现浇混凝土空心楼盖试验分析与有限元分析

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文第1章绪论1．1课题来源楼盖体系是建筑结构的基本组成部分之一。在多层与高层建筑中，选择合理的楼盖体系，不仅可以改善整个结构的力学性能，还可以降低造价。这是基于以下原因：(1)在多层与高层建筑中，各竖向抗侧力结构靠楼盖体系连接成为能共同工作的的整体以抵抗水平力。(2)楼盖结构的累积质量占建筑总质量的很大比例。降低楼盖质量，可大幅度减轻建筑总质量，从而减轻地震作用；同时，还可以降低墙、柱及基础的造价。(3)降低楼盖体系自身的高度，不仅可减少层高、节约建筑空间，还可以降低围护结构、管线材料及施工机具的费用。因此对于多层尤其是高层建筑而言，应选择整体性好、刚度大、质量轻、高度

2、小、满足使用要求并便于施工的楼盖体系。目前，国内外钢筋混凝土楼盖体系有如下几种：(1)现浇梁板式楼盖体系，：其优点是施工方法简单，造价相对较低，国内大部分多、高层建筑采用此类楼盖体系；它最大的弱点是结构高度大。(2)无梁楼盖体系。在建筑层高受到限制时采用，楼盖本身比较厚，钢筋用量大，比一般的梁板式楼盖增N35％；楼盖自重大，对抗震不利，其基础、柱的材料用量也相应增大。(3)无粘结预应力无梁楼盖。与无梁楼盖体系相比，钢筋混凝土用量可减少l／3，净空增加，但施工难度大，单价比一般的梁板式楼盖高20％，其最大的优点是可节约层高。(4)框架扁梁密肋楼盖。在无梁楼盖基础上，在框架部分以扁梁取代一般框架梁

3、，中部按井字格挖空，高度等效成无梁楼盖，自重可下降35,"-'40％。(5)预应力框架扁梁密肋楼盖。它可以等效为预应力无梁楼盖，而自重下降35％左右，但单方造价比前几种都高。近年来，塑料模壳技术、BDF(GBF)空心管技术在楼盖中得到了广泛应用，虽然这些结构体系和技术可以明显减轻混凝土板的重量，但还是存在的模板费用高、工艺复杂、施工困难等因素。2004年，哈尔滨市景晋建材有限责任公司工程师高家榕的国家实用新型哈尔滨工程大学硕士学位论文专利m——“以拼装棚板为模板的现浇空心楼板”(专利号：ZL032604785)，获得第四届国家专利技术优秀发明奖一等奖。通过黑龙江省建设厅组织的专家鉴定，同意在黑

4、龙江省内推广试用。该技术的原理是通过使用棚板和矩形空心盒在实心混凝土板内形成均布的矩形空格(类似于密肋板)，采用该专利技术取消了模板、减轻混凝土重量约45～55％(和等厚实心混凝土板相比)、使建筑的综台造价大大降低，有着广阔的应用前景。《以拼装棚板为模板的现浇空心楼板结构设计理论与试验研究》是黑龙江省教育厅2007科学技术研究(指导)项目。本论文主要对拼装棚模现浇混凝±空心楼盖(以后简称现浇混凝土空心楼盖)的结构破坏试验和非线性有限元分析进行研究。l2课题研究的关键问题及意义由于本课题研究对象内模的空心盒平面为矩形(230x530mm)如图11所示，使得现浇混凝土空心楼盖两个方向上肋的间距不同

5、如图12所示。空心楼盖两个方向的弯曲剐度的不同(实心板相同)导致了荷载的分配以及楼盖的承载能力、变形和裂缝等的设计计算方法和其它楼盖不同，这是本文的研究关键所在。r一—]厂一]n#][!#]甘l!!!丝婴}，——，——_—_+l1I+i卜盟斗叫空心盒短边方自图11矩形空心内模图1．2现浇混凝士卒心楼盖两个方向截面目前，国内外还没有关于此类现浇空心楼盖的受力机理、设计理论和设计方法，现有的设计程序()I]PKPM)都无法进行设计计算，结构工程设计者无法进行设计，从而影响了该专利技术的推广应用。与此同时，国内外还没有进行此类现浇混凝土空心楼盖在竖向均布荷载作用下的试验，故哈尔滨哈尔滨工程大学硕士学

6、位论文工程大学和哈尔滨市景晋建材有限责任公司进行技术合作，对现浇混凝土空心楼盖的设计理论和设计方法进行研究，并制作试验模型进行试验，测出楼盖在各级荷载作用r的挠度和最大裂缝宽度，确定楼盖的实际承载力，建立空心楼盖结构的破坏机构；通过用大型有限元计算软件对试验模型进行数值仿真，再结合试验结果进行对比，以彻底弄清这种现浇空心楼盖的破坏特点和力学性能。通过本项目的研究，为“以拼装棚扳为模板的现浇空心楼板”专利技术在我省的推广应用提供强有利的理论依据和技术支持。1．3现浇混凝土空心楼盖国内外发展概述1，3．1现浇混凝土空心楼盖应用实例1以简体、筒芯为内模的现浇混凝土空心楼盖以筒体、筒芯为内模的现浇混凝

7、土空心楼盖，是在混凝土现浇板中将起填充作用的内模——空心管体或筒体如图13，按一定规则固定到位，现场浇筑混凝土成型，不抽管，使原实心的混凝土板变成空心板。这种现浇混凝土空心楼盖可以用在边支承的楼盖结构(肋梁楼盖)中，也可以用在柱支承的楼盖结构(无梁楼盖)中。图13空心管安装施工目前应用较为广泛的空心管一般采用水泥、固化剂和塑性玻璃纤维等材料制成，壁厚为5rnm～10ntm，管径为lOOmm～500