大跨度鋼-混凝土組合空腹樓板理論分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，城市用地日益緊張，國(guó)家政策一直鼓勵(lì)多層公共與工業(yè)建筑的快速發(fā)展。但是由于公共與工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)跨度要求一般較大，常規(guī)混凝土和鋼樓板結(jié)構(gòu)難以滿足樓層凈高、用鋼量等要求。因此，本文提出一種大跨度裝配整體式鋼-混凝土組合空腹樓板結(jié)構(gòu)，既能滿足其相關(guān)要求，又具有造型優(yōu)美、跨越能力強(qiáng)、施工文明以及工業(yè)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)體系主要由下肋鋼梁、現(xiàn)澆鋼筋混凝土上肋梁、預(yù)制鋼筋混凝土帶肋板以及連接上、下表層并使之共同工作的剪力鍵組成。結(jié)構(gòu)采

2、用兩兩正交雙層弦桿組成十字交叉肋，在交叉點(diǎn)處設(shè)置豎向剪力鍵，使上、下肋梁連接在一起，上、下表層之間，除了剪力鍵位置，自然形成一個(gè)結(jié)構(gòu)空間，并在下層鋼肋節(jié)間中點(diǎn)采用高強(qiáng)螺栓將各劃分單元進(jìn)行拼接連接。
　　本文采用模型試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)大跨度裝配整體式組合空腹樓板體系的靜力性能、舒適度以及豎向地震作用等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)在滿足力學(xué)性能相似的基礎(chǔ)上，以30m×30m裝配整體式組合空腹

3、樓板結(jié)構(gòu)為原型，制作了縮尺比例為1/5的模型，進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過(guò)分析各級(jí)荷載作用下測(cè)點(diǎn)的撓度、應(yīng)力應(yīng)變以及加速度時(shí)程曲線，對(duì)該樓板體系的承載力、變形及正常使用性能進(jìn)行了評(píng)估。然后對(duì)比分析了試驗(yàn)結(jié)果和有限元計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)荷載作用下，結(jié)構(gòu)位移、應(yīng)力均近似于線性變化，最大撓度出現(xiàn)在樓板中央部位，試驗(yàn)加載全過(guò)程沒(méi)有觀測(cè)到宏觀破壞和裂縫，結(jié)構(gòu)整體工作性能好、安全儲(chǔ)備高。試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元計(jì)算結(jié)果吻合較好。
　　(2)系統(tǒng)地研究了

4、組合空腹樓板的靜力性能及其剛度分析的簡(jiǎn)化算法。首先，采用梁-殼混合模型對(duì)組合空腹梁的變形和內(nèi)力分布規(guī)律展開(kāi)了研究，結(jié)果表明:上、下肋局部彎矩均由邊節(jié)間向中間節(jié)間遞減，且在跨中節(jié)間，局部彎矩均使肋的下側(cè)纖維受拉;除支座附近外，上肋中間節(jié)間的軸力均為壓力，而下肋中間節(jié)間的軸力均為拉力，且向跨中逐步增大。剪力鍵在肋軸力差的作用下主要表現(xiàn)為平面“錯(cuò)動(dòng)”，其內(nèi)力從支座到跨中逐步減小。其次，分析了跨高比、網(wǎng)格數(shù)和剪力鍵斷面尺寸對(duì)結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)的變化規(guī)

5、律，研究表明:隨著跨高比和網(wǎng)格間距的增大，結(jié)構(gòu)撓度和內(nèi)力均不斷增大，而隨著剪力鍵斷面尺寸的加大，撓度和內(nèi)力則有所減少。最后，從剛度分析出發(fā)，推導(dǎo)出組合空腹梁的局部彎曲位移占總位移的比例系數(shù)η計(jì)算公式，并給出了梁的等代抗彎剛度B和實(shí)用計(jì)算方法供工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化計(jì)算之用。
　　(3)采用行走路線法對(duì)該結(jié)構(gòu)體系的舒適度進(jìn)行了研究。首先選取不利行走路線，確定步距大小，再利用單步落足激勵(lì)施加動(dòng)荷載，進(jìn)行結(jié)構(gòu)時(shí)程分析。結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)豎向自振頻率和

6、加速度峰值均滿足規(guī)范對(duì)舒適度的控制要求，當(dāng)行走路線經(jīng)過(guò)離低階振型中心時(shí)，加速度峰值較大，加速度響應(yīng)達(dá)到峰值的時(shí)間出現(xiàn)在行走總持時(shí)1/2附近。跨高比對(duì)結(jié)構(gòu)的自振頻率和加速度影響是較大的，適當(dāng)增加表層混凝土薄板厚度可加強(qiáng)樓板整體剛度，遠(yuǎn)離人行走頻率。
　　(4)采用豎向反應(yīng)譜和時(shí)程分析法對(duì)大跨度組合空腹樓板體系進(jìn)行了豎向地震作用計(jì)算，研究了構(gòu)件的豎向地震效應(yīng)和樓板豎向加速度分布等內(nèi)容。結(jié)果表明:在豎向地震作用下，樓板的豎向變形較小，上