新型装配式空心井字楼盖受力性能研究

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随着国家相关政策的推进,装配式建筑正越来越广的出现在全国的建设中,这背后需要更多的技术支撑来使得装配式建筑能与现浇结构受力无异甚至优于现浇结构。本文根据当下建筑特点和需求,提出一种新型装配式空心井字楼盖,该楼盖具有平整的顶板和底板,空心处填充发泡混凝土块,拼装时将肋梁纵筋焊接、板筋绑扎,通过后浇带拼缝连接预制板。该楼盖解决了传统大跨度楼盖厚度大以及制作难度高等问题。通过对一个1/2比例的单跨简支楼盖进行静力加载试验,分析其变形形态、应变规律、裂缝发展等。新型装配式空心井字楼盖基本符合工程应用要求,制作工艺简单有序,楼盖抗弯刚度大,拼缝传力较好,楼盖整体性好。在最终试验荷载12.67kN/m~2作用下,楼盖最大挠度为15.75mm即为L/318,小于规范规定的正常使用极限状态下的挠度限值L/300。除拼缝裂缝之外,试验楼盖底部裂缝开展情况与实心楼盖裂缝开展情况基本相似。楼盖的抗裂性能整体上良好,非拼缝位置出现裂缝的荷载大于楼盖正常使用时荷载标准组合值。楼盖拼缝的数量和位置会影响楼盖刚度,试验楼盖的双向刚度差异约为10%。通过对五个不同板带构件的位移、应变、承载力等参数进行分析,得出的结论如下:在三分点竖向静载作用下,所有的板带属于受弯破坏,各构件沿截面高度方向的应变基本符合平截面假定。通过增大拼缝宽度或者新旧混凝土粘结面的粗糙度不足以减少拼缝的不利影响,但合理的安排拼缝的位置(避开受力最大处),会大大提高板带的承载力和开裂荷载,弱化拼缝的不利影响。采用ANSYS有限元软件对试验楼盖进行建模计算,结果与试验观测值吻合较好。通过调整结构几何参数并建模分析,对比发现跨度和跨高比对结构刚度影响最大。本文按拟梁法和塑性绞线法对新型装配式空心井字楼盖的承载力进行了分析,计算结果表明拟梁法计算结果偏小,因为其忽略了梁系的抗扭刚度和楼盖的整体作用。根据塑性铰出现在交叉梁上的位置按照塑性绞线法得到了楼盖的极限承载力,其中肋梁在极限状态时的内力比例按弹性方法取得,这种方法得到的承载力更为实用合理。采用有效惯性矩法分别计算楼盖在开裂前和开裂后的刚度,并考虑新型楼盖拼缝混凝土强度折减后得到楼盖不同部位的开裂弯矩,并得到楼盖不同位置的开裂荷载,与试验结果较为吻合。本文拟合出结构带裂缝工作下的刚度,并考虑楼盖约束支座的变形得到结构在不同阶段的刚度与竖向位移。本文对新型装配式空心井字梁楼盖进行动力特性试验分析发现结构低阶振型与普通实心双向楼盖类似,即半波、单波、双波。新型楼盖结构基频满足现行舒适度要求,并采用有限元软件分析得到不同设计参数对结构基频的影响。对结构基频进行理论计算并提出该新型楼盖结构的基频简化计算公式,该公式精度高且大大简化了计算量。对楼盖进行人行激励的试验与分析发现结构的最大加速度响应出现在楼盖中心位置,并分析了行走路径、步频和人数对结构影响人行路径对结构影响。最后,本文给出了新型楼盖的构造要求和设计建议,给出了一种新的拼装方案,并提出了预制构件制作和拼装的施工流程。
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