活性粉末混凝土(RPC)-钢组合梁截面受弯全过程分析及优化设计

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活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种新型超高强水泥基复合材料。它具有超高的力学性能,优异的耐久性,较低的收缩和徐变性能。将活性粉末混凝土代替普通混凝土应用到组合梁结构之中,可以弥补由于普通混凝土材料本身的限制,存在一些如抗拉强度低、极易开裂、连接性能在长期荷载作用下容易劣化等缺陷,充分发挥组合梁结构自重轻、经济性能好、施工方便等优点,以及充分发挥了钢(受拉)和混凝土(受压)两种不同材料的特点。本文对活性粉末混凝土—钢组合梁截面进行了从开始加载到破坏的受弯全过程进行分析,分析中考虑了混凝土开裂、材料非线性等影响因素。编制了用来计算受弯全过程M-φ曲线的数值迭代程序,此程序也适用于钢—普通混凝土组合梁。对具体的算例,应用程序得出活性粉末混凝土—钢组合梁受弯全过程的M-φ曲线,并对所得曲线进行分析,将其与普通混凝土组合梁进行了比较,还分析了中性轴位置的变化。本文还对活性粉末混凝土—钢组合梁截面进行了优化分析。结合现有的钢结构设计规范、两类截面的约束条件以及其他几何和受力约束等等,推导了截面优化数学模型。就具体算例,调用Matlab优化工具箱中序列二次规划算法对截面进行了优化设计分析。同时,考虑要充分发挥两种材料的力学性能,对截面受力性能进行了优化分析,推导出了截面受力优化情况下混凝土板厚和组合梁梁高之间的相互关系,可以对活性粉末混凝土—钢组合梁截面设计提供参考。对具体的算例,对截面受力性能优化的效果进行了验证。
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