全装配式RC楼盖横板向承载机理试验研究与理论分析

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装配式建筑具有良好的经济、环境和社会效益,符合国家大力倡导智能建造和建筑工业化的要求。楼(屋)盖作为建筑结构中重要的水平承重构件,是建筑结构的重要组成部分,因此展开全装配式楼盖的研究具有重要的理论意义和应用价值。叠合式楼盖整体性好,但自重大,存在大量现场湿作业,不利于预制混凝土和预应力技术的高效利用,不利于节能减排。课题组提出的分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)施工便捷、效率高,无现场浇筑,减轻楼盖自重的同时减少了空气污染。由于板缝的存在,楼盖横板向和顺板向具有不同的受力特点,且横板向刚度受板缝和连接件的影响,对楼盖整体刚度影响较大。为研究DCPCD楼盖横板向承载机理,进行了6个DCPCD试件和2个整浇楼盖试件竖向承载性能试验及有限元模拟,并结合试验,提出了DCPCD楼盖横板向抗弯刚度理论计算方法。本文主要工作和研究内容具体如下:(1)进行了竖向荷载下DCPCD横板向受力性能试验,研究了楼盖的破坏形式、裂缝发展、挠曲变形等力学性能。结果表明:DCPCD楼盖板缝连接件受力性能良好,可有效传递横板向弯矩;抗弯刚度小于整浇试件,没有明显的塑性工作阶段;横板向挠曲变形呈现出由多段直线在板缝位置处连接而成的特点;板缝数增多会降低楼盖横板向刚度,连接件个数增多对横板向刚度有提高作用,板缝位置位于受力较大的跨中时对横板向刚度影响较大。(2)通过建立DCPCD横板向受力性能有限元分析模型并开展数值模拟分析,进一步揭示了DCPCD楼盖横板向受力特征。根据楼盖有限元模型,分析了混凝土、钢筋和连接件的应力,揭示了楼盖横板向受力特征。结合楼盖竖向受力性能试验,验证了有限元建模方法的正确性;改变连接件中钢板强度,从Q235到Q345对DCPCD楼盖加载后期承载力提高较明显。(3)基于最小截面刚度原则、折线变形理论和共轭梁理论,提出了DCPCD楼盖横板向刚度计算方法。分别将理论值与试验值进行对比,验证理论计算方法的准确性和可行性;采用MATLAB对横板向抗弯刚度较为精确的共轭法进行运算,研究了板缝位置、板厚、跨厚比和连接件个数等敏感性参数对楼盖横板向刚度的影响,研究发现:连接件个数较少时,板缝远离跨中有利于楼盖承载力的提高;相邻两条板缝的间距对楼盖横板向刚度有较大影响,应在合理范围内;板厚和跨厚比的增大均能提高楼盖抗弯刚度;当板厚和跨厚比一定,随着连接件个数增多,对楼盖承载能力的提高程度逐渐减小。本文通过进行竖向荷载下DCPCD横板向受力性能试验、建立适用于DCPCD楼盖的横板向受力性能有限元分析模型,并提出了DCPCD楼盖横板向刚度计算方法,全面揭示了DCPCD楼盖横板向承载机理,系统分析了板缝构造等因素对楼盖横板向刚度的影响,对竖向荷载下楼盖横板向受力性能研究有重要意义,研究成果可为分布式连接全装配RC楼盖的工程应用和设计提供参考。
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