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Tilt-up建筑体系墙板设计方法与平面外受力性能试验研究

日期:2020年08月06日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:115
论文价格:150元 论文编号:lw202007242345155109 论文字数:35636 所属栏目:土木工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇土木工程论文,。文章的最后,较为详细的介绍了 Tlt -up 墙板基于 ABAQUS 的有限元模拟操作过程,并展示了混凝土与钢筋网的主塑性应变云图和荷载-位移曲线等模拟结果,主要结论总结如下。(1)T 本试验中使用了自主设计的 Tlt -up 墙板平面外加载装置。该装置搭配试件中预埋的半圆钢管使用时,可以在墙板竖直放置的情况下,保证墙顶与墙底处无固端弯矩的铰接边界条件。装置中使用的气囊是由橡胶与纤维加强层硫化制成,原本主要用于箱式梁浇筑的充气芯模,因此具有结实耐磨的特点,在本试验中可以稳定的为墙板提供平面外均布荷载。试验使用的测量反力和测量气囊气压两种方法的得到的荷载-位移曲线十分相近,说明两种方法均可用于采集墙板承受的平面外均布荷载值。(2)T 试验中,墙板半高处的平面外位移随时间线性增长,而墙板承受的平面外荷载在墙板开裂前增长迅速,开裂后迅速趋于平缓。整个加载过程中,墙板试件未发生平面外失稳现象。试验中墙板出现的裂缝以水平贯通裂缝为主,伴随少量 Y 字形和 H 字形裂缝。首个裂缝出现在墙板半高处,随着变形的增大,以第一条裂缝为轴,水平裂缝在两侧对称出现。


第 1 章  绪论


1.1 Tilt-up 建筑的概念简介

Tlt -up 建筑法是一种“在施工现场地面支模平躺浇筑混凝土墙板,然后通过起重机吊装就位并与其他构件连接、组合形成建筑主体结构”的建筑方法。该建筑方法能以极高的效率建造用于工业厂房和物流仓库建筑外墙的大尺寸混凝土墙板,文献显示T [1],美国某 Tlt -up 建筑公司的施工团队曾吊装过高度 24.5 米、表面积 195 平方米、重 150 吨的单块墙板,且一天内该施工团队就可以完成 40 块 Tlt -up 墙板的吊装作业,整个建筑的外墙建造从支模板到吊装完成所需的时间通常不会超过 21 天。

具有简单、高效、快捷等优点的 Tlt -up 建筑法在北美地区迅速发展。2007 年 TCA协会(Tlt -upTCons ruc lonTAssocla lon)公开的统计结果显示,全球已建成超过 12000 栋Tlt -up 建筑,总建筑面积约 7339 万平米,北美地区 95%的非居住低层建筑采用 Tlt -up建筑法建造。

图 1.1T 北美地区使用 Tlt -up 建筑法建造的物流仓库

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1.2 Tilt-up 墙板施工工艺简介

本章节基于 ACI-551.1 规范[2],简要介绍 Tlt -up 墙板现场平躺浇筑和吊装的施工流程。

1.2.1  墙板布置方案制订

所有 Tlt -up 墙板都是在现场地面浇筑并养护的,因此需要在动工前合理规划每一块墙板浇筑的位置和吊装的顺序。图 1.2(a)展示了一个典型的墙板布置方案,图中小矩形内部的数字和小矩形的位置分别表示了墙板吊装的顺序和浇筑的位置,而大矩形四周顺时针排序的数字表示了各墙板起吊安装的最终位置。可以看出在制订布置方案时,为了尽量减少墙板吊运距离、提高吊装效率,墙板的浇筑位置应该尽量靠近它的安装位置。墙板安装顺序取决于场地空间大小,图 1.2a 中墙板摆放过于紧密使得起重机难以进出场地中心,因此起重机只能围绕场地四周进行吊装作业,此时按顺时针的顺序进行吊装就是最高效的方案。
图 1.2T 墙板布置方案

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第 2 章  Tilt-up 墙板平面外受力性能试验


2.1  引言

Tlt -up 墙板承受的风荷载和地震作用下的惯性力可简化为直接作用在墙板表面的均布面荷载,国内外常使用多点集中力加载和气囊加载两种方法来施加均布面荷载T [41]。其中多点集中力加载法在试件发生较大挠曲变形时很难保证稳定性,因此选择更具可靠性的气囊加载法。该方法在国内外的填充墙平面外受力试验中广泛被采用,其中既包含足尺试验也包含缩尺试验。尽管该方法采用的橡胶气囊具有一定柔性,但是当墙板挠曲变形过大时,依旧会发生跨中部分气囊与墙板分离的情况,导致接触面积的损失。为了尽可能模拟 Tlt -up 墙板在实际工程中的受力情况,本试验设计了 4 片普通混凝土墙板,所有墙板高度均为 7350mm,宽度均为 1200mm,并选择直立放置墙板进行试验,用气囊加载平面外均布荷载、杠杆机构加载偏心轴向荷载。由于墙板较高,试验装置安装难度很大,且加载过程颇具危险性,因此需要添加充足的额外保护措施,防止加载过程中出现墙板失稳倒塌的情况。

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2.2  材料性能

本试验中的墙板试件使用 C30 商品混凝土浇筑,钢筋皆选用 HRB400 级带肋钢筋,以下给出具体配合比及各项材性试验结果。

2.2.1  混凝土材料性质

试验中使用的混凝土是来自北京诚智乾懋混凝土有限公司生产的 C30 商品混凝土,用料清单见表 2-1,水胶比 0.48,砂率 46%,塌落度 170mm,和易性良好。根据《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)T [42]分别采用 TonlT echnlk 和万能试验机测量应力应变全曲线试验与混凝土劈裂实验T [43],试验结果见表 2-1 及图 2.1。

表 2-1T 普通混凝土用料单与力学性能

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第 3 章T 试验结果与分析 .......................... 25

3.1T 试验现象 ........................ 25

3.2T 裂缝分布 .................................. 28

第 4 章T Tlt -up 墙板设计及计算方法研究 ......................... 38

4.1TACI-318 建议的设计方法 ................................. 38

4.2T 一阶弯矩Mua ................................... 38

第 5 章T 基于 ABAQUS 的 Tlt -up 墙板平面外非线性有限元分析 ............................ 46

5.1T 引言 ................................... 46

5.2TABAQUS 软件简介 ........................... 46


第 5 章  基于 ABAQUS 的 Tilt-up 墙板平面外非线性有限元分析


5.1  引言

前面的章节中,本文通过足尺墙板试验讨论了配筋形式、墙板厚度、竖向偏心荷载值对荷载-位移曲线的影响,并通过理论计算进行了对比分析。但是迭代公式和弯矩放大公式都不能准确的计算墙板进入塑性变形阶段后,二阶效应造成的影响。因此需要利用非线性有限元软件模拟 Tlt -up 墙板在平面外荷载和偏心竖向荷载作用下,从开裂到屈服、从弹性变形到塑性变形的全过程。并将模拟结果与试验结果和公式计算结果进行对比分析,为今后继续进行的 Tlt -up 墙板平面外受力分析研究与应用提供理论依据。

本章节在已有试验结果的基础上采用 ABAQUS/S andard 分析模块,介绍了 Tlt -up墙板在建模过程中采用的材料本构关系、构件间的接触关系,结构的边界条件与荷载施加方法等。

ABAQUS 是在国内科研领域广泛采用的大型通用有限元分析软件,模拟功能涵盖多个学科领域,具有世界领先的非线性求解能力。相比 ANASYS、SAP2000、Perform3D、ADINA 等其他市面上的商用有限元软件,ABAQUS 提供了更丰富的单元类型和材料模型,同时提供了各种编程软件的开发接口,方便用户进行二次开发以解决更加复杂的工程模拟问题T [49]。

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结论

以上通过对四个普通混凝土 Tlt -up 墙板试件 NP-1、NP-2、NP-3、NP-4 在竖向偏心恒荷载和不断增长的平面外均布荷载作用下的试验研究,分析了普通混凝土 Tlt -up 墙板的平面外变形过程、平面外荷载-位移曲线、墙板受拉侧裂缝分布、钢筋应变-位移曲线、平面外变形轮廓曲线、二阶弯矩占比,讨论了高厚比、钢筋布置形式、竖向偏心荷载等因素对 Tlt -up 墙板弹性阶段刚度、开裂荷载与开裂位移、塑性阶段平面外荷载的增长幅度的影响。此外还简要介绍了适用于 ACI-318 规范的 Tlt -up 墙板设计及计算方法,并将计算结果与平面外试验结果做出比较。文章的最后,较为详细的介绍了 Tlt -up 墙板基于 ABAQUS 的有限元模拟操作过程,并展示了混凝土与钢筋网的主塑性应变云图和荷载-位移曲线等模拟结果,主要结论总结如下。

(1)T 本试验中使用了自主设计的 Tlt -up 墙板平面外加载装置。该装置搭配试件中预埋的半圆钢管使用时,可以在墙板竖直放置的情况下,保证墙顶与墙底处无固端弯矩的铰接边界条件。装置中使用的气囊是由橡胶与纤维加强层硫化制成,原本主要用于箱式梁浇筑的充气芯模,因此具有结实耐磨的特点,在本试验中可以稳定的为墙板提供平面外均布荷载。试验使用的测量反力和测量气囊气压两种方法的得到的荷载-位移曲线十分相近,说明两种方法均可用于采集墙板承受的平面外均布荷载值。

(2)T 试验中,墙板半高处的平面外位移随时间线性增长,而墙板承受的平面外荷载在墙板开裂前增长迅速,开裂后迅速趋于平缓。整个加载过程中,墙板试件未发生平面外失稳现象。试验中墙板出现的裂缝以水平贯通裂缝为主,伴随少量 Y 字形和 H 字形裂缝。首个裂缝出现在墙板半高处,随着变形的增大,以第一条裂缝为轴,水平裂缝在两侧对称出现。

(3)T 四个墙板试件的荷载

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