混凝土夹芯板正截面受弯承载力的计算分析

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发布时间：2021-09-18

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混凝土夹芯板正截面受弯承载力的计算分析
李砚波，张绍杰
(1．天津大学建筑工程学院． Hilt 300072； 2．天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室。天津300072)
【摘要】混凝土夹芯板的截面及配筋形式受到限制，且其上层混凝土层很薄，截面中性轴位置的微小变化
会引起截面承载力的较大变动，如果采用普通钢筋混凝土构件的计算公式对其进行正截面受弯承载力的计算，结
果会偏于不安全。利用MATLAB编程软件依据钢筋混凝土结构分析理论编写了计算机程序，对混凝土夹芯板受
弯构件进行了正截面受力全过程的计算分析。提出求解混凝土夹芯板受弯构件截面受压区高度的方法以及正截
面受弯承载力的计算公式。
【关键词】混凝土夹芯板；正截面受弯承载力；全过程分析；中性轴位置；MATLAB程序
【中图分类号】TU312 【文献标识码】B 【文章编号】1001—6864(2013)01—0054—03
混凝土夹芯板，是一种集承重和保温隔热为一体
的新型建筑结构板件；是混凝土夹芯板式结构体系的
主要承重构件。由于混凝土夹芯板本身构造的要求，
其底部受拉钢丝的配置受到限制，配筋形式比较固
定。混凝土夹芯板主要由上下两层很薄的混凝土层
来承担外荷载的作用，在受力过程中截面承载力对其
截面中性轴位置会较为敏感；另外，与普通矩形混凝
土适筋构件不同，混凝土夹芯板构件受力破坏时上层
混凝土的压应力不能达到其抗压强度，受压区混凝土
的压应力分布图接近于三角形分布。鉴于此本文利
用自编计算机程序对混凝土夹芯板受弯构件进行了
正截面受弯全过程分析来精确确定混凝土夹芯板受
弯构件截面中性轴的位置并提出了混凝土夹芯板受
弯构件正截面受弯承载力的计算公式。
1 程序分析模型及材料属性
混凝土夹芯板是由上下两层钢筋混凝土层和中
间聚苯乙烯夹芯保温层组成；上下两层钢筋混凝土层
中所配钢筋是由冷拔低碳钢丝通过纵横两个方向点
焊所形成的钢丝网片所组成；斜插丝穿过聚苯乙烯保
温层连接上下钢丝网片使其成为一个整体。
~2@5o
04．so
图1 截面尺寸及配筋
为了较好地进行对比分析，本文采用与试验模型
相同的分析模型。本文主要分析模型一的上层钢丝
网片纵向钢丝为中2．02@50，下层钢丝网片纵向钢丝
为 @50；图1为分析模型一的横截面尺寸及其配筋
图。为了进行对比分析，附加三种截面尺寸相同配筋
不同的分析模型⋯ ，其上下层纵向钢丝分别为： 3@
50和 3@25(模型二)、 3@50和 3@50并用中3
间隔加密(模型三)、∞ @50和 @50(模型四)。
各种材料属性参照实际混凝土夹芯板构件材料
试验实测出来的值取用，属性取值见参考文献[2]。
2 受力全过程分析
(1) 程序分析基本假定：①平截面假定；② 混凝
土受压本构关系曲线采用经典混凝土受压的应力与
应变关系；③混凝土单轴受拉本构关系曲线采用简化
的混凝土受拉的应力与应变关系，见参考文献[4]；④
钢丝的应力应变曲线。分析模型构件上下层钢丝网
片的纵向受拉钢丝的本构关系按文献第6．2．1条
4、5款取用；⑤ 忽略混凝土夹芯板中聚乙烯夹芯层的
受力作用；⑥ 忽略斜插丝的受弯作用；⑦ 忽略混凝土
夹芯板的滑移变形。
(2) 全过程分析。截面全过程分析是指对截面
从受力开始直至截面达到其极限状态整个过程中进
行的内力及变形情况的分析。利用MATLAB编写计
算程序对构件进行计算分析。本程序采用直接施加
变形法n 对模型构件加载，具体分析步骤如下图2。
利用此程序可以顺利的完成构件的截面全过程分析，
能够得到在不同应变下所对应的中性轴的位置和相
应的截面弯矩等重要结论。
3 程序计算结果的分析
为了对比分析混凝土抗拉强度和上层纵向钢丝
对受力构件截面中性轴位置和极限承载力的影响，利
用上述程序对四种混凝土夹芯板分析模型分别进行
了下述四种工况的分析计算；工况一(GK1)，考虑混
凝土的抗拉强度及上层钢丝的作用；工况二(GK2)，
忽略中性轴以下混凝土的抗拉作用，其它与工况一相
同；工况三(GK3)，忽略上层钢丝的受力作用，其他与