大跨度鋼-混凝土組合空腹樓板理論分析與試驗研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，城市用地日益緊張，國家政策一直鼓勵多層公共與工業(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、施工文明以及工業(yè)化程度高等優(yōu)點。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，自然形成一個結(jié)構(gòu)空間，并在下層鋼肋節(jié)間中點采用高強螺栓將各劃分單元進行拼接連接。
　　本文采用模型試驗和理論分析相結(jié)合的方法，對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行了系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)在滿足力學性能相似的基礎(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，進行了試驗研究。通過分析各級荷載作用下測點的撓度、應力應變以及加速度時程曲線，對該樓板體系的承載力、變形及正常使用性能進行了評估。然后對比分析了試驗結(jié)果和有限元計算結(jié)果。結(jié)果表明:在設(shè)計荷載作用下，結(jié)構(gòu)位移、應力均近似于線性變化，最大撓度出現(xiàn)在樓板中央部位，試驗加載全過程沒有觀測到宏觀破壞和裂縫，結(jié)構(gòu)整體工作性能好、安全儲備高。試驗數(shù)據(jù)和有限元計算結(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化算法。首先，采用梁-殼混合模型對組合空腹梁的變形和內(nèi)力分布規(guī)律展開了研究，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“錯動”，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結(jié)構(gòu)靜力響應的變化規(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計算公式，并給出了梁的等代抗彎剛度B和實用計算方法供工程設(shè)計簡化計算之用。
　　(3)采用行走路線法對該結(jié)構(gòu)體系的舒適度進行了研究。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施加動荷載，進行結(jié)構(gòu)時程分析。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)范對舒適度的控制要求，當行走路線經(jīng)過離低階振型中心時，加速度峰值較大，加速度響應達到峰值的時間出現(xiàn)在行走總持時1/2附近?？绺弑葘Y(jié)構(gòu)的自振頻率和加速度影響是較大的，適當增加表層混凝土薄板厚度可加強樓板整體剛度，遠離人行走頻率。
　　(4)采用豎向反應譜和時程分析法對大跨度組合空腹樓板體系進行了豎向地震作用計算，研究了構(gòu)件的豎向地震效應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