基本信息
- 项目名称：
- 无粘结预应力混凝土开洞板的实验研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 预应力混凝土结构楼板由于楼梯、电梯、管道井和卫生间等的需要，经常要进行开洞处理，而洞口的存在，板的受力复杂，洞边易产生应力集中并导致裂缝，影响结构的正常使用及安全。本项目通过8块无粘结预应力混凝土开洞板的实验，对不同开洞位置下其承载能力、挠度情况、裂缝发展进行分析，对比洞边设置加强钢筋与设置暗梁时板的受力性能进行分析对比，对实验过程中发现的问题进行总结，并为实际工程提供一些可供参考的实验数据和设计建议。
- 详细介绍：
- 无粘结预应力混凝土楼板洞口的存在往往会改变板原来的受力性能。我国目前对无粘结预应力混凝土开洞板的受力分析和配筋方式的研究还不够完善，还存在着诸如开洞板洞边设置暗梁或加强筋时的受力机理，洞口位置对预应力板的影响，开洞板的布筋方式等问题，国内的实验研究甚少，没有形成一套完整、成熟可靠的设计方法和施工工艺，还需要进行进一步的实验研究与理论探讨。 本文通过8块板的实验，研究了： 1、不同开洞位置对无粘结预应力混凝土开洞板受力性能的影响； 2、开洞位置相同时，洞口设置加强筋与设置暗梁时板受力性能的对比； 3、预应力开洞板的开裂荷载、破坏形态； 4、研究无粘结预应力板开洞后在荷载作用下裂缝发展模式和挠度情况。 通过对实验所得的实验数据进行总结与分析，得出以下结论： 1、开洞位置不同，板的挠度影响也不同，偏心开洞板挠度最小，中洞次之，角洞最大。板的强度被削弱程度为：偏心开洞板＜角部开洞板＜中心开洞板，板的极限承载力为：未开洞板＞偏心开洞板＞角部开洞板＞中心开洞板。 2、预应力板开洞后，洞口周边应力分布范围变化较大，因而在构造配筋时，洞口周边 范围内必须配置加强钢筋或者暗梁。根据实验，对于开洞位置相同而不同的补强条件下，当荷载较小时两者相差不大，但当荷载达到一定程度，暗梁的加固作用要明显于加强筋，提高了板的延性。 在工程结构设计中，提出几点建议： 1、对于不同位置开洞的比较而言，建议洞口尽量开在梁边，尽量避免开在板的中部。 2、当荷载达到一定程度，暗梁的加固作用要明显于加强筋，故建议在遇到大于1000mm的较大洞口时，在板内洞口周围设置暗梁为好。 3、洞口的存在消弱了板的强度和刚度，同时也降低了其承载能力，因此，建议开洞板的厚度设计可以取的比普通板稍微大一些，以提高其刚度及抗裂性能。
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撰写目的和基本思路
- 撰写目的：课题旨在研究无粘结预应力混凝土开洞板刚度、抗裂性和承载能力，研究其破坏机理并探索最佳补强方案。 基本思路： 1、不同开洞位置对无粘结预应力开洞板受力性能的影响；2、开洞位置相同时，洞口设置加强筋与设置暗梁时板受力性能的对比； 3、研究预应力开洞板的开裂荷载、破坏形态；4、研究无粘结预应力板开洞后在荷载作用下裂缝发展模式和挠度情况。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：通过无粘结预应力开洞板的实验，统计分析实验数据，为归纳一套科学合理、经济实用的设计计算方法提供实验数据。 先进性：本项目通过8块板的实验对实验数据进行分析整理，探讨其受力机理和破坏规律，得到了一系列研究结论，本实验在西部地区尚属首例，具有一定的先进性。 独特之处： 通过8块板的实验，研究了无粘结预应力开洞板的刚度、抗裂性和承载能力，研究其破坏机理，探索最佳补强措施。
应用价值和现实意义
- 在高层建筑结构中应用无粘结预应力技术是近年来建设部推广的10项新技术之一，无粘结预应力楼板在高层建筑中广泛应用于楼盖、屋盖等工程结构中，但开洞不可避免，且受力复杂，是这一技术发展的瓶颈，研究开洞对无粘结预应力楼板受力性能的影响，可以解决为设计和施工单位在采用无粘结预应力开洞楼板时的难题，为他们提供一些可供参考的设计依据，更好更快地推广应用无粘结预应力技术新技术，具有良好的经济效益和社会效益。
学术论文摘要
- 预应力混凝土结构楼板由于楼梯、电梯、管道井和卫生间等的需要，经常要进行开洞处理，而洞口的存在，板的受力变得复杂，洞边易产生应力集中并导致裂缝，削弱了板的刚度，影响结构的正常使用及安全。本文通过8块无粘结预应力混凝土（开洞）板的实验，对其承载能力、挠度情况、裂缝发展进行分析，对比洞口设置加强钢筋与设置暗梁时板的受力性能，对实验过程中发现的问题进行总结，并对实际工程提供一些可供参考的实验数据。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 孙宝俊. 现代PRC结构设计[M]. 南京：南京出版社，1995 [2] 沈蒲生 梁兴文 混凝土结构设计原理（第三版）高等教育出版社 [3] 沈蒲生 梁兴文 混凝土结构设计（第三版）高等教育出版社 [4] 徐力. 预应力混凝土开孔平板的实验研究. [硕士学位论文]. 镇江市：江苏大学，2003 [5] W.L.Gamble,M.A.Sozen,and C.P.Saiss.Tests of a Two-Way Reinforced Concrete Slab.J.Struct.Div,ASCE,Vol,95.No.ST,June 1969
同类课题研究水平概述
- 预应力混凝土技术经过几十年的实践与完善,目前己成为一项工程建设中的高新结构技术, 我国建筑预应力技术推广应用已有四十余年,先后经历了: ①研制与推广应用低强度预应力混凝土的阶段; ②推广应用低强度预应力混凝土,研制与开发先张、后张高强预应力混凝土; ③设计与施工规范基本配套,在预应力工艺上有了新的发展,结构由单个构件预应力发展到整体后张预应力。 我国1989年颁布的《混凝土结构技术规范》对预应力混凝土构件的设计计算做出了具体规定，也于1993年颁布了《无粘结预应力混凝土技术规程》，并且随着相关建筑技术的发展，分别又在2002年颁布了新版《混凝土结构技术规范》（GB50010-2002），2005年我国颁布了修订的《无粘结预应力混凝土结构技术规程》。这些都说明我国对预应力技术的应用已逐渐趋于成熟。 国外有很多科学家和工程师致力于研究板的特性和理论，讨论了板在各种边界条件和各种静力和动力荷载作用下的行为，提出了符合实际的计算理论和计算公式。早期的学者（包括拉格朗日、纳维和克希霍夫等）所作的努力为力学奠定了理论基础。从实用方面来讲，工程师习惯于采用系数表达的计算表格，1926年，Westergaard在其论文中提出了考虑非线性重分布因素的“计算系数表”该方法后来被1963年的ACI规范所采纳，与此同时，被确认的还有Marcus和VanBuren、diStassio等人所作的工作。1971年的ACI规范又在1963年规范的基础上，加入了边梁刚度的影响因素。 无粘结预应力楼板在高层建筑中已得到了广泛应用，但也还存在一些亟待解决的问题,如无粘结预应力开洞板，其受力复杂，易产生应力集中并导致裂缝，影响结构的使用及安全。就这些问题，目前国内不少学者关于这种特殊板型的研究也有一些进展，例如同济大学的无粘结预应力混凝土开洞板的研究，江苏大学的无粘结预应力混凝土开洞平板的研究、以及一些结合工程实例的研究等。 我国目前对无粘结预应力开洞板的受力分析和配筋方式的研究还不够完善，如在开洞板内设置暗梁或时对其受力性能的影响，洞口位置对预应力板的影响，开洞板的布筋方式等问题国内仍然没有形成一套完整、成熟可靠的设计方法和施工工艺，需要进行进一步的实验研究与理论探讨。
