薄壁箱体现浇砼空腹板楼盖有限元分析与设计方法研究
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摘要
薄壁箱体现浇混凝土空腹板是在板中预先有规律的布置轻质的方盒形、八角形、类椭圆形等形状的箱体，在楼板中形成了网格状的空腔，从而形成的一种空腹楼板。这种空腹楼板，具有三维受力的力学特点，自重小，混凝土与钢筋用量少，可现场一次浇注成型，施工方便快捷，是一种适合于大柱网、大开间建筑楼盖／屋盖的优良结构体系。
本文结合湖南省建设科技计划项目“薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖理论与技术研究”，对薄壁箱体现浇混凝土空腹板进行了理论分析，主要内容如下：
1．对在实际工程中广泛应用的楼盖结构体系进行总结，提出了薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖／屋盖结构体系，通过分析比较，总结了它作为楼盖／屋盖结构的优越性。
2．结合现行规范，研究这种板的构造特点及施工工艺，并提出两种抗浮定位措施。
3．建立了这种板合理的有限元模型，对其进行了非线性全过程分析；计算分析了9m×9m跨度的单块薄壁箱体现浇混凝土空腹板在四边简支、角点支承两种条件下使用阶段的受力性能，并与相同混凝土用量的密肋板进行了对比，为结构设计提供了一定的理论基础，提出薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖可借用密肋及井式楼盖理论进行内力计算。
4．对影响薄壁箱体现浇混凝土空腹板受力性能的板厚度、肋梁宽度等几何参数进行了分析，讨论了单一几何参数对该楼盖受力性能的影响规律。
5．运用板的屈服线理论分析计算了四边简支薄壁箱体现浇混凝土空腹板的极限承载力，并对楼板配筋进行优化，绘出了最优配筋函数曲线。
6．提出了薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖的一种实用设计方法—等代密肋梁法，并设计了一单跨9m×9m角点支承薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖。
Thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor is a new type floor system in which boxes(such as cabinet, octagon, quasi -ellipse etc.) are laid as the certain rule. Its reaction to the external forces is more reasonable, thus its concrete reinforcement is less. It may be placed once to form on spot, so its construction is convenient and its construction time is short. It adapts to the large column span and bay width floor or roof structures especially.
Thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor is analyzed theoretically in this paper, combined with theoretical and technical study of such floor, which is one of the plan project of construction science and technology in hunan province. The main contents of this paper is divided into the below parts.
1. The floor systems used widely in the factual engineering are summarized comprehensively so as to discover the advantages of the thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor system.
2.The constructional specification of such floor is studied in order to point out the construction feasibility and present the advanced construction methods and the two orientational means abiding by the current building codes.
3. A rational finite element model is established and such floor is made a non-linear analysis in the ANSYS which is an international common software. This thesis analyses the mechanical properties of 9m 9m single span thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor under simple supported and four-corner column supported boundary conditions, and a compare with waffle slab of equal concrete volume is made, supplying a certain theory gist for the such floor system. Thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor designed by analogous
waffle floor is suggested.
4. The elementary analysis about the geometrical parameter influences of plate thickness and breadth of rib beam on mechanical properties of the thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor is also made. A single geometrical parameter influence on mechanical properties of such floor system is set forth.
5. The ultimate bearing capacity of such floor is worked out by applying yield line theory to an equivalent uniform plate of the same overall dimensions and having the same moment of resistance per unit width as such floor. Further, reinforcing steel's setting up is optimized and some instructive conclusions are drawn.
6. The equivalent waffle rib method is presented, which is a factual design procedure. The experimental mode of the plate-column structure supported by the four points is designed.
本文结合湖南省建设科技计划项目“薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖理论与技术研究”，对薄壁箱体现浇混凝土空腹板进行了理论分析，主要内容如下：
1．对在实际工程中广泛应用的楼盖结构体系进行总结，提出了薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖／屋盖结构体系，通过分析比较，总结了它作为楼盖／屋盖结构的优越性。
2．结合现行规范，研究这种板的构造特点及施工工艺，并提出两种抗浮定位措施。
3．建立了这种板合理的有限元模型，对其进行了非线性全过程分析；计算分析了9m×9m跨度的单块薄壁箱体现浇混凝土空腹板在四边简支、角点支承两种条件下使用阶段的受力性能，并与相同混凝土用量的密肋板进行了对比，为结构设计提供了一定的理论基础，提出薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖可借用密肋及井式楼盖理论进行内力计算。
4．对影响薄壁箱体现浇混凝土空腹板受力性能的板厚度、肋梁宽度等几何参数进行了分析，讨论了单一几何参数对该楼盖受力性能的影响规律。
5．运用板的屈服线理论分析计算了四边简支薄壁箱体现浇混凝土空腹板的极限承载力，并对楼板配筋进行优化，绘出了最优配筋函数曲线。
6．提出了薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖的一种实用设计方法—等代密肋梁法，并设计了一单跨9m×9m角点支承薄壁箱体现浇混凝土空腹板楼盖。
Thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor is a new type floor system in which boxes(such as cabinet, octagon, quasi -ellipse etc.) are laid as the certain rule. Its reaction to the external forces is more reasonable, thus its concrete reinforcement is less. It may be placed once to form on spot, so its construction is convenient and its construction time is short. It adapts to the large column span and bay width floor or roof structures especially.
Thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor is analyzed theoretically in this paper, combined with theoretical and technical study of such floor, which is one of the plan project of construction science and technology in hunan province. The main contents of this paper is divided into the below parts.
1. The floor systems used widely in the factual engineering are summarized comprehensively so as to discover the advantages of the thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor system.
2.The constructional specification of such floor is studied in order to point out the construction feasibility and present the advanced construction methods and the two orientational means abiding by the current building codes.
3. A rational finite element model is established and such floor is made a non-linear analysis in the ANSYS which is an international common software. This thesis analyses the mechanical properties of 9m 9m single span thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor under simple supported and four-corner column supported boundary conditions, and a compare with waffle slab of equal concrete volume is made, supplying a certain theory gist for the such floor system. Thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor designed by analogous
waffle floor is suggested.
4. The elementary analysis about the geometrical parameter influences of plate thickness and breadth of rib beam on mechanical properties of the thin-wall core box cast-in-site reinforced concrete hollow floor is also made. A single geometrical parameter influence on mechanical properties of such floor system is set forth.
5. The ultimate bearing capacity of such floor is worked out by applying yield line theory to an equivalent uniform plate of the same overall dimensions and having the same moment of resistance per unit width as such floor. Further, reinforcing steel's setting up is optimized and some instructive conclusions are drawn.
6. The equivalent waffle rib method is presented, which is a factual design procedure. The experimental mode of the plate-column structure supported by the four points is designed.
引文
[1] 江见鲸．混凝土结构工程学．北京：中国建筑工业出版社，1998
[2] 刘哲锋．角点支承钢筋混凝土双向密肋夹芯楼盖的试验及理论研究：[硕士学位论文]．长沙：湖南大学土木工程学院，2002
[3] 马克俭，黄勇，张华刚等．多层与高层建筑钢筋混凝土空腹夹层板与鱼骨式空腹夹层板楼盖结构体系的研究与应用．贵州工业大学学报，1997，26(4)：1-9
[4] 马克俭，黄勇，肖建春等．大跨度钢筋混凝土空腹夹层板柱结构研究与应用．贵州工业大学学报，1998，27(5)：92-96
[5] 朱聘儒．双向板无梁楼盖．北京：中国建筑工业出版社，2001
[6] 吴有水．无粘结预应力双向扁梁—平板结构设计与施工的研究与实践：[硕士学位论文]．上海：同济大学土木工程学院，2001
[7] 李培林，吴学敏．混凝土密肋及井式楼盖设计手册．北京：中国建筑工业出版社，1994
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[13] 黄勇，马克俭等．钢筋混凝土空腹夹层板楼盖体系的研究与应用．建筑结构学报，1997，16(6)：55-64
[14] 肖建春，马克俭．采用剪力键式双向空心大板体系的多、高层建筑结构的有限元分析．贵州工业大学学报，1997，26(4)：42-65
[15] 马克俭，肖建春．钢筋混凝土空腹夹层板整体稳定分析．贵州工业大学学报，1997，26(4)：16-23
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