多跨柱支承装配箱混凝土空心楼盖受力性能试验研究与有限元分析

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装配箱混凝土空心楼盖是由预制的装配箱与现浇的钢筋混凝土肋梁复合而成的一种新型的箱形截面密肋楼盖技术。装配箱混凝土空心楼盖采用混凝土空盒使板形成双向密肋状,这就使板在混凝土折算厚度相同时有效高度大大提高,因而增加了刚度,显著减少了用钢量;这种新型楼盖技术还克服了现有技术方案存在的很多问题,利用空腔板良好的力学性能,有效降低结构层高,并且钢筋绑扎简单、支模简便、施工速度快,能适用于大跨、大开间的公共建筑、商业建筑、住宅建筑,广泛替换原有的梁板式楼盖结构,因此,装配箱混凝土空心楼盖结构有很大的使用价值、经济价值,在实际工程中也已得到广泛应用,由于这种结构理论体系还不够完整,缺少合理的简化设计计算方法,因此,装配箱混凝土空心楼盖在实际工程中的应用受到限制。虽已经有多位学者在装配箱混凝土空心楼盖的试验及有限元分析领域进行了研究,得出了该形式楼盖在受力性能、刚度计算以及承载力计算等方面的结论,但对于柱支承装配箱混凝土空心楼盖结构在竖向静力荷载作用下的内力分布规律研究较少,该楼盖结构的内力分析理论体系仍需进一步完善,为了更广泛地将装配箱混凝土空心楼盖在实际工程中推广应用,对其在荷载作用下的内力分布规律研究势在必行。本文首先对一3x2跨柱支承装配箱混凝土空心楼盖结构试件进行了静载试验,测试了试件在三种荷载工况下控制截面上的应变值,并绘制了各工况下支座或跨中截面测点的应变分布曲线,通过对应变值分布曲线的分析,根据混凝土的本构关系,得到了多跨柱支承装配箱混凝土空心楼盖在荷载作用下的应力分布规律。然后采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了静载试验中的柱支承装配箱混凝土空心楼盖结构有限元模型,并按照静载试验中的三种工况进行加载模拟,计算得到了各工况下柱支承装配箱混凝土空心楼盖的挠度、应变云图,并根据ANSYS计算的楼盖有限元模型上各工况下测点的应变数据绘制了与静载试验中对应的各截面应变分布曲线,通过对应变曲线分析得到了该楼盖结构有限元模型的应力分布规律;最后将有限元分析结论与静载试验结论进行对比分析,得到有限元分析出的楼盖内力分布规律与静载试验研究的基本上吻合,验证了理论分析的有效性、正确性;通过进一步的分析得到了楼盖的内力分布规律。通过本文的研究得到了以下主要结论:(1)柱支承装配箱混凝土空心楼盖中的预制装配箱与现浇混凝土肋梁能够共同工(2)由于设计的柱支承装配箱混凝土空心楼盖试件中各区格板的正交各向异性构造,受荷区格板在竖向均布面荷载作用下在平面内沿两个方向的挠度和应变均有差异;(3)在竖向荷载作用下,多跨柱支承装配箱混凝土空心楼盖的内力分布规律与现浇混凝土实心平板无梁楼盖基本相似,对该楼盖结构进行内力分析时,可将楼盖简化为柱上板带和跨中板带;(4)有限元分析出的楼盖内力分布规律与静载试验研究的基本吻合,得到了柱支承装配箱混凝土空心楼盖各区格板沿两个方向的支座、跨中截面的柱上板带与跨中板带的弯矩分配比例;并给出了柱支承装配箱混凝土空心楼盖按直接设计法进行内力分析时的弯矩分配系数。通过以上对柱支承装配箱混凝土空心楼盖试件的研究分析,希望对装配箱混凝土空心楼盖的设计计算提供一定的数据支持和理论参考。
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