论文部分内容阅读
结合当前国内外装配式构件轻量化的发展趋势,将超高性能混凝土材料应用到楼梯结构中,提出了一种新型异形薄板楼梯。相比传统楼梯,该异形薄板楼梯具有轻质、高强性能。结合传统梁式楼梯形式,制成一种超高性能混凝土薄板L型踏步板楼梯。通过对薄板L型踏步板楼梯进行弯曲试验和有限元分析,研究了配筋和钢纤维对薄板L型踏步板楼梯抗弯性能和力学特性的影响,分析了各参数对楼梯破坏模式的影响,提出了其承载力计算方法。试验结果表明:薄板L型踏步板楼梯必须布置钢筋,掺入的钢纤维长径比宜大于100;在正常使用阶段,楼梯钢筋均未屈服,且试验得到的承载力大于按荷载标准组合的荷载值;极限荷载作用下,楼梯挠度均满足楼梯正常使用极限状态的跨中挠度限值要求。在正常使用阶段,基于所提出承载能力的计算值与试验值的比值平均值为0.94,均方差为0.031,表明所提出的承载力计算方法可以准确的对承载力进行估算。此外,基于ABAQUS的非线性分析结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的合理性。在该有限元模型的基础上进行2400mm宽踏步板三点弯有限元模拟,分析结果表明2400mm宽踏步板楼梯满足正常使用极限状态承载力和挠度限值要求。结合传统板式楼梯形式,制成一种超高性能混凝土异形薄板楼梯。对该楼梯进行挠度理论推导,将异形薄板楼梯等效成刚性杆件,而楼梯两端铰接连接,通过联立平衡方程,推导出楼梯内力及挠度计算公式。在使用极限荷载作用下,理论计算的楼梯跨中最大挠度为6.86mm,小于正常使用极限状态下挠度限值8.64mm,满足挠度限值要求。对该楼梯进行试验研究,结果表明:在正常使用极限状态下,异形薄板楼梯满足承载力要求和挠度限值要求;在楼梯受力过程中,钢筋分担的荷载较小,可忽略钢筋对楼梯承载力的作用,但必须布置钢筋骨架。对比400mm宽异形薄板楼梯理论、试验和有限元分析结果,验证了楼梯有限元模型的合理性。运用该模型对原型楼梯结构进行非线性分析,获得原型楼梯的承载力性能和变形性能。有限元分析结果表明,在正常使用极限状态下,异形薄板原型楼梯满足承载力要求和挠度限值要求。综合理论、试验和有限元分析结果,可以看出,在正常使用极限状态下新型异形薄板楼梯满足承载力要求、挠度限值要求和楼梯结构变形要求。该研究为超高性能混凝土异形薄板楼梯的应用提供了试验和理论支撑。