预应力混凝土开孔平板的实验研究
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摘要
智能建筑的大量出现使结构功能发生突破性的变化，与之相应的各种辅助建筑设施(如供水(气，电)系统，空调系统，消防，识别，预警系统，办公自动化系统，工业自动化生产线系统等)将会变得越来越庞大而复杂，各种管线四通八达，目前它们都是从建筑结构的梁下、板中穿过，被它们挤占的空间越来越可观。梁中、板中开孔的情况越来越多，这些孔口的存在往往会改变钢筋混凝土板原来的受力性能，因此孔口周边的正确处理就成为工程实践中必不可少的环节。本文在前人工作的基础上，围绕预应力混凝土开孔平板的实验研究和理论分析，开展了如下工作：
首先，对预应力混凝土开孔平板进行了实验研究。笔者进行了三块板的实验，然后结合前人做的实验数据进行比较分析。然后，笔者采用屈服线理论对预应力混凝土开孔平板的极限承载力进行计算，得出不同开孔参数对应的极限承载力。接着，笔者采用有限元程序对不同开孔大小、不同开孔位置、不同的边界条件进行了弹性和塑性分析，并结合实验数据和前人数据，分析出各种不同条件下开孔板在孔口应力、挠度、极限承载力、裂缝形式等的变化规律。最后，笔者利用分析出来的结果，对预应力混凝土开孔平板的工程设计提出设计建议，其研究成果对开孔结构的工程实践具有重要的参考价值。
With the appearance of intelligentized architecture, concrete slabs with openings are used in architectural structure, through which all kinds of accessory facilities are installed such as ventilation ducts, pipeline of heat, water and electric supply, automatic producing line system and intelligent pipeline system etc. They make it possible to lower the height of architectural structure and to lighten weight of it, so as to achieve good economic and social benefits. The exist of openings will change slabs' mechanical behavior. So the right disposal around of openings is indispensable step of engineering practice. Based on the predecessors' work, this paper organized the following work centered around experimental research on and theoretical analysis of prestressed concrete slabs with openings:
Firstly, the writer performed experiment with three slabs with openings, and made comparison with predecessors' work. Secondly, the writer carried out the calculation on prestressed concrete slabs with openings by yield line theory and got the changes of limit load of openings of different size, different place. Then the writer finished elastic and nonlinear analysis to slabs with different openings and different boundary by finite calculation. And the writer made comparison to all dates and got the change rule of the stress , displacement , limit load and crack of slabs with openings where changing the each parameter. Finally, the writer brought forward reasonable advice to engineering design of prestressed slabs with opening and all these advice is very important to the engineering practice of structures with openings.
首先，对预应力混凝土开孔平板进行了实验研究。笔者进行了三块板的实验，然后结合前人做的实验数据进行比较分析。然后，笔者采用屈服线理论对预应力混凝土开孔平板的极限承载力进行计算，得出不同开孔参数对应的极限承载力。接着，笔者采用有限元程序对不同开孔大小、不同开孔位置、不同的边界条件进行了弹性和塑性分析，并结合实验数据和前人数据，分析出各种不同条件下开孔板在孔口应力、挠度、极限承载力、裂缝形式等的变化规律。最后，笔者利用分析出来的结果，对预应力混凝土开孔平板的工程设计提出设计建议，其研究成果对开孔结构的工程实践具有重要的参考价值。
With the appearance of intelligentized architecture, concrete slabs with openings are used in architectural structure, through which all kinds of accessory facilities are installed such as ventilation ducts, pipeline of heat, water and electric supply, automatic producing line system and intelligent pipeline system etc. They make it possible to lower the height of architectural structure and to lighten weight of it, so as to achieve good economic and social benefits. The exist of openings will change slabs' mechanical behavior. So the right disposal around of openings is indispensable step of engineering practice. Based on the predecessors' work, this paper organized the following work centered around experimental research on and theoretical analysis of prestressed concrete slabs with openings:
Firstly, the writer performed experiment with three slabs with openings, and made comparison with predecessors' work. Secondly, the writer carried out the calculation on prestressed concrete slabs with openings by yield line theory and got the changes of limit load of openings of different size, different place. Then the writer finished elastic and nonlinear analysis to slabs with different openings and different boundary by finite calculation. And the writer made comparison to all dates and got the change rule of the stress , displacement , limit load and crack of slabs with openings where changing the each parameter. Finally, the writer brought forward reasonable advice to engineering design of prestressed slabs with opening and all these advice is very important to the engineering practice of structures with openings.
引文
[1]H. L. Furr, Approximate Elastic Analysis of Slabs with Openings, Ph. D. thesis, University of Texas at Austin, 1958, 143p
[2]W.G. Bickley, The Effects of a Hole in a Bent Plate, Philos. Mag. Ser. 6, Vol. 48, 1924, pp. 1014-1024
[3]J.N. Goodier, The Influence of Circular and Elliptical Holes on the Transverse Flexure of Elastic Plates, Philos. Mag. Ser. 7, Vol. 22, 1936, pp. 69-80
[4]W.S. Fluhr, Theoretical Analysis of the Effects of Openings on the Bending Moments in Square Plates with fixed Edges, Ph. D. thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, 1960, 148pp
[5]W.S. Fluhr, Theoretical Analysis of the Effects of Openings on the Bending Moments in Square Plates with fixed Edges, Ph. D. thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, 1960, 148pp
[6]W.S. Prescott, Analysis of Square Clamped Plates Containing Openings with Stiffened Edges, Ph.D. thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, 1961,202pp
[7]A.H.S. Ang and W. S. Prescott, Equations for Plate-Beam Systems in Transverse Bending, J. Eng. Mech. Div., ASCE, Vol. 87, No. EM6, December 1961, pp.1-15
[8]R. Park and W. L. Reinforced Concrete Slabs, New York,John Wiley&Suns.Inc,1980
[9]范进、冯庆兴，开洞对板的内力及变形的影响，工业建筑，1999(5)：32-37
[10]赵冬梅，无粘结预应力混凝土开洞平板的受力性能戴研究，施工技术，1999(12)：23-25
[11]胡伟、王履爽、张锡增、洪湘、吕志正、郑重，无粘结预应力混凝土楼盖开洞改造设计和施工，建筑结构，2001(2)：54-55
[12]张玉明、常万朋、张然、赵谦，无粘结预应力混凝土平板开洞技术，施工技术，1999(12)：20-22
[13]刘建新、王红伟，开洞钢筋混凝土板极限承载力的塑性简化分析，工业建筑，2002(5)：32-34
[14]王德禹、李佩勋、曾滨，方形预应力板开方形洞口加固估算公式的推导，2002(2)：58-59
[15]威儿贝，后张法预应力混凝土，北京：中国铁道出版社，1985
[16][英]索科，预应力混凝土的发展，北京：中国铁道出版社，1985
[17][联邦德国]F.莱昂哈特，预应力混凝土，北京：水利电力出版社，1986
[18]郑文忠、王英，后张预应力混凝土平板．柱结构设计与工程实例，黑龙江：黑龙江科学技术出版社，1999
[19]房贞政，无粘结与部分预应力结构，北京：人民交通出版社，1999
[20]戴雅萍，预应力混凝土平板的配筋形式极其结构性能的试验研究，南京工学院硕士论文，1988
[21][美]G.M.萨布尼斯、H.G.哈里斯、R.N.怀特、[加]M.萨德.米尔扎，结构模型和实验技术，北京：中国铁道出版社，1989
[22]沈聚敏、王传志、江见鲸，钢筋混凝土有限元与板壳极限分析，北京：清华大学出版社，1993
[23]A.J.Ockleston, "Arching Action in Reinforced Concrete Slab,"Struct.Eng.,Vol.36,No.6,June 1958
[24]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
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[27]龙驭球，“有限元法概论”，北京：人民教育出版社，1978
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[29]实用工程数值模拟技术及其在Ansys上的实践，王国强，西北工业大学出版社，2000
[30]夸克工作室，有限元分析基础篇ANSYS与Mathematica，北京：清华大学出版社，2002
[31]江见鲸，钢筋混凝土结构非线性有限元分析，陕西：陕西科学技术出版社，1984
[32]周岑、孙利民，钢筋混凝土结构弹塑性分析在ANSYS中的实现，Ansys年会论文集，2002
[33]Antonio F. Barbosa and Gabriel O, Ribeiro, "Analysis of Reinforced Concrete Structures Using ANSYS Nonlinear Concrete Model", Computational Mechanics
[34]石清林、邹银生、何放龙，钢筋混凝土板柱节点受冲切承载力的计算，湖南大学学报，1998(10)：172-176
[35]吕西林、马云昌、杨震，混凝土板柱边节点在剪力和弯距作用下的分析，同济大学学报，1998(8)：357-361
[36]江见鲸，混凝土结构工程学，北京：中国建筑工业出版社，1998
[37]郑建岚，现代混凝土结构技术，北京：人民交通出版社，1999
[38]吕志涛、孟少平，现代预应力设计，北京：中国建筑工业出版社，1998
[39]朱伯龙，混凝土结构设计原理(上册)，上海：同济大学出版社，1992
[40]黄与宏，板结构，北京：人民交通出版社，1992
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[42]熊祝华，结构塑性分析，北京：人民交通出版社，1987
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[51]宋小软．无粘结预应力砼板集中配筋研究．郑州工业大学硕士学位论文．1998．1
[52]钟宇林，无柱帽板柱结构房屋的设计，铁道工程学报，1999(9)：126-131
[53]ACI, Building Code/commentary. 318/318R—213,1989
[54]陶学康．无粘结预应力混凝土设计与施工．北京：地震出版社，1993
[55]刘修禾，钢筋混凝土板极限荷载分析，铁道学报，1997(6)：86-93
[56]黄坤耀、楼文娟、孙炳楠、郭万萍，预应力梁板体系的空间分析及有效翼缘宽度，建筑结构，2001(2)：40-43
[57]杨建水，钢筋砼双向叠合板抗剪强度的极限分析，郑州工业大学学报，1997(9)：44-49
[58]周岑、孙利民，钢筋混凝土结构弹塑性分析在ANSYS中的实现，ANSYS年会，2002
[59]陆新征、江见鲸，利用ANSYS Solid 65单元分析复杂应力条件下的混凝土结构，ANSYS年会，2002
[60]王珊，土木工程结构新技术实用全书(第2卷)，北京：海潮出版社，2001
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