核电厂钢板混凝土结构平面内受剪机理试验研究

The steel plate reinforced concrete structure that used on nuclear power plant is a new type of composite and a thick cross-sectional area structure. At present, because the lack of specialized technical specification for nuclear power engineering structure, the steel plate reinforced concrete design only relies on the basis of nuclear power engineering specification of reinforced concrete. In the area of nuclear power engineering, the seismic behavior and shear mechanism of steel concrete structure is still not very clear; when under extreme loads, whether it can achieve the functional design requirements should be further studied. This project first select the thick ratio, axial compression ratio, steel ratio and concrete strength as its design parameters, and then make 9 test specimen, putting them on a low cycle reciprocating quasi static test. Analysis of steel plate shear wall in the post yield effect of bearing capacity and Research on Buckling of steel plate surface from the law effects of thickness ratio in quantitative; Reveal the influence effect of high axial compression ratio on the plate local buckling and steel plate shear capacity calculation principle; Sensitivity analysis of design parameters are given different shear capacity of composite structure; Put forward the concrete structure of plane steel plate shear design of nuclear power engineering in the proposed formula and in plane shear corresponding relationship between shear strain force plane, to provide theoretical and experimental basis for seismic safety of nuclear power project.

核电厂钢板混凝土结构是一种横截面面积巨厚的新型组合结构。目前缺乏针对核电工程钢板混凝土结构的专门技术规范，只能依据核电工程中钢筋混凝土结构规范进行设计。核电工程中钢板混凝土结构的抗震性能和受剪机理还不是十分清楚；在极端荷载作用下，能否达到应有的功能设计要求还有待进一步研究。本项目拟选定距厚比、轴压比、含钢率和混凝土强度为其设计参数，制作9个试验试件进行低周往复拟静力试验。定量分析钢板屈服后强度对组合结构抗剪承载能力的影响以及距厚比的变化对钢板表面局部屈曲规律的影响；探索混凝土的强度等级和厚度对组合结构抗剪承载能力的贡献程度；揭示高轴压比对钢板局部屈曲形式以及对钢板抗震性能的影响；给出不同设计参数对组合结构抗剪能力的敏感性分析；提出核电工程中钢板混凝土结构平面内抗剪设计建议公式，提出平面内剪切应力-平面内剪切应变的对应关系，为核电工程的抗震安全提供理论和试验依据。

CAP1400具有我国自主知识产权的、功率更大的大型先进压水堆核电技术。屏蔽厂房是CAP1400中的重要组成部分，屏蔽厂房的筒壁部分由双钢板混凝土组合结构组成，是本课题主要的研究对象。通过5个核电厂钢板混凝土结构组合墙的低周往复加载试验以及相应的数值模拟，研究距厚比、轴压比、含钢率（组合结构横截面面积除以单片钢板横截面面积）和混凝土强度等参数对其抗剪规律的影响，分析试件的承载能力、刚度、强度、延性、滞回能力和骨架曲线等，并推导组合结构抗剪设计建议公式和平面内剪切应力-平面内剪切应变的关系。结果表明：试件的破坏状态大体相同，大体可分为四个受力阶段：1、试件水平承载力影响较大，2、钢板与混凝土界面破坏或混凝土开裂阶段，3、钢板与混凝土界面破坏或混凝土开裂阶段，4、破坏阶段。但距厚比对局部屈曲的荷载以及试件水平承载力影响较大，混凝土墙体的厚度对试件水平承载力影响较大。试件滞回曲线饱满，耗能能力良好，延性系数较差，试件大体呈现脆性破坏。通过合理的设置数值模拟参数，可以较好地模拟出核电工程中钢板混凝土的受力特点。随着距厚比的增加，会增加混凝土对钢板的约束效果，导致钢板与混凝土过早的分析，混凝土过早地破坏，钢板出现弹性屈曲，最终会导致试件的整体破坏，使试件承载力变低。混凝土的强度对钢板混凝土极限承载力有一定地影响，但对钢板混凝土其他方面的受力影响较小，混凝土的厚度是控制SC强度的关键因素。轴压比0-0.4之间，随着轴压比的增加，试件的变形能力更好，延性越来越好，承载力随之增加；轴压比0.4-0.7之间，随着轴压比的增加，试件的变形能力更小，延性越来越差，承载力随之降低，尤其，轴压比达到0.7时，承载力下降很快。栓钉受各个设计参数影响较小，栓钉基本处于弹性受力状态。无轴压比时的极限承载力为 。有轴压比时的极限承载力为 。根据势能驻值原理，可以推导出距厚比是控制钢板局部屈曲的关键因素，其临界屈曲荷载为 。