本文是一篇土木工程论文，本文考虑到UHPC出色的力学性能和国家对装配式建筑发展的需要，提出了一种预制槽型UHPC永久模板核心现浇普通混凝土形成叠合梁结构,对其抗弯性能进行了试验分析和理论研究。
第1章绪论
1.1研究背景及意义
目前，我国大部分钢筋混凝土结构的浇筑方式均为传统的整体现浇，存在施工复杂、模板需求量大、施工工期长、易受天气因素影响且不环保经济等问题。在我国大力推进装配式建筑建设的同时，也引起了人们的普遍重视，对装配式建筑的发展提出了更高的要求，提高装配式建筑的设计水平，积极推进绿色建筑在装配式建筑中的应用和环保等方面的要求[1]。装配式结构有利于发展绿色建筑[2]，达到节能减排的效果。使用预制构件与后浇普通混凝土组成的装配式整体现浇结构，又称为混凝土叠合梁结构，既具备了现浇整体式结构的优点，又充分发挥了装配式结构的优点，提高了生产效率和结构质量[3]。2017年3月23日公布的《“十三五”装配式建筑行动方案》明确指出，要大力发展装配式建筑，到2020年，新建建筑比重将超过15%[4]。在2022年1月19日，住房和城乡建设部发布《“十四五”建筑业发展规划》，明确提出，要加快“智慧建筑”与“新型建筑工业化”相结合，到2025年，装配式建筑比例达到30%以上[5]，加速建筑业转型升级、绿色低碳发展，推进工业化、数字化、智能化建设发展。随着我国建筑业向高质量、绿色建筑方向发展，装配式建筑必将成为未来建筑业发展的主导[6]。
近年来，预制混凝土结构在我国受到了广泛的关注和认可，但是预制装配式结构技术标准及监管体系尚未完善、缺乏专业人才支持并且装配式技术的造价很高[7]。所以，目前亟待解决的问题是：构建符合预制装配式结构的工业化、数字化、智能化生产体系、健全工程质量、安全保障体系、寻找适合预制装配式结构组合结构形式，对其进行研究探索，建立属于预制装配式结构的工业化、数字化、智能化生产体系[8]。
1.2国内外研究现状
1.2.1预制装配式结构研究
装配式结构是通过现场装配、连接预制而成的混凝土结构，其施工进度快，劳动力少，施工质量高，绿色环保[14]。现有的预制装配式构件有多种形式，包括预制板、预制楼梯、预制梁（预制实心梁、预制叠合梁、预制U型梁）、预制柱和预制墙等[15]。
（1）国外研究现状
欧洲地区：法国是世界上最古老的建筑国家，它已经有130多年的历史，法国80%的组装都采用了预应力混凝土框架，装配比例非常高。追溯到1891年，法国巴黎的埃德科根特公司第一次将预制的组装混凝土部件用于比尔里茨的俱乐部。法国于1977年建立了一个特别的建筑学会（ACC）[16]，以促进“建筑通用系统”的建立，从而促进全国的工业建设。GS软件在20世纪90年代得到了广泛的应用，并在一定程度上促进了预制件的批量生产，并在节约成本的基础上，提高了工程建设的效率。
北美地区：美国是北美地区的典型代表，美国在上个世纪三十年代就开始了对装配式建筑的研究，并建立了美国预应力混凝土学会。《国家工业化住宅建造及安全法案》是在美国议会于1976年通过的，并且制定了一套行业标准，使人们的注意力集中在组装房屋的外观和质量上。美国在一九九七年建造了1476000座房屋，建造了一百万座预制装配房屋，到2001年，美国的房屋总数达到了一千万，这是美国百分之七的住房[17]。美国的装配式住宅具有高度标准化、系列化、专业化、商品化和社会化的特点，这对美国的工业化建设起到了重要的推动作用。如今美国16人中就有1人住在装配式建筑上，由此可以看出，装配式建筑是未来建筑行业发展的必然趋势。
日韩地区：日本、韩国等国家在欧美国家的装配式建筑中获得了巨大的成功，并结合各自的地域特点，在预制装配式结构中实现了抗震与隔震的突破。日本是最早发展起来的国家，日本最早在1968年就开始发展装配式建筑。1990年，为了适应居住环境的变化，采用工厂化、部件化的生产方式，极大地提高了企业的生产效率[18]。日本已对预制装配式建筑进行了大量的研究，制定了一套完善的法规和规范，以确保其质量和安全性。日本国土运输部2015年统计资料显示，钢结构和钢筋混凝土结构的比例分别为37.69%和26.3%。
第2章预制槽型UHPC永久模板-NC叠合梁参数设计
2.1预制槽型UHPC永久模板最优厚度计算方法
由于预制槽型UHPC永久模板-NC叠合梁在浇注时，由于后浇混凝土对永久模板的荷载作用，使其在浇注时存在应力开裂的危险，故其设计厚度必须确保其最大弯矩比其断裂弯矩小。图2.1是一种预制槽式超高压混凝土永久模板的简化计算
2.3预研究试件参数设计
目前关于槽型UHPC永久模板-NC叠合梁的相关研究相对较少，本文试验部分仅考虑UHPC永久模板的厚度对新型叠合梁受弯性能的影响，并通过试验对计算结果进行验证。
本文对4根2.7米长的简支梁进行了设计，其中BNC为普通混凝土基础梁,BUC为采用了超高性能度的混凝土的叠合梁，其中编号BUC-30的叠合梁为UHPC永久模板厚度为30 mm的叠合梁，编号BUC-40的叠合梁为UHPC永久模板厚度为40 mm的叠合梁，编号BUC-50的叠合梁为UHPC永久模板厚度为50 mm的叠合梁。试验梁的截面尺寸为320 mm×400 mm，计算跨径为2.4 m，为防止端部发生锚固破坏，梁的下部支座离两端的距离为0.15m，混凝土最小保护层为30 mm；普通混凝土强度等级为C40，纵向受拉钢筋为两根直径20 mm的HRB400钢筋，上层架立钢筋为直径10 mm的HPB300钢筋，箍筋为直径10 mm的HPB300钢筋，箍筋间距为100 mm。叠合梁模板为有肋和螺栓的设计，其中螺栓采用直径为10 mm的4.8级螺栓，其屈服强度为320Mpa，抗拉强度为400Mpa。
结合现行钢筋混凝土梁配筋率计算公式，设计了适合本试验梁的配筋率，在同一配筋率的条件下，研究模板厚度对试验梁受弯性能的影响，同时，利用ABAQUS数值模拟软件对试件的配筋率、钢筋屈服强度、UHPC抗拉压强度和普通混凝土强度等方面进行了参数化分析计算。
第3章预制UHPC-NC叠合梁抗弯性能试验研究........................21
3.1引言................................21
3.2试验梁的制作...............................21
第4章UHPC-NC叠合梁有限元模拟分析...........................48
4.1 ABAQUS概述........................48
4.2有限元软件ABAQUS介绍............................48
第5章结论与展望....................................74
5.1主要工作与结论............................74
5.2研究展望..........................................75
第4章UHPC-NC叠合梁有限元模拟分析
4.1 ABAQUS概述
在前文抗弯试验的基础上，本章采用有限元软件对试验梁加载受力全过程进行建模，计算和分析，通过与试验数据的比较，验证了本文所提出的数值仿真模型的正确性和可行性。同时定量分析了不同预制UHPC永久模板外壳厚度对其抗弯性能的影响。ABAQUS有限元分析完整过程如下：
（1）模型建立阶段
根据材料的实际尺寸和试验设计条件，确定了材料的各个参数，并进行了装配，引入普通混凝土和UHPC本构模型，划分网格并且定义荷载和边界条件。
（2）计算阶段
在建模成功后，通过ABAQUS软件实现了计算，由于建模的复杂性以及计算机的运算速度，整个计算过程将持续数分钟甚至数个小时。
（3）数据后处理阶段
对计算完成的结果进行输出与整理，绘制出与试验数据相对应的关系图曲线，并与试验结果进行对比，验证结构性能以及设计合理性，根据模拟结果作出相应的改进和优化，体现出有限元模拟的必要性。
第5章结论与展望
5.1主要工作与结论
本文考虑到UHPC出色的力学性能和国家对装配式建筑发展的需要，提出了一种预制槽型UHPC永久模板核心现浇普通混凝土形成叠合梁结构,对其抗弯性能进行了试验分析和理论研究。通过对3根不同模板厚度的UHPC-NC叠合梁和1根普通混凝土梁进行抗弯性能试验，着重研究了预制槽型UHPC永久模板外壳厚度对结构开裂性能、刚度和极限承载力的影响。使用ABAQUS有限元软件，采用数值仿真方法对试验梁进行了参数化分析，探讨了预制槽型UHPC永久模板的厚度对新型叠合结构抗弯承载力的影响。主要结论如下：
（1）随着预制UHPC永久模板厚度的增加（30mm、40mm、50mm），采用永久梁模板结构能有效的提升结构的开裂荷载和极限承载力，30mm厚和50mm厚外壳对试验梁开裂荷载的提升效果相近，均提升了150%，40mm厚外壳对试验梁开裂荷载的提升效果最明显，提升了将近180%，极限抗弯承载力分别提升了16.7%、33.3%、25%，综合分析，外壳厚度为40的更满足试验的预期要求。
（2）新型叠合梁四点受弯试验研究结果验证了平截面假定，由于UHPC具有优良的韧性，预成型UHPC永久模板对UHPC-NC叠合梁的开裂起到了很好的抑制作用，使其裂缝的分布规律得到了改善，裂缝的数目和宽度得到了显著地降低。
（3）根据试验结果绘制荷载-位移曲线图，与普通混凝土梁比较，它的荷载-位移曲线有很大的上升趋势，使结构的刚度有很大的提高，并且随着预制UHPC永久模板外壳厚度的增加（30mm、40mm、50mm），跨中极限挠度分别降低了67%、64%、32%。
参考文献（略）
