装配整体式叠合连续楼板足尺加载试验研究
|
摘要
与传统现浇混凝土结构相比，装配整体式混凝土结构是一种适于建筑工业化的结构体系。作为该结构广泛采用的一种楼板形式，装配整体式混凝土叠合楼板具有施工机械化程度高、结构整体性能好等优点，满足工厂化生产的要求。深入研究其受力性能，对优化装配整体式结构的设计与施工方法、推动建筑工业化的发展有着重要意义。
本论文结合万科企业股份有限公司建造的国内首栋预制装配整体式混凝土试验楼，对装配整体式叠合楼板做了以下几个方面的研究：
1．对国内首栋预制装配式混凝土试验楼进行现场加载试验，分析了装配整体式叠合连续楼板在单调荷载作用下的受力性能、变形特征及内力分布特点。
试验结果表明：装配整体式叠合连续楼板具有较大的整体刚度和良好的整体工作性能，变形值较小；“预制板单向配筋，后浇层整体浇筑、双向配筋”的装配整体式叠合连续楼板，除具有单向叠合连续板的内力重分布特征外，还具有沿整体后浇层向周边板块内力调整的特点，表现出一定的双向板受力特性，按照单向连续板理论进行设计计算，偏于保守。
2．采用有限元分析软件ANSYS建立装配整体式混凝土叠合楼板的三维有限元模型，分析了其在试验工况下的受力性能及变形特征，并与试验结果进行了比较分析。
3．基于塑性铰实际转动能力不小于所需转动能力的原则，初步探讨了二次受力叠合连续结构按现浇连续结构计算弯矩调幅系数的计算公式。综合考虑弯矩调幅系数的各项控制因素，建议装配整体式叠合连续楼板支座弯矩设计值的调幅范围宜控制在30％左右。
Assemble-monolithic concrete structure is the kind of structure system fitsconstruction industrialization by comparison with the traditional cast-in-situ concretestructure. Being a style of floor slab applied widely by this structure, assemble-monolithic concrete composite slab has many advantages, such as highly constructionmechanizing, nice monolithic performance and so on. So it is can adapt to the request ofconstruction industrialization. In order to optimize the structural design and constructionmethod, and promote the development of construction industrialization, It is necessaryto research the floor slab on working performance.
Relating to the first precast assemble-monolithic concrete test building constructedby Vanke Co.,Ltd, the assemble- monolithic concrete composite slab will be studied infollowing parts.
Firstly, by loading test on the first assemble concrete structure, the assemble-monolithic concrete composite slab's working performance, deformation characteristicand internal force distributing specialty have been analyzed.
The test result indicates: Assemble- monolithic concrete composite slab has largeoverall stiffness, good whole working performance and small deflection; Assemble-monolithic concrete composite slab with "single-reinforced in precast slab,bidirectional-reinforced in cast-in-situ slab" doesn't only has the internal forceredistribution characteristic belongs to unidirectional slab, but also has certainbidirectional board stress characteristic.
Secondly, the 3D finite element model of assemble- monolithic concrete compositeslab was established by ANSYS. Then, this paper analyzed the working performanceand deformation of slab under the testing state and compared the simulating result withthe testing result.
Thirdly, referenced the correlativity between the section ductility and the relativeheight of pressed part, the coefficient of amplitude modulation of secondary loadingcomposite structure was deduced. Based on the consideration about each effect factoron coefficient of amplitude modulation, the paper suggests that the moment amplitudemodulation coefficient of assemble-monolithic composite slab should be 30%.
本论文结合万科企业股份有限公司建造的国内首栋预制装配整体式混凝土试验楼，对装配整体式叠合楼板做了以下几个方面的研究：
1．对国内首栋预制装配式混凝土试验楼进行现场加载试验，分析了装配整体式叠合连续楼板在单调荷载作用下的受力性能、变形特征及内力分布特点。
试验结果表明：装配整体式叠合连续楼板具有较大的整体刚度和良好的整体工作性能，变形值较小；“预制板单向配筋，后浇层整体浇筑、双向配筋”的装配整体式叠合连续楼板，除具有单向叠合连续板的内力重分布特征外，还具有沿整体后浇层向周边板块内力调整的特点，表现出一定的双向板受力特性，按照单向连续板理论进行设计计算，偏于保守。
2．采用有限元分析软件ANSYS建立装配整体式混凝土叠合楼板的三维有限元模型，分析了其在试验工况下的受力性能及变形特征，并与试验结果进行了比较分析。
3．基于塑性铰实际转动能力不小于所需转动能力的原则，初步探讨了二次受力叠合连续结构按现浇连续结构计算弯矩调幅系数的计算公式。综合考虑弯矩调幅系数的各项控制因素，建议装配整体式叠合连续楼板支座弯矩设计值的调幅范围宜控制在30％左右。
Assemble-monolithic concrete structure is the kind of structure system fitsconstruction industrialization by comparison with the traditional cast-in-situ concretestructure. Being a style of floor slab applied widely by this structure, assemble-monolithic concrete composite slab has many advantages, such as highly constructionmechanizing, nice monolithic performance and so on. So it is can adapt to the request ofconstruction industrialization. In order to optimize the structural design and constructionmethod, and promote the development of construction industrialization, It is necessaryto research the floor slab on working performance.
Relating to the first precast assemble-monolithic concrete test building constructedby Vanke Co.,Ltd, the assemble- monolithic concrete composite slab will be studied infollowing parts.
Firstly, by loading test on the first assemble concrete structure, the assemble-monolithic concrete composite slab's working performance, deformation characteristicand internal force distributing specialty have been analyzed.
The test result indicates: Assemble- monolithic concrete composite slab has largeoverall stiffness, good whole working performance and small deflection; Assemble-monolithic concrete composite slab with "single-reinforced in precast slab,bidirectional-reinforced in cast-in-situ slab" doesn't only has the internal forceredistribution characteristic belongs to unidirectional slab, but also has certainbidirectional board stress characteristic.
Secondly, the 3D finite element model of assemble- monolithic concrete compositeslab was established by ANSYS. Then, this paper analyzed the working performanceand deformation of slab under the testing state and compared the simulating result withthe testing result.
Thirdly, referenced the correlativity between the section ductility and the relativeheight of pressed part, the coefficient of amplitude modulation of secondary loadingcomposite structure was deduced. Based on the consideration about each effect factoron coefficient of amplitude modulation, the paper suggests that the moment amplitudemodulation coefficient of assemble-monolithic composite slab should be 30%.
引文
[1] 周旺华．现代混凝土叠合结构[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998
[2] 赵顺波，张新中．混凝土叠合结构设计原理与应用[M]．北京：中国水利水电出版社，2001
[3] 薛伟辰．预制混凝土框架结构体系研究与应用进展[J]．工业建筑，2002，32(11)：47～50
[4] 严薇，曹永红，李国荣．装配式结构体系的发展与建筑工业化[J]．重庆建筑大学学报，2004，10(5)：131～136
[5] AICred A.Yee. Structural and Economical Benefits of Precast/pretressed Concrete Construction[J].PCI Journal.2001(3)
[6] ACI-ASCE Committee 333.Tentative Recommendations for the Design of omposite Beams and Girder for Buildings, J.of ACI Vol.57,NO.6,December.1960:609～628
[7] 侯小美．叠合结构的只能诊断模式研究[D]．中南大学硕士学位论文
[8] 聂磊，周旺华．叠合结构推广应用的经济效益和社会效益初析[J]．福州大学学报，1996，24(增)：321～324
[9] 过镇海等．钢筋混凝土叠合梁(叠合前后二次受力)的受力性能和设计方法的试验研究[M]．北京：清华大学出版社，1965
[10] 混凝土结构设计规范GBJ10-89[M]．北京：中国建筑工业出版社，1989
[11] 混凝土结构设计规范GB50010—2002[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002
[12] 李汝庚，张季超．混凝土结构设计原理[M]．北京：中国环境科学出版社，2003
[13] 黄赛超，陈振富，周旺华．混凝土叠合梁跨中截面的内力转移性能[J]．中南工业大学学报，1996，27(4)：405～406
[14] 龙炳煌，周旺华．叠合梁的界限受压区高度和最大配筋率公式[J]．土木工程学报，1994，27(6)：29～35
[15] 混凝土结构试验方法标准GB50152-92[M]．北京：中国建筑工业出版社，1992
[16] 陈振富，黄赛超．钢筋混凝土叠合梁受力特性分析[J]．力学与实践，2000，22(2)：29～32
[17] 广西大学土木系钢筋混凝土连续叠合梁研究组．钢筋混凝土连续叠合梁受力性能及设计方法的试验研究混凝土结构设计规范课题分项专题研究报 告，1992．10
[18] By Ziad Bayasi, Henning Kaiser, Miguel Gonzales. Composite Slabs With Corrugated Simcon Deck As Alternative For Corrugated Metal Sheets[J]. Journal of Structural Engineering/October 2001:1198～1205
[19] Andrea Dall'Asta, Alessandro Zona. Non-linear analysis of composite beams by a displacement approach[J]. Computers and Structures, 80 (2002) 2217～2228
[20] K. He, S.V. Hoa, R. Ganesan. The study of tapered laminated composite structures: a review[J]. Composites Science and Technology.60 (2000) 2643～2657
[21] 郝文化．ANSYS土木工程应用实例[M]．北京：中国水利水电出版社，2005．1
[22] 伋雨林．叠合梁的配筋界限值[J]．工业建筑，1986(2)
[23] 龚正．预压装配式预应力混凝土框架弯矩调幅实验研究与理论分析[D]．合肥工业大学硕士学位论文，2005．5
[24] 陆惠民，吕志涛．PPC超静定结构弯矩调幅限值及方法的研究[J]．东南大学学报，1999．3，29(2)：70～75
[25] 简斌，王正林，白绍良．预应力混凝土连续梁弯矩调幅建议[J]．重庆建筑大学学报，1999．4
[26] 杨春峰．无粘结预应力混凝土连续梁截面曲率延性分析与塑性设计[D]．哈尔滨工业大学硕士学位论文．2003
[27] 张利梅，赵顺波，黄承逵．钢筋混凝土材料性能与受弯构件的延性[J]．建筑技术开发，2005．1，32(1)：13～15
[28] 混凝土结构设计规范第五批科研课题综合报告汇编[M]．中国建筑科学研究院混凝土结构设计规范国家标准管理组，1996．11：IXA-1～IXA-21
[29] 薛立红，徐金声．装配整体式预应力夹层板楼盖结构设计方法[J]．建筑结构，2005，35(5)：65～68
[30] 许安邦．压型钢板—混凝土组合连续楼板受力性能研究[D]．广西大学硕士学位论文，2004．5
[31] 董琉利．混凝土非线性力学基础[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．2
[32] 黄塞超，周旺华．二次受力混凝土叠合连续梁斜截面受力性能的试验研究[J]．土木工程学报，1994．4，27(2)：65～74
[33] Scordelis, A. C. et al, Finite element analysis of reinforced beam [J]. ACI Journal,Vol.64, Match.1967.
[34] Nilsson, Arthur H., Nonlinear analysis of reinforced concrete by the finite element method[J]. ACI Joumal,Vol.65,Sept.1968.
[35] Franklin, H. A., Nonlinear analysis of reinforced concrete frames and panels. PH. D. Dissertation, Division of structural engineering and structural mechanics, University of California, Berkely, Match. 1970.
[36] Zienkiewiez, O. C., Owen, D. R. H., Phillips, D. V. and Nyak G.C., Finite element method in analysis of reactor vessels[J], Nuclear Engineering and Design.20,1972.
[37] Lin, C. S. and Scordelis, A. C., Nonlinear analysis of reinforced concrete shells of general form[J]. Journal of Structural Division, ASCE, Vol.101, No.ST3, March.1975.
[38] 陆新征，江见鲸．用ANSYS SOLID65单元分析混凝土组合构件复杂应力[J]．建筑结构，2003．6，33(6)：22～24
[39] 王依群，王福智．钢筋与混凝土间的黏结滑移在ANSYS中的模拟[J]．天津大学学报，2006．2，39(2)：209～213
[40] 张胜民．基于有限元软件ANSYS7.0的结构分析[M]．北京：清华大学出版社，2003．12
[41] 汪冬生，吴铁君．ANSYS中的钢筋混凝土单元[J]．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2004．8，28(4)：526～529
[42] 张耀庭，邱继生．ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用[J]．华中科技大学学报(城市科学版)，2003．12，20(4)：20～23
[43] 孙九春，申明文，周海俊．ANSYS分析技术在系杆拱桥施工中的应用[J]．中国市政工程，2006．4，2：41～43
[44] 王宗哲．钢筋混凝土结构的延性[M]．西安冶金建筑学院，1983．11
[45] 过镇海，时旭东．钢筋混凝土原理和分析[M]．北京：清华大学出版社，2003．12
[46] 钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程CECS51.93[M]．北京：中国工程建设标准化协会，1993．9
[47] 谢丽芳，宋建中．单调荷载下叠合受弯构件延性的试验分析[J]．长沙交通学院学报，2000．9，16(3)：61～67
[48] 回国臣，吴献．连续组合梁的弯矩调幅系数与内力重分布[J]．有色矿冶，2001．1017(5)：41～43
[49] 韩理安，刘永健，宋建中．高效预应力混凝土级混凝土叠合框架梁的调幅研究[J]．混凝土结构设计规范第五批科研课题论文，1996．11
[50] 康清梁．钢筋混凝土有限元分析[M]．北京：中国水利水电出版社，1996．10
[51] 江见鲸．钢筋混凝土结构非线性有限元分析[M]．陕西：陕西科学技术出版社1994
[52] [美]于炜文著，董军夏冰青译．冷成型钢结构设计(原文第三版)[M]．中国水利水电出版社，知识产权出版社，2003
[2] 赵顺波，张新中．混凝土叠合结构设计原理与应用[M]．北京：中国水利水电出版社，2001
[3] 薛伟辰．预制混凝土框架结构体系研究与应用进展[J]．工业建筑，2002，32(11)：47～50
[4] 严薇，曹永红，李国荣．装配式结构体系的发展与建筑工业化[J]．重庆建筑大学学报，2004，10(5)：131～136
[5] AICred A.Yee. Structural and Economical Benefits of Precast/pretressed Concrete Construction[J].PCI Journal.2001(3)
[6] ACI-ASCE Committee 333.Tentative Recommendations for the Design of omposite Beams and Girder for Buildings, J.of ACI Vol.57,NO.6,December.1960:609～628
[7] 侯小美．叠合结构的只能诊断模式研究[D]．中南大学硕士学位论文
[8] 聂磊，周旺华．叠合结构推广应用的经济效益和社会效益初析[J]．福州大学学报，1996，24(增)：321～324
[9] 过镇海等．钢筋混凝土叠合梁(叠合前后二次受力)的受力性能和设计方法的试验研究[M]．北京：清华大学出版社，1965
[10] 混凝土结构设计规范GBJ10-89[M]．北京：中国建筑工业出版社，1989
[11] 混凝土结构设计规范GB50010—2002[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002
[12] 李汝庚，张季超．混凝土结构设计原理[M]．北京：中国环境科学出版社，2003
[13] 黄赛超，陈振富，周旺华．混凝土叠合梁跨中截面的内力转移性能[J]．中南工业大学学报，1996，27(4)：405～406
[14] 龙炳煌，周旺华．叠合梁的界限受压区高度和最大配筋率公式[J]．土木工程学报，1994，27(6)：29～35
[15] 混凝土结构试验方法标准GB50152-92[M]．北京：中国建筑工业出版社，1992
[16] 陈振富，黄赛超．钢筋混凝土叠合梁受力特性分析[J]．力学与实践，2000，22(2)：29～32
[17] 广西大学土木系钢筋混凝土连续叠合梁研究组．钢筋混凝土连续叠合梁受力性能及设计方法的试验研究混凝土结构设计规范课题分项专题研究报 告，1992．10
[18] By Ziad Bayasi, Henning Kaiser, Miguel Gonzales. Composite Slabs With Corrugated Simcon Deck As Alternative For Corrugated Metal Sheets[J]. Journal of Structural Engineering/October 2001:1198～1205
[19] Andrea Dall'Asta, Alessandro Zona. Non-linear analysis of composite beams by a displacement approach[J]. Computers and Structures, 80 (2002) 2217～2228
[20] K. He, S.V. Hoa, R. Ganesan. The study of tapered laminated composite structures: a review[J]. Composites Science and Technology.60 (2000) 2643～2657
[21] 郝文化．ANSYS土木工程应用实例[M]．北京：中国水利水电出版社，2005．1
[22] 伋雨林．叠合梁的配筋界限值[J]．工业建筑，1986(2)
[23] 龚正．预压装配式预应力混凝土框架弯矩调幅实验研究与理论分析[D]．合肥工业大学硕士学位论文，2005．5
[24] 陆惠民，吕志涛．PPC超静定结构弯矩调幅限值及方法的研究[J]．东南大学学报，1999．3，29(2)：70～75
[25] 简斌，王正林，白绍良．预应力混凝土连续梁弯矩调幅建议[J]．重庆建筑大学学报，1999．4
[26] 杨春峰．无粘结预应力混凝土连续梁截面曲率延性分析与塑性设计[D]．哈尔滨工业大学硕士学位论文．2003
[27] 张利梅，赵顺波，黄承逵．钢筋混凝土材料性能与受弯构件的延性[J]．建筑技术开发，2005．1，32(1)：13～15
[28] 混凝土结构设计规范第五批科研课题综合报告汇编[M]．中国建筑科学研究院混凝土结构设计规范国家标准管理组，1996．11：IXA-1～IXA-21
[29] 薛立红，徐金声．装配整体式预应力夹层板楼盖结构设计方法[J]．建筑结构，2005，35(5)：65～68
[30] 许安邦．压型钢板—混凝土组合连续楼板受力性能研究[D]．广西大学硕士学位论文，2004．5
[31] 董琉利．混凝土非线性力学基础[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．2
[32] 黄塞超，周旺华．二次受力混凝土叠合连续梁斜截面受力性能的试验研究[J]．土木工程学报，1994．4，27(2)：65～74
[33] Scordelis, A. C. et al, Finite element analysis of reinforced beam [J]. ACI Journal,Vol.64, Match.1967.
[34] Nilsson, Arthur H., Nonlinear analysis of reinforced concrete by the finite element method[J]. ACI Joumal,Vol.65,Sept.1968.
[35] Franklin, H. A., Nonlinear analysis of reinforced concrete frames and panels. PH. D. Dissertation, Division of structural engineering and structural mechanics, University of California, Berkely, Match. 1970.
[36] Zienkiewiez, O. C., Owen, D. R. H., Phillips, D. V. and Nyak G.C., Finite element method in analysis of reactor vessels[J], Nuclear Engineering and Design.20,1972.
[37] Lin, C. S. and Scordelis, A. C., Nonlinear analysis of reinforced concrete shells of general form[J]. Journal of Structural Division, ASCE, Vol.101, No.ST3, March.1975.
[38] 陆新征，江见鲸．用ANSYS SOLID65单元分析混凝土组合构件复杂应力[J]．建筑结构，2003．6，33(6)：22～24
[39] 王依群，王福智．钢筋与混凝土间的黏结滑移在ANSYS中的模拟[J]．天津大学学报，2006．2，39(2)：209～213
[40] 张胜民．基于有限元软件ANSYS7.0的结构分析[M]．北京：清华大学出版社，2003．12
[41] 汪冬生，吴铁君．ANSYS中的钢筋混凝土单元[J]．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2004．8，28(4)：526～529
[42] 张耀庭，邱继生．ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用[J]．华中科技大学学报(城市科学版)，2003．12，20(4)：20～23
[43] 孙九春，申明文，周海俊．ANSYS分析技术在系杆拱桥施工中的应用[J]．中国市政工程，2006．4，2：41～43
[44] 王宗哲．钢筋混凝土结构的延性[M]．西安冶金建筑学院，1983．11
[45] 过镇海，时旭东．钢筋混凝土原理和分析[M]．北京：清华大学出版社，2003．12
[46] 钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程CECS51.93[M]．北京：中国工程建设标准化协会，1993．9
[47] 谢丽芳，宋建中．单调荷载下叠合受弯构件延性的试验分析[J]．长沙交通学院学报，2000．9，16(3)：61～67
[48] 回国臣，吴献．连续组合梁的弯矩调幅系数与内力重分布[J]．有色矿冶，2001．1017(5)：41～43
[49] 韩理安，刘永健，宋建中．高效预应力混凝土级混凝土叠合框架梁的调幅研究[J]．混凝土结构设计规范第五批科研课题论文，1996．11
[50] 康清梁．钢筋混凝土有限元分析[M]．北京：中国水利水电出版社，1996．10
[51] 江见鲸．钢筋混凝土结构非线性有限元分析[M]．陕西：陕西科学技术出版社1994
[52] [美]于炜文著，董军夏冰青译．冷成型钢结构设计(原文第三版)[M]．中国水利水电出版社，知识产权出版社，2003