1.1 课题提出背景
随着改革开放与各项经济政策的不断完善，我国走出了一条具有中国自身特色的经济发展道路，在势如破竹的城市化进程快速发展方面得以完整体现。由国家统计局历年公报的数据显示，1995 年我国城镇人口比重仅为29.1%，2015 年底却已达到 56.1%，20 年内城镇人口比重提高了 27%，近乎翻了一倍。这就对在虽然不断增长，但与城镇人口增长速度相比较慢的城市住宅，提出了不可忽视的改革创新任务。 为了解决城镇化进程所带来的城市住宅问题，同时满足人民对居住品质日益增长的精神需求，住宅建设的改革已刻不容缓。而住宅建设改革的关键是改善居住建筑中最常用的结构构件——墙板（在土木工程中墙板既作承重构件，又作房间的隔断），但传统墙板均为混凝土板具有自重大、费模板、工期长、整体性及抗震性较差、造价费用较高等缺点。因此一些具有多道防线，生态环保、耗能减震、快速建造、轻质高强、刚度可调的抗震轻质板被提出并大力发展，在此背景下课题组提出了用抗震型泡沫混凝土复合板代替传统的混凝土板而形成的新型框架—复合板结构体系。
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1.2 抗震轻质板的研究发展概况
抗震型泡沫混凝土复合板作为一种新型的轻质且抗震的复合墙板结构，属于抗震轻质板的一种。而抗震轻质板所具有的综合优势是其它普通墙体无法企及的，代表着我国新型墙体结构形式发展的新高度，但抗震轻质板的具体发展情形却不容乐观，我们仍然面临着抗震轻质板理论体系的不完整，建筑施工技术操作性的不熟练等一系列难题。这就对研究人员提出了攻克抗震轻质板这一艰巨的历史任务。 贾英杰在《密肋复合板结构体系研究及应用》一文中对密肋复合板的地方规范的编制工作进行了详细的阐述，为全国范围内大力推广密肋复合板结构提供了技术保障，从而进一步为我国建筑产业结构化发展做出了贡献[1]。 黄树华，付冬平在前三代钢丝网架组成的轻质墙体板的基础上开发研制的第四代钢丝网架轻质复合墙板，经验证，第四代的具有合理的工艺结构、科学的化学成分配方、优良的物理力学性能、同时由于其具有墙体材料在当今世界的发展要求应具备的低廉的生产成本和先进的生产工艺的属性，因此使其具有很好的社会和经济双重效益[2]。 方明霁，李国强对轻质砂加气混凝土外墙板和砌块填充墙的足尺模型进行了振动台试验，对各个模型在各个加载工况下的破坏过程进行了详细描述。通过分析试验数据，重点研究了两种墙体对钢框架结构动力特性的影响程度。同时，通过对比墙板和砌块墙体的薄弱处的位置及抗震性能的优良、对墙板的连接节点以及砌块墙的连接节点的振动反应和力学分析。提出了针对设计带墙板和砌块墙体的钢框架结构的一些有利结论[3] -[4]。
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第2章 新型框架—复合板结构的有限元模型
本章主要研究新型框架—复合板结构体系的构造，首先对实体模型进行简化，再通过有限元软件 ABAQUS 建立简化后的实体模型。
2.1 新型框架—复合板结构体系
新型框架—复合板结构体系是由抗震型泡沫混凝土复合板内嵌于框架结构而形成的一种新型结构体系,如图 2-1 所示。将三部分力学性能相差较大的构件，预制成一体，形成了一种强度大、抗震性能好的受力构件，这是抗震型泡沫混凝土复合板的主要的力学特点。 抗震型泡沫混凝土复合板同框架结构中的填充墙一样在框架结构中承担着围护保温、分割空间的作用，同时它又具备填充墙所不具备的承载水平、竖向力的受力性能和一定的抗震性能 [16] -[17]。 通过理论分析可知，新型框架—复合板结构体系具有较强的抵抗变形能力，自身的整体刚度很大，在竖向与水平荷载共同作用时，新型框架—复合板结构体系的内部结构会在互相抵抗、互相制约中共同工作，对结构体系的变形起到协调的作用。新型框架—复合板结构体系的重要组成构件是抗震型泡沫混凝土复合板，该板则是由填充泡沫混凝土的斜向钢筋笼内置于配有较小直径钢筋适当宽度的的混凝土外边框组合而成。 抗震型泡沫混凝土复合板在外部荷载的作用下，内部各构件相互协调共同工作，从一个角度来讲，复合板边框对有斜向钢筋笼的泡沫混凝土产生约束作用，防止内嵌斜向钢筋笼的泡沫混凝土产生裂缝和变形，从另一个角度来讲，填充泡沫混凝土的斜向钢筋笼又对复合板边框进行反向约束，使其共同抵抗外部荷载。
2.2 新型框架—复合板结构的有限元理论模型
在有限元分析中，为了能够得到较为精确的收敛解，一方面取决于所用模型的误差，另一方面取决于模拟计算的误差。一个好的有限元模型，不仅需要较高的网格质量，还需要拥有合适的单元类型。ABAQUS为用户提供了丰富的单元库，单元种类多达433种，共分为8大类：连续体单元即实体单元、壳体单元、薄膜单元、梁单元、桁架单元、刚体单元、连接单元和无限单元。 单元类型的选择除应根据每种单元特定的使用范围，各种单元类型的节点数目、单元形状、插值函数阶次以及单元构造的方式，还应考虑分析的类型和具体问题的合理性。 本文中模型的普通混凝土和泡沫混凝土单元均选用：采用缩减积分的8节点三维实体单元。实体单元的名字以字母“C”开头；随后的两个字符表示单元的维数，如“2D“表示二维实体，“3D”表示三维实体；下一个字符代表在单元中的节点数目；最后一个字符表示单元积分形式。即表示为C3D8R，图2-1为单元节点编号。该单元类型对位移的求解计算结果较精确，运算速度较快，具有明显的塑性变形能力，弯曲载荷不容易发生，在带裂缝状态下的混凝土工作性能能够被完整描述。
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第 3 章 复合板受力性能的有限元模拟分析 .... 20
3.1 复合板在水平荷载作用下的受力分析 ........... 20
3.2 复合板在水平及竖向荷载共同作用下的受力分析........ 24
3.3 复合板在各荷载状态下的的变形分析 ........... 28
3.4 本章小结 .......... 31
第 4 章 抗震型泡沫混凝土复合墙体受力性能有限元分析 .... 32
4.1 边界条件与荷载的设定 .... 32
4.2 结构的受力性能分析 ...... 33
4.3 结构的变形分析 ...... 49
4.4 本章小结 .......... 50
第 5 章 新型框架—复合板结构协同工作机理分析 ........ 52
5.1 引言 .......... 52
5.2 竖向荷载作用下抗震型泡沫混凝土复合墙体承载力分析 .... 53
5.3 抗震型泡沫混凝土复合墙体抗剪承载力分析 ....... 58
5.4 本章小结 .......... 61
第5章 新型框架—复合板结构协同工作机理分析
5.1 引言
新型框架—复合板结构体系是由通过预制的抗震型泡沫混凝土复合墙板内嵌于现浇的框架梁、框架柱而形成的装配整体式受力体系。由于该体系由多种力学性能相差较大的建筑材料组合而成的这一自身特性，而造就了该结构体系的受力特征与结构变形均不简单，因此，对外部荷载作用下的新型框架—复合板结构体系的变形特征和受力性能进行分析时，选用非线性有限元这一分析方法是颇为明智的选择。 抗震型泡沫混凝土复合墙体结构是通过外框架和抗震型泡沫混凝土复合墙板装配组合而成的墙段。同时，抗震型泡沫混凝土复合墙板中的复合板边框与斜向钢筋笼两构件彼此之间相互约束，共同承担外部荷载，自身力学性能充分施展。从理论上处理抗震型泡沫混凝土复合墙体结构中从外至内的外框架、复合板边框、斜向钢筋笼各构件的协同工作问题，定量地计算出在竖向荷载[41]-[45]、竖向及水平荷载[46]-[52]两种受力状态下各构件所承担的内力，是研究新型框架—复合板结构体系基于协同工作设计的重要问题。
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结论
本文采用有限元理论分析的方法，对抗震型泡沫混凝土复合墙板、复合墙体以及新型框架—复合板结构体系的受力性能与协同工作机理进行了分析与定量计算，得到的主要结论如下：
1.无论在水平荷载单独作用还是水平与竖向荷载共同作用，抗震型泡沫混凝土复合墙板中的斜向钢筋笼与钢筋混凝土外框格之间的相互作用都十分突出，良好的展现了二者的协同工作机理；在荷载作用下复合墙板的斜向钢筋笼承受着较大部分的力，复合板边框也承担了部分力，在二者的相互作用下复合墙板具有良好的受力性能。 综上所述，抗震型泡沫混凝土复合墙板的这种结构形式致使受力性能得到了很大的提高。
2.水平荷载保持恒定，增大竖向荷载的情况下，复合墙板的形变量却很小，说明抗震型泡沫混凝土复合墙板的受力性能受竖向荷载的影响较小。
3.在荷载逐级增加的情况下，加入抗震型泡沫混凝土复合墙板的复合墙体结构与没有复合墙板的外框架结构相比，前者增加的应力、应变及变形量远远小于后者，从而说明了，抗震型泡沫混凝土复合墙板对于增大抗震型泡沫混凝土复合墙体的刚度与强度起着至关重要的作用。
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参考文献（略）
