / m2),裂缝边缘的底部是与中跨裂纹形成连续的裂缝。当加载到15级(1.8 kN / m2),0.2毫米的裂缝出现在中跨;它被认为是达到正常使用极限状态,和DHB1板裂缝的图所示 6。

DHB1板裂缝。

板DHB2,当加载到12级(1.44 kN / m2),微小的裂缝开始出现在板的底部,大约500毫米的长度和宽度为0.02毫米。当加载到第15级(1.8 kN / m2),裂缝出现在两板的左右。当加载到17级(2.04 kN / m2)、裂缝出现在中跨长、约1100毫米的长度。当加载到20级(2.4 kN / m2),0.2毫米的裂缝出现在中跨;它被认为是达到正常使用极限状态,和DHB2板裂缝的图所示 7。

DHB2板裂缝。

装船时,板DHB3 5级(0.6 kN / m2),微小的裂缝开始出现在板的底部,大约300毫米的长度和宽度为0.01毫米。当加载到7级(0.84 kN / m2),长裂缝出现在中跨。当加载到12级(1.44 kN / m2),裂缝边缘的底部是与中跨裂纹形成连续的裂缝。当加载到14级(1.68 kN / m2),0.2毫米的裂缝出现在中跨;它被认为是达到正常使用极限状态,和DHB3板裂缝的图所示 8。

DHB3板裂缝。

它可以看到从上面的测试,对DHB1和DHB2 60毫米,厚度DHB2添加额外的钢桁架,外侧的负荷与DHB1相比增加了33%在正常使用极限状态。与DHB1相比,DHB3横向添加额外的钢桁架,其厚度从60毫米减少到40毫米。在底板厚度的情况下减少了20毫米,裂缝发展法律和负载正常使用极限状态都非常接近。上述表明,双向钢桁架可以有效地提高承载力和控制裂缝,以及减少板厚度。

底板的开裂的原因是它的厚度很小,在浇注上层混凝土之前,导致横向抗弯刚度不足,进一步导致的裂纹板底部。添加额外的钢桁架短方向形成双向桁架,它可以从测试表明,双向桁架可以增加刚度和有效控制裂缝的发展。

图 9显示了DHB1的载荷挠度曲线对比,DHB2, DHB3。

DHB1的载荷挠度曲线对比,DHB2, DHB3。

它可以看到从曲线在图 9跨中挠度的发展趋势相一致的三个盘子。

在加载的初始阶段,挠度随负载略;与负荷的进一步增加,挠度显著增加。如图 9、同一载荷下的挠度值DHB3双向钢桁架40毫米厚度非常类似于DHB1单向钢桁架60毫米厚度,而DHB2双向钢桁架60毫米厚度明显变小。DHB2的挠度值约为50%,其他两个板块在其正常使用极限状态。它进一步表明,额外的设置横向钢桁架的刚度可以显著提高。

 3所示。数值模拟

大型有限元软件ABAQUS ( 17, 18)是用于分析上面的测试过程中,和机械性能参数输入根据材料性能测试。钢筋的屈服强度,直径10 8和6 450 MPa, 420 MPa,分别和320 MPa。损伤参数和塑料菌株( 19)混凝土的压缩表 2。

在压缩stress-plastic应变性能的混凝土。

压力(MPa) 塑性应变 损伤参量
11.781 0.000 0.000
23.562 0.001 0.139
22.337 0.002 0.387
19.277 0.003 0.543
16.431 0.004 0.647
14.122 0.005 0.719
12.293 0.006 0.771
10.839 0.007 0.810
9.666 0.008 0.839
8.706 0.009 0.862
7.909 0.011 0.880
7.239 0.012 0.895
6.668 0.013 0.907
6.177 0.014 0.917
5.750 0.015 0.926
5.377 0.016 0.933
5.047 0.017 0.939
4.754 0.018 0.944
4.492 0.019 0.949
4.256 0.020 0.953
4.043 0.021 0.957
3.850 0.022 0.960
3.673 0.023 0.963
3.512 0.024 0.965
3.364 0.025 0.967

底板模型建立和网格。网格尺寸对计算精度有一定的影响,所以网格划分的密度板是尽可能保持较高的计算精度。整个建筑分为14000单位;双向板钢桁架的有限元模型如图 10(单向钢桁架的板只有纵向钢桁架)。

有限元模型的双向钢桁架的板。

6分的支持是根据测试条件,和加载后的有限元模型如图 11。

加载模型。

负载应用一步一步的载荷挠度曲线比较计算值与测试值和云表的三个板块DHB1 DHB2, DHB3数据所示 12- - - - - - 14,分别。

DHB1的偏转。(一)载荷挠度曲线。(b)云计算图表。

DHB2的偏转。(一)载荷挠度曲线。(b)云计算图表。

DHB3的偏转。(一)载荷挠度曲线。(b)云计算图表。

通过比较这三个板块与桁架的形式和厚度不同,它可以发现挠度的计算值与实验值有相同的发展趋势,和两个结果有很好的一致性。

在相同载荷下,挠度的计算值相对较小,因为测试钢筋滑移的现象,这是不被认为是在计算的过程中,计算值比实验值小。

 4所示。结论

根据实验研究和数值模拟三个板块不同桁架的形式和厚度,得到了以下结论:

横向额外的钢桁架有益于提高抗裂性和板的整体刚度。

正常使用极限状态的负载可以大大增加额外的板横向钢桁架。本文的研究对象,这个值是增加了33%。

与小板厚度与附加横向钢筋桁架可以实现类似的刚度和开裂性能作为单向的厚板钢桁架。对于本文研究的对象,可以减少20毫米厚度。

有限元分析是在良好的协议测试,这表明有限元模型和分析方法的正确性,并提供未来更多的参数仿真的基础。

附加横向钢筋桁架的间距有一定影响刚度和板的开裂性能。合理的间距将后续工作的进一步研究。

数据可用性

数据支持这项研究的结果可以从相应的作者的请求。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

作者感谢中国国家自然科学基金(没有的金融支持。51878397)。

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