轻骨料混凝土叠合楼板受弯性能试验研究

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现代建筑工程技术的进步离不开新材料和新结构的研究,本文从湖南益阳生产的一种优质页岩陶粒入手,首先对用其配制的轻骨料混凝土进行研究,在混凝土中同时掺入硅灰和粉煤灰研究其物理力学性能变化,得到了这种页岩陶粒混凝土最优配合比,为其在湖南省推广应用提供了依据;然后将该轻骨料混凝土应用到装配整体式建筑中,提出一种预制底板是轻骨料混凝土、现浇面层是普通混凝土的轻骨料混凝土叠合楼板,以轻骨料混凝土制作叠合楼板的预制底板,使楼板具有一定自保温性能的同时降低了楼板自重,叠合楼板的现浇面层仍采用普通混凝土,既方便现场施工又能保证叠合楼板刚度,并对轻骨料混凝土叠合楼板进行了受弯试验和ABAQUS有限元模拟研究。具体完成的主要工作和成果有:(1)归纳总结相关文献资料,概述了轻骨料混凝土和装配式叠合楼板的特点和研究现状,指出轻骨料混凝土和轻骨料混凝土叠合楼板的研究意义和发展应用前景。(2)基于松散体积法,配制同时加入硅灰和粉煤灰两种矿物掺合料的轻骨料混凝土,采用正交试验设计,通过改变净水灰比、粉煤灰掺量、砂率、硅灰掺量四个影响因素,浇筑不同配合比的轻骨料混凝土试块,测定其干表观密度、28 d抗压强度和比强度(抗压强度和干表观密度之比),通过方差和极差分析各影响因素对轻骨料混凝土性能的影响。结果表明:硅灰对轻骨料混凝土强度和比强度影响最为显著,且硅灰掺量在3%~6%之间较为合理。(3)设计单一变量试验,控制0.40和0.33两种净水胶比,只变化硅灰掺量4%、5%、6%,完成了6组轻骨料混凝土试块的材性试验。结果表明:轻骨料混凝土强度随硅灰掺量的增加先增大后减小,存在一个最佳硅灰掺量值,且最佳硅灰掺量与净水胶比有关,净水胶比越小最佳硅灰掺量值越大,轻骨料混凝土净水胶比为0.40、0.33时的最佳硅灰掺量分别为5%、6%。(4)设计制作了7块不同形式的叠合楼板,对不同配筋率、不同预制底板厚度、不同施工条件的简支轻骨料混凝土叠合楼板进行了受弯试验,分析其破坏特征、裂缝发展与分布规律、抗弯刚度和承载力等,同时与普通混凝土叠合楼板进行了对比。分析发现:轻骨料混凝土叠合板的破坏特征与普通混凝土叠合板相似,抗剪桁架钢筋和自然粗糙面可使叠合面紧密结合共同受力,裂缝较普通混凝土叠合板细而密,实测极限承载力比普通混凝土叠合板低5%左右。(5)利用有限元软件ABAQUS建立轻骨料混凝土叠合楼板模型,对试验试件开展模拟分析,得到受拉损伤云图、弯矩-挠度关系和承载力等模拟结果,并与试验结果比较。结果表明:将混凝土结构设计规范中的混凝土本构转换应用到ABAQUS中的CDP模型,及利用Sidoroff F提出的公式计算混凝土损伤因子,得到的轻骨料混凝土叠合板的模型参数是有效并可靠的,可用于模拟计算其损伤和承载力。
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