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在楼盖体系中采用模块化预制装配技术,最大程度的满足构件工厂化生产的要求,极大的推动建筑的工业化发展,本文提出了一种采用模块化预制组合单元的装配式钢桁架-混凝土组合楼盖,该楼盖适用于多高层密柱框筒钢结构体系,但工厂化生产的预制楼盖的运输受车辆运输尺寸限制,故跨度稍大的装配楼盖一般都是由几块楼盖单元拼装而成。在拼装的过程中产生的拼装缝影响装配楼盖平面内受力性能及刚性性能,与整体现浇楼盖存在较大差别。
楼盖体系平面内(水平方向)刚性性能及整体性对结构的分析具有重要意义,平面内刚性楼盖使得结构分析的自由度大大减少,是因为其在平面内仅产生刚性位移,不产生相对变形,使得计算分析大为简化;而半刚性或柔性楼盖在整体结构分析过程中必须考虑楼盖自身平面内的变形,使结构的整体分析变得复杂。但如何评定楼盖体系平面内的刚性性能,目前中国规范尚无明确规定,试验研究是对其进行分析评估最直接有效的方法。针对灌缝装配式钢桁架-混凝土组合楼盖,本文开展了试验研究与有限元分析,详细探讨分析了该类型楼盖体系平面内的变形、整体性及刚性性能,以及影响该楼盖体系平面内刚性性能的相关因素,为该类型装配式组合楼盖的工程应用提供参考。主要做了以下工作:
(1)对采用本文提出的装配式钢桁架-混凝土组合楼盖的高层束筒钢结构的典型实际工程(远大小天城)进行介绍,并对该类型组合楼盖的构造组成与装配方式进行解析。
(2)考虑组合楼盖是否灌缝、采用不同的灌缝材料,不同的加载方向等因素,设计制作了4种不同类型(共6个)钢桁架-混凝土组合楼盖组成的两层框架结构的缩尺比例模型试件:I型结构胶灌缝装配式楼盖(LGGJ-1、LGGJ-2)、II型砂浆灌缝装配式楼盖(LGSJ-1)、III型面板整体现浇式楼盖(LGXJ-1)、IV型带缝全装配式楼盖(LGZP-1、LGZP-2)。对6个试件二层楼盖平面内进行单向加载试验,以各试验模型第二层楼盖为分析对象,分析了各楼盖的破坏特征、等效抗剪刚度、整体变形性能及下部相邻抗侧框架的柱端剪力。探讨了对带缝全装配式楼盖拼装板缝进行灌缝、楼盖与框架梁间设置钢筋混凝土后浇带等加强措施对楼盖平面内受力性能的影响。试验研究表明:灌缝装配式楼盖相对带缝全装配式楼盖,其开裂荷载、平面内等效抗剪刚度、整体性大大提高。灌缝材料的弹性模量是影响楼盖平面内力学性能及整体性的关键因素。
(3)采用有限元软件Midas Gen对各试验组合楼盖进行模拟分析,并对其有效性进行验证。对未进行试验的垂直拼装方向受力的试件(LGSJ-2及LGXJ-2)、基于刚性假定的楼盖体系试件(GXLG-1及GXLG-2)进行有限元补充分析。为进一步探讨灌缝、设置后浇带、楼盖上部混凝土楼板厚度和灌缝材料的弹性模量等对楼盖平面内受力性能、整体性的影响程度,对装配式组合楼盖的原型进行了参数分析。结果表明灌缝和设置后浇带两种加强措施都能提高楼盖面内刚度,并得到该类型灌缝装配式钢桁架-混凝土组合楼盖最优的灌缝材料的弹性模量。
(4)采用已有的位移比值法、整体变形偏差法、导荷性能偏差法对带密集框架柱的装配式组合楼盖平面内的刚性性能进行评估,结果表明位移比值法、导荷性能偏差法并不适用于该类型楼盖的刚性评价,整体变形偏差法适用于该类型楼盖的刚性评价,但计算较复杂且不能反映弹性模量对楼盖刚性性能的影响。
(5)提出了评定带密柱框架的组合楼盖的刚性性能的修正位移比值法,评定结果合理且符合实际。本文研究的灌缝装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体均属于刚性楼盖,而带缝全装配式钢桁架-混凝土组合楼盖均属于弹性楼盖。
(6)对灌缝组合楼盖平面内刚性性能的理论分析方法进行探讨,得到修正位移比值法的理论计算公式,其计算结果与有限元分析结果吻合良好,该计算公式能用于灌缝组合楼盖的刚性性能评估。并给出保证该类型楼盖体系为刚性的混凝土面板建议厚度。
楼盖体系平面内(水平方向)刚性性能及整体性对结构的分析具有重要意义,平面内刚性楼盖使得结构分析的自由度大大减少,是因为其在平面内仅产生刚性位移,不产生相对变形,使得计算分析大为简化;而半刚性或柔性楼盖在整体结构分析过程中必须考虑楼盖自身平面内的变形,使结构的整体分析变得复杂。但如何评定楼盖体系平面内的刚性性能,目前中国规范尚无明确规定,试验研究是对其进行分析评估最直接有效的方法。针对灌缝装配式钢桁架-混凝土组合楼盖,本文开展了试验研究与有限元分析,详细探讨分析了该类型楼盖体系平面内的变形、整体性及刚性性能,以及影响该楼盖体系平面内刚性性能的相关因素,为该类型装配式组合楼盖的工程应用提供参考。主要做了以下工作:
(1)对采用本文提出的装配式钢桁架-混凝土组合楼盖的高层束筒钢结构的典型实际工程(远大小天城)进行介绍,并对该类型组合楼盖的构造组成与装配方式进行解析。
(2)考虑组合楼盖是否灌缝、采用不同的灌缝材料,不同的加载方向等因素,设计制作了4种不同类型(共6个)钢桁架-混凝土组合楼盖组成的两层框架结构的缩尺比例模型试件:I型结构胶灌缝装配式楼盖(LGGJ-1、LGGJ-2)、II型砂浆灌缝装配式楼盖(LGSJ-1)、III型面板整体现浇式楼盖(LGXJ-1)、IV型带缝全装配式楼盖(LGZP-1、LGZP-2)。对6个试件二层楼盖平面内进行单向加载试验,以各试验模型第二层楼盖为分析对象,分析了各楼盖的破坏特征、等效抗剪刚度、整体变形性能及下部相邻抗侧框架的柱端剪力。探讨了对带缝全装配式楼盖拼装板缝进行灌缝、楼盖与框架梁间设置钢筋混凝土后浇带等加强措施对楼盖平面内受力性能的影响。试验研究表明:灌缝装配式楼盖相对带缝全装配式楼盖,其开裂荷载、平面内等效抗剪刚度、整体性大大提高。灌缝材料的弹性模量是影响楼盖平面内力学性能及整体性的关键因素。
(3)采用有限元软件Midas Gen对各试验组合楼盖进行模拟分析,并对其有效性进行验证。对未进行试验的垂直拼装方向受力的试件(LGSJ-2及LGXJ-2)、基于刚性假定的楼盖体系试件(GXLG-1及GXLG-2)进行有限元补充分析。为进一步探讨灌缝、设置后浇带、楼盖上部混凝土楼板厚度和灌缝材料的弹性模量等对楼盖平面内受力性能、整体性的影响程度,对装配式组合楼盖的原型进行了参数分析。结果表明灌缝和设置后浇带两种加强措施都能提高楼盖面内刚度,并得到该类型灌缝装配式钢桁架-混凝土组合楼盖最优的灌缝材料的弹性模量。
(4)采用已有的位移比值法、整体变形偏差法、导荷性能偏差法对带密集框架柱的装配式组合楼盖平面内的刚性性能进行评估,结果表明位移比值法、导荷性能偏差法并不适用于该类型楼盖的刚性评价,整体变形偏差法适用于该类型楼盖的刚性评价,但计算较复杂且不能反映弹性模量对楼盖刚性性能的影响。
(5)提出了评定带密柱框架的组合楼盖的刚性性能的修正位移比值法,评定结果合理且符合实际。本文研究的灌缝装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体均属于刚性楼盖,而带缝全装配式钢桁架-混凝土组合楼盖均属于弹性楼盖。
(6)对灌缝组合楼盖平面内刚性性能的理论分析方法进行探讨,得到修正位移比值法的理论计算公式,其计算结果与有限元分析结果吻合良好,该计算公式能用于灌缝组合楼盖的刚性性能评估。并给出保证该类型楼盖体系为刚性的混凝土面板建议厚度。