摘要 自承式鋼筋桁架混凝土疊合板是一種新型的疊合樓蓋形式，因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件中 有鋼筋小桁架的存在。故其在施工階段的短期剛度比普通的疊合樓蓋要大。具有 在施工階段無需模板、板底不加支撐的優(yōu)良特性，特別適合于鋼結(jié)構(gòu)住宅中梁、 柱工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)安裝，快速旖工的工業(yè)化要求。 筆者在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有疊合式受彎構(gòu)件剛度計(jì)算理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)自承式鋼筋 桁架混凝土疊合板的截面形式特點(diǎn)，按照預(yù)制構(gòu)件的中和軸與疊合面的相對(duì)位置 及第一階段( 施工階段) 彎矩值相對(duì)其開裂彎矩的大小分為四類，采用不同的公式 計(jì)算預(yù)制構(gòu)件的短期剛度。在推導(dǎo)出了預(yù)制構(gòu)件的短期剛度之后，研究了疊合構(gòu) 件的受拉鋼筋應(yīng)力，長(zhǎng)期剛度，裂縫寬度，受壓鋼筋所需腹桿支撐間距的計(jì)算， 以及預(yù)制板吊裝的驗(yàn)算。從而完成了對(duì)自承式鋼筋桁架混凝土疊合板作為單向板 考慮的全過程的設(shè)計(jì)理論研究。 通過變化預(yù)制板的四個(gè)參數(shù)，建立十六個(gè)有限元模型，研究了預(yù)制板厚度、 鋼筋桁架上下弦鋼筋軸心距離、預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級(jí)及腹桿直徑對(duì)自承式鋼筋 桁架混凝土疊合板預(yù)制構(gòu)件短期剛度的影響，并將分析結(jié)果與預(yù)制構(gòu)件短期剛度 公式進(jìn)行了驗(yàn)證。 最后通過一個(gè)算例演示出自承式鋼筋桁架混凝土疊合板作為單向板計(jì)算( 第 一階段為簡(jiǎn)支板，第二階段為連續(xù)板1 的全過程。編制了簡(jiǎn)單的計(jì)算程序，完成 了房屋建筑結(jié)構(gòu)中一些常用跨度的樓板的設(shè)計(jì)，按照規(guī)范的承載力要求和正常使 用狀態(tài)要求，完成了板寬為6 0 0 m m 板的各基本跨度的設(shè)計(jì)計(jì)算，并編制成表， 方便工程設(shè)計(jì)中選用。 關(guān)鍵詞：鋼筋桁架，疊合板，中和軸相對(duì)疊合面位置，短期剛度，長(zhǎng)期剛度， 無支撐 a b s t r a c t c o m p o s i t es l a bb y s t e e lb a rt r u s sa n dc o n c r e t ei san e ws t y l eo ff l o o r s l a b b e c a u s et h e r ea r et h es m a l ls t e e lb a rt r u s s e si np r e c a s tm e m b e r , i t s s h o r t - t e r mr i g i d i t yi sh i g h e rt h a nt h en o r m a lc o m p o s i t ef l o o rs l a b t h i s k i n d o fs t r u c t u r a ls y s t e mh a si t sa d v a n t a s ea n df e a t u r et h a ti td u e s n tn e e d t e m p l a t ea n dt e m p o r a r yc o n s t r u c t i o ns u p p o r t s a ts l a bb o t t o m i ti s e s p e c i a l l yf i t sf o rf a c t o r y - p r e f a bb e a ma n dp i l l a ri ns t e e ls t r u c t u r a lh o u s e , f i x i n gm e m b e r s o ns p o ta n dt h er e q u i r e m e n to ff a s tc o n s t r u c t i o n b a s e do nt h ee m s t i n gt h e o r i e so ff l e x u r a lm e m b e r si nt h ec o u n t r ya n d a b r o a d ，t h ea u t h o rd e v e l o p e dd i f f e r e n tf o r m u l a st oc a l c u l a t es h o r t - t e r m r i g i d i t yo fp r e c a s tm e m b e r ，a c c o r d i n gt ot h e f l o wp o i n t 1 r e l a t i v e l o c a t i o no ft h en e u t r o n - a x i sa n dt h ec o m b i n e di n t e r f a c eo fs l a b ：2 r e l a t i v ev a l u eo ft h em o m e n ti nf i r s tp h a s ea n dt h ec r a c k i n gm o m e n to f t h ep r e c a s ts l a b a f t e rt h ec a l c u l a t i o nf o r m u l ao fs l a bs h o r t - t e r mr i g i d i t y i sf o u n d , t h ea u t h o rr e s e a r c ht h ec a l c u l a t i o no ft h es t r e s so fb o t t o ms t e e l b a r , l o n g - t e r mr i g i d i t y , t h ew i d t ho fc r a c k , t h ep r e s s e ds t e e lb a r sl e n g t h s u p p o r t e db yt h ew e bm e m b e r , a n dt h eh o i s to ft h ep r e c a s ts l a b a f t e r t h e s e ，a l ld e s i g nt h e o r i e so ft h ec o m p o s i t es l a bb ys t e e lb a rt r u s sa n d c o n c r e t ec a l c u l a t e 鵲o n ew a ys l a bi sf o u n d t h e nt h ei n f l u e n c eo fs e v e r a lp a r a m e t e r st ot h es h o r t - t e r mr i g i d i t yo f p r e c a s ts l a bi sa n a l y z e d ，s u c ha st h et h i c k n e s so fp r e c a s ts l a b ，t h ea x i s d i s t a n c eb e t w e e nt h et o pm e m b e ra n dt h eb o t t o mm e m b e r , c o n c r e t e s t r e n g t h ，t h er a d i u so fw e bm e m b e r a n dc o m p a r et h ef e ar e s u l tt ot h e t h e o l yr e s u l t a tl a s t ，ad e s i g ne x a m p l eo fc o m p o s i t es l a bb ys t e e lb a rt r u s sa n d c o n c r e t e o l l ew a ys l a b ( s i m p l ys u p p o r ts l a bi nf l r s tp h a s e c o n t i n u o u s s l a bi ns e c o n dp h a s e ) i sp r e s e n t ，i no r d e rt oe x h i b i tt h ea l ls t e p so ft h e d e s i g n al i t t l ec o m p u t e rp r o g r a mi se d i tt od e s i g nt h eu s u a ls p a ns l a bi n b u i l d i n gc o n s t r u c t i o nb a s e do nt h er u l e so fb e a r i n gc a p a c i t ya n dn o r m a l l i m i ts t a t e t h eu s u a ls p a ns l a b ( 6 0 0 m mw i d t h ) i sc o m p l e t e di nc h a p t e r4 t h er e s u l ti sl i s ti no r d e rt oe a s i l yc h o o s ei nt h el a t t e rd e s i g n k e y w o r d s ：s t e e lb a rt r u s s ，c o m p o s i t es l a b ，r e l a t i v el o c a t i o no ft h e ? n e u t r o n = a x i sa n dt h ec o m b i n e di n t e r f a c eo fs l a b ，s h o r t = t e r mr i g i d i t y , l o n g = t e r mr i g i d i t y , n os u p p o r t m ? 原創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的 地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包 含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書使用過的材料。與我共同 工作的同志對(duì)本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。 作者簽名：度盔日期：立! 年互月叢日 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)說明 本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有 權(quán)保留學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論 文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其他手段保存學(xué)位論文； 學(xué)?？筛鶕?jù)國(guó)家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文。 作者簽名：j 墊趙導(dǎo)師簽名：蝴日期l 世j 月紅日 碩士學(xué)位論文第一章緒論 第一章緒論 近年來，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和我國(guó)住房體制發(fā)生巨大變化的背景下，國(guó)民 收入穩(wěn)步提高，舊的住房分配體制已被打破，新的住房體制已經(jīng)形成，至2 0 0 6 年，我國(guó)的人均o d p 達(dá)到1 4 5 0 美元左右，住宅建設(shè)在近年取得了前所未有的巨 大發(fā)展，正處在城市化發(fā)展和住房消費(fèi)的上升階段。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，到2 0 1 0 年，我國(guó)城鎮(zhèn)化水平將達(dá)到4 0 0 , 5 ，2 0 2 0 年預(yù)計(jì)為5 0 左右，城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)率估計(jì)按 每年1 0 5 個(gè)百分點(diǎn)左右的比例增長(zhǎng)。照這樣的城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)速度，為滿足我國(guó)城 鄉(xiāng)居民的居住需求，預(yù)計(jì)每年需建造住房面積為1 5 億m 2 。 為滿足城市化進(jìn)程快速推進(jìn)的要求，住宅產(chǎn)業(yè)化是一條切實(shí)可行的道路，住 宅產(chǎn)業(yè)化是通過工業(yè)化生產(chǎn)方式生產(chǎn)住宅，以提高建設(shè)效率，降低建設(shè)成本。在 住宅產(chǎn)業(yè)化這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)下，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展迎來了一個(gè)高速發(fā)展的契機(jī)。鋼 結(jié)構(gòu)住宅是住宅建筑的一個(gè)分支，與砌體結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成住 宅建筑結(jié)構(gòu)四大體系。它以工業(yè)化生產(chǎn)的銅梁、鋼柱為骨架，配合可以快速施工 的鋼混凝土組合樓板、預(yù)制混凝土板或疊合樓板，再輔以新型輕質(zhì)墻體材料作 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，則可以形成設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、制造工業(yè)化、安裝機(jī)械化的整個(gè)裝配式結(jié) 構(gòu)體系。本文將研究一種可與鋼結(jié)構(gòu)住宅快速施工配套的自承式鋼筋桁架混凝土 疊合樓板，其應(yīng)用前景廣泛，與鋼結(jié)構(gòu)體系和普通混凝土結(jié)構(gòu)體系均有著良好的 契合度。 1 概述 整澆式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最早形式，眾所周知，這種結(jié)構(gòu) 具有整體性好剛度大的優(yōu)點(diǎn)，但相應(yīng)也有很多缺點(diǎn)。例如：費(fèi)工大、費(fèi)木料多、 施工周期長(zhǎng)，生產(chǎn)較難工業(yè)化等。因此，人們逐漸將整澆式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā) 展成裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。裝配式結(jié)構(gòu)可使建筑構(gòu)件工業(yè)化，制造不受季節(jié)限 制，能加快施工進(jìn)度，還可免去大部分施工模板。但這種結(jié)構(gòu)的致命缺點(diǎn)是整體 性差，不利于抗震。于是人們想到了結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)的混凝土疊合結(jié)構(gòu)。 混凝疊合結(jié)構(gòu)，就是將整澆式結(jié)構(gòu)根據(jù)其使用和制造時(shí)的受力特點(diǎn)改變?yōu)?預(yù)制的單個(gè)構(gòu)件部分和現(xiàn)澆部分，其中預(yù)制的單個(gè)構(gòu)件部分在工廠制造，然后將 碩士學(xué)位論文第一章緒論 其運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配，預(yù)制構(gòu)件承受旌工階段的荷載，兼起后澆層混凝土的模板 作用，再在其上澆搗現(xiàn)澆部分，待現(xiàn)澆部分混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后，預(yù)制構(gòu)件和 現(xiàn)澆層形成混凝土疊合式整體構(gòu)件，二者共同承受使用階段的各種荷載。圖1 - 1 ( a ) 為9 0 年代中期某廠房中汽機(jī)房、鍋爐房疊合式屋蓋的圖片。為除氧煤倉(cāng)間疊 合式樓板現(xiàn)場(chǎng)施工圖片。 ( a ) 汽機(jī)房、鍋爐房疊合式屋蓋的圖片 ( b ) 除氧煤倉(cāng)問疊舍式樓板現(xiàn)場(chǎng)施工圖片 圖1 - 1 萊廠房的疊合樓蓋現(xiàn)場(chǎng)圖片 2 碩士學(xué)位論文第一章緒論 1 2 混凝土疊合結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 按照疊合式結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件在工廠預(yù)制，疊合層到工地現(xiàn)澆這種制造工藝的特 點(diǎn)，可以看出這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面【魄】刪： 1 ) 這種結(jié)構(gòu)的主要受力部分在工廠制造，機(jī)械化程度高，專業(yè)技術(shù)熟練，構(gòu) 件質(zhì)量高； 2 ) 預(yù)制構(gòu)件的模板可以重復(fù)使用，現(xiàn)澆部分施工時(shí)，可以利用預(yù)制構(gòu)件作腳 手架和模板，比整體式結(jié)構(gòu)省工省料，還能縮短工期； ”可以配合截面各部分的受力情況，利用不同等級(jí)和不同成分的混凝土以節(jié) 省水泥，因?yàn)橛鞋F(xiàn)澆層的存在，可以做成連續(xù)結(jié)構(gòu)，相對(duì)純裝配式樓蓋可以節(jié)省 水泥和鋼筋用量達(dá)到2 0 ； 4 ) 混凝土疊合結(jié)構(gòu)中的預(yù)制構(gòu)件，因?yàn)轶w積小，重量輕，運(yùn)輸安裝都比較方 便，比傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)的靈活性和適用性更大； 5 ) 相對(duì)傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)，有較好的整體剛度，裂縫控制性能和抗震性能； 6 ) 與鋼結(jié)構(gòu)體系中現(xiàn)有的壓型鋼板餛凝土組合樓蓋相比，既保持了可和鋼 結(jié)構(gòu)梁柱配合快速施工的要求，又節(jié)約了壓型鋼板的使用，降低了工程造價(jià)。 當(dāng)然混凝土疊合結(jié)構(gòu)在具有上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在一定的缺點(diǎn)。 1 ) 這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次澆注，整個(gè)構(gòu)件由預(yù)制構(gòu)件和疊合層混凝土兩種新舊混 凝土共同工作，計(jì)算復(fù)雜，設(shè)計(jì)工作量大，但是只要對(duì)疊合結(jié)構(gòu)的二階段受力特 點(diǎn)有清楚的認(rèn)識(shí)，在加上對(duì)規(guī)范條文的理解和正確執(zhí)行，則設(shè)計(jì)人員可以很好的 掌握疊合式受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì) 另外疊合構(gòu)件中新舊混凝土的協(xié)同工作的穩(wěn)定性是人們最為關(guān)心的問題， 這個(gè)問題在經(jīng)過國(guó)內(nèi)外多年來的大量實(shí)驗(yàn)研究后0 1 1 4 1 ，已證明通過一定的構(gòu)造措 施，完全可以保證其整體共同工作。若干混凝土疊合式結(jié)構(gòu)的施工實(shí)踐也完全證 明了這一點(diǎn)嘲嘲川。 3 ) 混凝土疊合結(jié)構(gòu)對(duì)施工也有著較高的技術(shù)要求，包括預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸，吊 裝和現(xiàn)場(chǎng)施工等，但在我國(guó)加入w t o 這樣的環(huán)境下，建筑企業(yè)也必須依靠技術(shù) 進(jìn)步，提高從業(yè)人員素質(zhì)才能形成自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力，在嚴(yán)峻的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中 成長(zhǎng)壯大起來，在這樣的背景下，疊合結(jié)構(gòu)在推廣過程中遇到的施工問題必將得 到解決。 1 3 混凝土疊合結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況 1 3 1 國(guó)外的發(fā)展情況 3 碩士學(xué)位論文第一章緒論 國(guó)外在2 0 世紀(jì)2 0 年代開始把混凝土疊合結(jié)構(gòu)用在橋梁上i s ，4 0 年代開始用 在房屋建筑上。5 0 年代在建筑上取得較大發(fā)展。最初的混凝土疊合結(jié)構(gòu)是鋼粱 與現(xiàn)澆混凝土板的組合，也有采用木梁和現(xiàn)澆混凝土板組合的，以后發(fā)展為預(yù)制 鋼筋混凝土構(gòu)件與現(xiàn)澆板的組合和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件與現(xiàn)澆板的組合，近幾年的 發(fā)展趨勢(shì)是鋼一混凝土疊合結(jié)構(gòu)，以下就這種結(jié)構(gòu)在民用房屋和工業(yè)廠房中的應(yīng) 用分別加以介紹。 民用建筑方面：國(guó)外5 0 年代用的比較多的是一種工業(yè)生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力棒，在其 上澆低強(qiáng)度混凝土，稱為綜合結(jié)構(gòu)，如圖1 _ 2 所示： 園國(guó)冒冒 圖1 - 2 田外5 0 年代的綜合結(jié)構(gòu) 現(xiàn)澆混凝土層 空心一塊 釉力斛 ，l， 圖卜3 。件塔爾唐。式結(jié)構(gòu) 圖l - 4 。比藏”式裝配式結(jié)構(gòu) 至7 0 年代以后，各個(gè)國(guó)家根據(jù)自己國(guó)家的實(shí)際情況和生產(chǎn)條件，均研制出了 適合自己國(guó)家情況的疊合結(jié)構(gòu)形式。如波蘭采用一種稱作d m s z 式的疊合結(jié)構(gòu) 樓面即用預(yù)應(yīng)力小梁傲裝配式承重構(gòu)件，在小梁上擱預(yù)帝秸土空心砌塊，再在上 面澆整體混凝土，使三者共同工作；英國(guó)在居住房屋、學(xué)校醫(yī)院中廣泛采用一種 “什塔爾唐”的疊合結(jié)構(gòu)樓面( 圖1 - 3 ) 相對(duì)全裝配式節(jié)約鋼材；還開發(fā)出一種“比 藏”式預(yù)應(yīng)力混凝土薄板( 圖1 - 4 ) , 其通過燕尾式的溝槽來保證新舊混凝土的結(jié) 合：前蘇聯(lián)在成功的將英國(guó)的這種預(yù)應(yīng)力薄板應(yīng)用在其南方地區(qū)的抗震結(jié)構(gòu)上 唧；法國(guó)和德國(guó)廣泛采用這種預(yù)應(yīng)力薄板制作混凝土疊合式裝配整體樓蓋，在疊 合面上加剪力鋼筋，并提出了設(shè)計(jì)施工規(guī)程【1 川：日本熊谷組公司新開發(fā)出了一種 p c 疊合板構(gòu)件( 下部板預(yù)制，上面現(xiàn)澆一層) ，都取得了良好的應(yīng)用效果。 工業(yè)建筑方面：國(guó)外在5 0 年代即開始采用混凝土疊合式籀體結(jié)構(gòu)，6 0 年代 得到較大發(fā)展，7 0 年代后向著構(gòu)件定型化、體系化前進(jìn)。在多層工業(yè)廠房樓蓋 方面，國(guó)外一般采用下述兩種型式：粱板預(yù)制再在其上澆整體部分混凝土，梁預(yù) 制板全部現(xiàn)澆。 4 碩士學(xué)位論文第一章緒論 近年來的發(fā)展趨勢(shì)是鋼一混凝土疊合結(jié)構(gòu)，是一種由工字鋼梁上設(shè)置抗剪鉚 釘，鉚釘與有規(guī)則的波紋狀壓型鋼板連接，壓型鋼板上澆注混凝土，形成鋼混 凝土疊合結(jié)構(gòu)【1 1 】。其一般形式如圖1 - 5 ，圖l - 6 所示。 圖1 , - 5 鋼一混凝土組合樓蓋圖圖t - 6 鋼一混凝土疊合樓板割面 1 3 2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況 民用建筑方面： 我國(guó)從1 9 5 7 年開始生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力棒、預(yù)應(yīng)力薄板和雙層空心板等裝配整體式 構(gòu)件。1 9 6 1 年同濟(jì)大學(xué)朱伯龍等研制了種裝配整體式密肋樓板，預(yù)制部分為 i 字型小梁和薄板，面層為現(xiàn)澆混凝土，天花平頂為預(yù)制薄板放在i 字型小梁下 部翼緣上【1 2 1 。國(guó)內(nèi)高層建筑中首先采用混凝土疊合裝配式整體結(jié)構(gòu)的是北京民 族飯店和北京民航局辦公大樓。7 0 年代我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制小梁與現(xiàn)澆板相 結(jié)合的混凝土疊合式屋面得到發(fā)展，先后在天津、浙江、廣東等省市建造了一批 采用這種結(jié)構(gòu)的房屋，經(jīng)濟(jì)效果很好。自8 0 年代起，疊合結(jié)構(gòu)開始更多的應(yīng)用 到高層建筑樓蓋結(jié)構(gòu)中去，這段時(shí)間的項(xiàng)目有北京國(guó)際大廈( 3 3 層，高1 0 1 n 1 ) 、 西苑飯店( 2 9 層，高9 6 m ) 、昆侖飯店( 3 0 層，高9 9 9 m ) 、武漢金源世界中心( 2 8 層，高9 7 5 m ) 、武漢友誼大廈( 3 3 層，高1 0 5 m ) 等，截止9 0 年代中期約有2 0 多 棟高層建筑采用了疊合結(jié)構(gòu)【1 3 1 。中國(guó)建筑技術(shù)研究院標(biāo)準(zhǔn)所已編制了預(yù)應(yīng)力疊 合板的標(biāo)準(zhǔn)圖集，為更廣泛的推廣這種結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件。 工業(yè)建筑方面： 1 9 5 9 年一機(jī)部一院出版了疊合構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖。桂林橡膠工業(yè)設(shè)計(jì)研究 院，從1 9 6 2 年到7 0 年代末，共設(shè)計(jì)了4 0 多個(gè)裝配整體式多層工業(yè)廠房。我 國(guó)有色冶金多層工業(yè)廠房，從1 9 6 4 年開始廣泛次用裝配整體式疊合結(jié)構(gòu)，如熔 煉、燒結(jié)、電爐、干燥和煤氣站等。輕工業(yè)部各設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)造紙廠、酒廠、糖 5 碩士學(xué)位論文 第一章緒論 廠等輕工業(yè)廠房時(shí)，為了滿足生產(chǎn)的要求，也廣泛采用了裝配整體式混凝土疊合 結(jié)構(gòu)，積累了豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 1 9 7 2 年遼寧工業(yè)設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)本溪鋼鐵公司1 2 0 t 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼車間時(shí) 采用了裝配整體式疊合結(jié)構(gòu)；1 9 8 3 年四川省電力設(shè)計(jì)院在四川省云陽縣和南川 縣各設(shè)計(jì)一個(gè)2 x 3 0 0 0 k w 的火電廠，結(jié)合當(dāng)?shù)厝狈Υ笮推鹬卦O(shè)備和缺乏木材的具 體情況，采用了疊合結(jié)構(gòu)，取得了很高的經(jīng)濟(jì)效果。另外北京，上海各地均有一 些實(shí)施案例，不一一列舉 9 0 年代這種結(jié)構(gòu)發(fā)展為高效預(yù)應(yīng)力混凝土疊合結(jié)構(gòu)，其充分利用了高強(qiáng)鋼 絲的優(yōu)良特性，可產(chǎn)生更優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)近年還出現(xiàn)了一種新型的疊合結(jié) 構(gòu)，是一種由工字鋼粱、壓型鋼板與小型鋼筋桁架與現(xiàn)澆混凝土共同形成的資承 式鋼混凝土疊合結(jié)構(gòu)，如圖1 - 7 所示。 圖1 - 7 自承式鋼一混凝土組合樓蓋圖 1 4 本文的研究?jī)?nèi)容、目的和方法 1 4 1 鋼筋桁架混凝土疊合板的簡(jiǎn)介 本文中的自承鋼筋桁架混凝土疊合板，用彎折成形的細(xì)鋼筋將混凝土樓板的 上下層鋼筋連接起來，組成能夠承受荷載的空間小桁架，再結(jié)合混凝土預(yù)制層， 組成一個(gè)新型的樓板體系，它能在施工階段承受濕混凝土現(xiàn)澆層的重量和施工荷 載。等現(xiàn)澆層混凝土成型以后，鋼筋桁架成為混凝土樓板的上下層配筋，承受后 期的各項(xiàng)使用荷載。它特別適用于多層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系中，配合鋼結(jié)構(gòu)住宅 體系中梁柱在工廠預(yù)制，然后到工地現(xiàn)場(chǎng)裝配的施工速度快的特點(diǎn)，免支模，免 支撐，使建筑構(gòu)件盡量工廠化，提高了構(gòu)件質(zhì)量，節(jié)約木材，加快了施工速度。 圖卜8 ，l _ 9 是一個(gè)自承式鋼筋桁架混凝土預(yù)制板的簡(jiǎn)單圖示： 6 碩士學(xué)位論文 第一章緒論 圈l - 8 自承式鋼筋桁架混凝土預(yù)制板的3 d 圖 b 1 2 5 0 2 5 0 2 5 02 5 02 5 0慰2 5 02 5 0 【2 【2 【2 5 0 1 2 8 0 0 1 111 a 一一a 魚壘；型叁出 b 一一b 圖1 - 9 自承式鋼筋桁架混凝土預(yù)制板的c a d 簡(jiǎn)圖 自承式鋼筋桁架混凝土疊合板與現(xiàn)澆樓板比，節(jié)約模板，省去支撐，縮短了 工期；與傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)比，有更好的整體性，更好的抗震性；與壓型鋼板一混 凝土組合樓板相比，節(jié)約了壓型鋼板，因?yàn)閴盒弯摪宀荒芡耆娲宓南虏夸摻睿?其直接與外部空氣接觸，存在著銹蝕問題，容易引起結(jié)構(gòu)不安全。另外由于此種 碩士學(xué)位論文第一章緒論 板型有小鋼筋桁架中腹桿的存在，使得疊合層與預(yù)制層的抗剪連接更為可靠，其 二者的共同工作有更好的保證。 1 4 2 研究的目的 自承式鋼筋桁架混凝土疊合板是近年才出現(xiàn)的一種新型疊合受彎構(gòu)件，國(guó)內(nèi) 外對(duì)此種結(jié)構(gòu)的研究甚少。 其與普通疊合受彎構(gòu)件的相同之處在于；均為二階段受力體系，預(yù)制板在工 廠制造，然后到現(xiàn)場(chǎng)組裝并現(xiàn)澆一層混凝土，第一階段為簡(jiǎn)支構(gòu)件，第二階段可 以形成連續(xù)構(gòu)件。從截面受力上講同樣存在。受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力超前”，。受壓區(qū)后 澆混凝土應(yīng)變滯后”這樣的受力特點(diǎn)。 其不同之處在于；由于有突出疊合面的鋼筋小桁架的存在，以前關(guān)于預(yù)制構(gòu) 件剛度的計(jì)算方法變得不太適用，對(duì)預(yù)制構(gòu)件剛度的計(jì)算存在問題，而剛度計(jì)算 直接影響到構(gòu)件應(yīng)力，撓度，裂縫等的控制。承載能力計(jì)算和正常使用狀態(tài)的驗(yàn) 算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本環(huán)節(jié)，這必然迫切的要求尋找出一種新的適合于此種新結(jié) 構(gòu)的計(jì)算方法來完成這個(gè)工作。 本文正是希望通過對(duì)自承式鋼筋桁架混凝土疊合板第一階段工作情況的研究 得出預(yù)制構(gòu)件剛度的合適計(jì)算公式，從而完成對(duì)這種構(gòu)件應(yīng)力，撓度，裂縫的計(jì) 算工作。 1 4 3 研究的方法 首先在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有疊合式受彎構(gòu)件剛度計(jì)算理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)自承式鋼筋 桁架混凝土疊合板的截面形式特點(diǎn)，推導(dǎo)出與此種板型相吻合的構(gòu)件第一階段的 短期剛度計(jì)算公式。 再通過有限元建模分析，將模型撓度計(jì)算結(jié)果與浙江大學(xué)“自承式鋼筋桁架 混凝土疊合板性能研究”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的撓度結(jié)果相比較以驗(yàn)證有限元模型的正確 性。在與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過有限元模型中將各類影響參數(shù)進(jìn)行變化， ；l _ 研究各參數(shù)變化對(duì)第一階段構(gòu)件短期剛度的影響。從而避免在進(jìn)行這種足尺組 合板實(shí)驗(yàn)所需要的巨大經(jīng)濟(jì)投入。通過十六個(gè)有限元模型研究預(yù)制板的板厚、鋼 筋桁架的上下弦軸心距離、混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋桁架腹桿直徑這四個(gè)參數(shù)對(duì) 預(yù)制板短期剛度的影響。 將本文中推導(dǎo)出的理論公式與有限元分析出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以觀察這種計(jì) 算方法與有限元模擬的誤差。在得出構(gòu)件第一階段的短期剛度的基礎(chǔ)上進(jìn)行第一 8 碩士學(xué)位論文 第一章緒論 階段短期撓度計(jì)算，受壓鋼筋所需腹桿支撐最大間距的計(jì)算；第二階段鋼筋應(yīng)力 計(jì)算、長(zhǎng)期撓度計(jì)算、裂縫寬度計(jì)算，完成將自承式鋼筋桁架混凝土疊合板作為 單向板計(jì)算的全部過程。 文章最后通過一個(gè)算例演示出自承式鋼筋桁架混凝土疊合板作為單向板計(jì)算 的全過程，編制出簡(jiǎn)單的計(jì)算程序，完成了房屋建筑結(jié)構(gòu)中一些常用跨度的樓板 的設(shè)計(jì)，按照規(guī)范的承載力要求和正常使用狀態(tài)要求，完成了板寬為6 0 0 r a m 板 的各基本跨度的設(shè)計(jì)計(jì)算，并編制成表，方便工程設(shè)計(jì)中選用。 9 碩士學(xué)位論文第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 2 1 普通疊合結(jié)構(gòu)施工階段短期剛度的計(jì)算方法 2 1 1 概述 依據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，鋼筋混凝土構(gòu)件都是帶裂縫工作的，但混 凝土是非彈性材料，受力后會(huì)發(fā)生塑性變形，這與材力中的勻質(zhì)材料是不同的。 對(duì)彈性勻質(zhì)材料而言，其截面抗彎剛度日是常數(shù)，由曲率妒= 蘭可知，截面上 刖 彎矩與曲率成線性關(guān)系。而鋼筋混凝土抗彎構(gòu)件在開裂后，因?yàn)橛辛芽p的存在， 其中和軸的高度、受壓邊緣混凝土應(yīng)變和受拉鋼筋應(yīng)變會(huì)隨著截面的位置不同而 變化，其朋一p 關(guān)系會(huì)與勻質(zhì)彈性材辯有很大不同。 為了確定一個(gè)鋼筋混凝土構(gòu)件的截面剛度及其變化過程，最簡(jiǎn)單最直接的方 法是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，量測(cè)其彎矩曲率曲線【1 4 1 ”】。圖2 _ l 是根據(jù)試驗(yàn)量測(cè)結(jié)果繪制的 適筋梁的彎矩平均曲率的典型關(guān)系。曲率的增長(zhǎng)過程中可看到兩個(gè)明顯的拐點(diǎn)： 試件開裂( m j i ) 后，曲率突增，曲線出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折。斜率迅速減小。不久， 裂縫處于平穩(wěn)發(fā)展階段，曲率的增長(zhǎng)率減緩，即曲率斜率增大，形成拐點(diǎn)a ； 臨近鋼筋屈服( 材。) 時(shí)，曲率加速增長(zhǎng)，曲線的斜率再次迅速減小，出現(xiàn)拐點(diǎn)b 。 m m u m y 0 圖2 - 1 適筋梁的彎矩一平均曲率的典型關(guān)系 從理論上講：混凝土受彎構(gòu)件的截面彎曲剛度應(yīng)取為肘一妒曲線上相應(yīng)點(diǎn) 處的斜率d 膨酗，這種做法比較準(zhǔn)確，但相當(dāng)復(fù)雜，不便于工程應(yīng)用，其一般 只用于結(jié)構(gòu)受力性能全過程的分析。 碩士學(xué)位論文第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 在工程實(shí)踐中，最經(jīng)常需要解決的問題是：驗(yàn)算構(gòu)件在使用荷載作用下的撓度 值，一般不需要進(jìn)行變形的全過程分析，因而可采用實(shí)用些的計(jì)算方法。目前解 決問題的辦法是，通過一定的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，首先確定構(gòu)件在短期荷載下 的剛度曰。，然后考慮長(zhǎng)期荷載的影響，以計(jì)算構(gòu)件正常使用階段的撓度。 混凝土疊合式受彎構(gòu)件的截面剛度也是基于前述概念的前提下進(jìn)行研究的， 所不同的是：疊合結(jié)構(gòu)具有二階段制造和二次受力的特點(diǎn)，其受力性能與一次受 力的同條件下對(duì)比梁有較大區(qū)別，存在著“鋼筋應(yīng)力超前”“受壓疊合層混凝土 應(yīng)變滯后”的現(xiàn)象，其中疊合高度比甌( _ i l o 。，i l d ，預(yù)制構(gòu)件有效高度與疊合構(gòu)件有 效高度之比) 和一次受力時(shí)的彎矩比口。( m i i m k ，預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)彎矩與疊合構(gòu)件 標(biāo)準(zhǔn)彎矩的比值) 對(duì)疊合結(jié)構(gòu)的開裂彎矩及使用性能有較大的影響，其兩個(gè)階段 的截面剛度不同，在第二階段疊合構(gòu)件的變形增長(zhǎng)較整澆梁小，但兩個(gè)階段的變 形總量仍大于整澆構(gòu)件。 對(duì)于疊合結(jié)構(gòu)的剛度計(jì)算方法，存在著不同的理論和表達(dá)式，大體上如下所 述i 2 1 2 剛度解析法 此種方法為我國(guó)規(guī)范【1 q 所采用，施工階段不加支撐的疊合式受彎構(gòu)件，應(yīng) 對(duì)疊合構(gòu)件及其預(yù)制構(gòu)件部分分別進(jìn)行計(jì)算。 材料力學(xué)中均質(zhì)彈性梁的推導(dǎo)中應(yīng)用了三個(gè)基本關(guān)系：1 ) 靜力平衡關(guān)系 平衡方程：2 ) 幾何關(guān)系平截面假定；3 ) 物理關(guān)系虎克定律。從而建 立了均質(zhì)彈性梁的撓度計(jì)算公式： = a 娶 ( 2 一1 ) i z _ 一1 ) 口 、 式中，梁跨中最大撓度； 口與荷載形式、支承條件有關(guān)的參數(shù)，如計(jì)算承受均布荷載簡(jiǎn)支梁的跨 中撓度時(shí)，口= 5 4 8 ； m 粱跨中的最大彎矩； z - 粱的計(jì)算跨度； 口梁的截面剛度。 但是，鋼筋混凝土梁是由不同材料構(gòu)成的非均質(zhì)梁，在構(gòu)件即將出現(xiàn)裂縫時(shí)， 受拉區(qū)混凝士已進(jìn)入塑性狀態(tài)，并且在長(zhǎng)期荷載作用下，由于構(gòu)件上裂縫的開張 碩士學(xué)位論文第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 以及混凝土徐變等原因，構(gòu)件剛度會(huì)隨荷載增加、時(shí)間延長(zhǎng)而下降。在混凝土受 彎構(gòu)件中，其撓度計(jì)算仍可用到材料力學(xué)中的計(jì)算公式，但構(gòu)件的剛度不再是常 量，需要考慮剛度隨荷載的變化即短期剛度的計(jì)算、隨時(shí)問的變化即長(zhǎng)期剛度的 計(jì)算。 我國(guó)規(guī)范中關(guān)于疊合結(jié)構(gòu)的剛度計(jì)算公式： 截面曲率計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2 - 2 ，綜合考慮均質(zhì)彈性梁的幾何，物理和靜力關(guān)系， 得出其變形曲線的曲率公式： l = 等j e = 瓦m s ( 2 _ 2 ) 關(guān)于鋼筋混凝土疊合構(gòu)件中預(yù)制構(gòu)件的短期剛度可按普通鋼筋混凝土構(gòu) 件的公式計(jì)算： 恥茲115y+02-f 6 a z p 其推導(dǎo)過程 由平截面假定得： 圈2 - 2 截面曲率計(jì)算簡(jiǎn)圖 冉舟4 f f才塒 碩士學(xué)位論文 第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 上：壘壘 以 e = 簣j 皿= 盟e m + 8 m 對(duì)混凝土受壓區(qū)合力作用點(diǎn)取矩求得： - m - 2 歸，2 妒石西s 緲一受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)； 對(duì)受拉鋼筋合力作用點(diǎn)取矩求得： - m - 2 面囂a 代入前面的計(jì)算式： e = 盟s a w - i - 6 。= 盎篷 緲正。a 。 ，7 。e c 6 善 令 則有 p ：生 眠 ：拿 1 5 c e 2 羞 ，7f 根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料得玎在( 0 8 3 o 9 3 ) 之間，近似取玎= o 8 7 ， 平均應(yīng)變綜合系數(shù)可按下式計(jì)算： 竺也：0 2 + 絲旦 1 + 3 5 y f j 從而得到受彎構(gòu)件的短期剛度計(jì)算公式： 恥忑掛 1 + 3 5 y f ( 2 - _ 4 ) ( 2 - - 5 ) 卿 ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 一1 0 ) ( 2 _ 1 2 ) ( 2 - 1 3 ) 碩士學(xué)位論文第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 其中乃為受壓翼緣與腹板有效面積的比值 從公式中可以看出。此短期剛度公式只考慮了混凝土與縱向受拉鋼筋的作 用，認(rèn)為縱向受壓鋼筋對(duì)剛度影響不大，計(jì)算時(shí)不做考慮。 此公式對(duì)本文中的自承式鋼筋桁架混凝土疊合板預(yù)制板不適用，筆者將在后 文中作出比較。 2 1 3 有效慣性矩法 這是根據(jù)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用的早期中采用勻質(zhì)彈性材料計(jì)算變形的常 用方法，其主要原則是將截面上的鋼筋，按彈性模量比將鋼筋換算成混凝土，從 而得到等效的勻質(zhì)材料換算截面，從而推導(dǎo)出相應(yīng)的計(jì)算公式。 鋼筋混凝土的受彎構(gòu)件，在受拉區(qū)混凝土裂縫出現(xiàn)前后有不同的換算截面， 需分別進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖參見圖2 _ 3 。 ( 1 ) 開裂前截面的換算慣性矩 換算截面的慣性矩為 i o = 曇 磊+ ( h - x o ) 3 】+ 一1 ) 4 ( - x o ) 2 ( 2 一1 4 ) 式中：一受拉鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值。 其中受壓區(qū)高度由拉、壓區(qū)對(duì)中和軸的面積矩相等條件求得； 開裂前的截面剛度 + _ - 目丑 ( a ) 原截面 b o = e n i oq 一1 5 ) e c 寸 鑫 f l i 1 三 _ ( b 開裂前 圖2 - 3 有效慣性矩法計(jì)算簡(jiǎn)圖 ( 2 ) 裂縫截面的換算慣性矩 構(gòu)件開裂后，假設(shè)裂縫截面上受拉區(qū)混凝土完全退出工作，只有鋼筋承受拉 力，將鋼筋的換算面積( 鳩) 置于原高度，得到的換算截面如上圖( c ) 。 1 4 1 1 善 | l一口u 碩士學(xué)位論文第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 裂縫截面的換算慣性矩為： = 3 b _ x 。3 + n a , ( h o b ) 2 裂縫截面的剛度： b 。= e o l ， 這個(gè)剛度是沿構(gòu)件軸線各截面慣性矩的最小值。 ( 2 一i 回 ( 2 一1 7 ) ( 3 ) 有效慣性矩 鋼筋混凝土梁的截面剛度隨彎矩值的增大而減小?；炷灵_裂前的剛度日 是其上限值；混凝土受拉開裂后，受拉區(qū)混凝土完全退出工作后的剛度口。是其 下限值a 據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，在計(jì)算構(gòu)件變形的使用階段( 肘 l = 0 5 0 7 ) 時(shí)，彎矩 一曲率關(guān)系比較穩(wěn)定，剛度值e 變化幅度比較小，在工程中可取近似值進(jìn)行計(jì)算。 過去曾有取平均截面剛度的取法： b = o 6 2 5 e 0 1 0 ( 2 1 8 ) 而美國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，計(jì)算構(gòu)件撓度( m ) 時(shí)采用截面的有效慣性 矩值，在厶和之間進(jìn)行插值： 如= 寺3 i o + 【1 - ( 爭(zhēng)饑x o ( 2 - - 1 9 ) 2 1 4 基于回歸分析提出的剛度公式 對(duì)于預(yù)制部分的剛度計(jì)算按文獻(xiàn) 2 1 分兩種情況考慮，一種情況是預(yù)制構(gòu)件在 第一階段荷載作用下不出現(xiàn)裂縫，另一種情況是預(yù)制構(gòu)件在第一階段荷載作用下 出現(xiàn)裂縫。 對(duì)于第一種情況，其抗彎剛度采用彈性剛度形式，考慮混凝土受拉區(qū)塑性變 形的影響后按下式計(jì)算： e l = o 8 5 臣1 1 0 l ( 2 _ - 2 0 ) 式中：且。預(yù)制構(gòu)件截面的短期剛度； e 。預(yù)制構(gòu)件混凝土的彈性模量； l s 頸士學(xué)位論文第二章疊臺(tái)受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 厶。換算預(yù)制構(gòu)件截面的慣性矩； 對(duì)于第二種情況，其抗彎剛度仍采用材料力學(xué)計(jì)算梁的撓度公式為基礎(chǔ)，根 據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)反算出截面的實(shí)際剛度，在以矩形截面短期剛度計(jì)算公式回歸分析， 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，氏與口。島采用線性關(guān)系，得到剛度公式如下： 盈l = ( o 0 2 5 + 0 2 8 球8 i a ) 丘i b h 芻( 2 - 2 1 ) 式中；預(yù)制構(gòu)件截面的短期剛度； 魄?？v向受拉鋼筋與預(yù)制截面混凝土的彈性模量比值； 琺預(yù)制構(gòu)件截面的配筋率。 對(duì)于第二階段疊合截面，也是分兩種情況考慮，一種是疊合截面在第二階段 蘅載下不出現(xiàn)裂縫，另一種情況是疊合截面在第二階段荷載作用下出現(xiàn)裂縫。 疊合截面不出現(xiàn)裂縫的短期剛度，采用彈性剛度形式，考慮混凝土受拉區(qū)塑 性變形的影響按下式計(jì)算： e 2 = o 8 5 e 2 厶( 2 - 2 2 ) 疊合截面帶裂縫時(shí)的短期剛度計(jì)算如下為 ：業(yè)墜霉筍些監(jiān)( 2 _ 2 3 ) 式中：k 關(guān)于口e 2 p 和的一個(gè)函數(shù)； 口= 次受力特征系數(shù)。 以上剛度公式即是水工混凝士結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范( s l t 1 9 1 - 9 6 ) 1 】中的鋼筋混 凝土疊合梁的截面剛度計(jì)算公式。其公式相對(duì)簡(jiǎn)潔實(shí)用，但由于水工混凝土構(gòu)件 截面尺寸偏大，對(duì)變形控制的要求不高，在某些情況下計(jì)算精度有所下降。 2 2 自承式鋼筋桁架混凝土疊合板預(yù)制構(gòu)件短期剛度的理論分析 2 2 1 鋼筋桁架混凝土疊合板受力特點(diǎn)簡(jiǎn)介 疊合結(jié)構(gòu)根據(jù)施工階段受力的不同，可分為“旌工階段設(shè)有可靠支撐的疊合 結(jié)構(gòu)”和“旖工階段不設(shè)支撐的疊合結(jié)構(gòu)”兩類。 “施工階段設(shè)有可靠支撐的疊合結(jié)構(gòu)”是指施工階段在預(yù)制板下設(shè)置臨時(shí)可 碩士學(xué)位論文第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 靠支撐。設(shè)置板底支撐的目的在于；一是防止疊合板因上部施工荷載過于集中， 使板斷裂墜落；二是疊合板在旖工荷載和疊合層濕混凝土自重作用下，會(huì)產(chǎn)生一 定的撓度，但板與板之間的撓度不會(huì)完全一樣，而在板底支撐的作用下，板底變 形會(huì)比較統(tǒng)一，從而使板的平整度比較好。這種疊合板的預(yù)制構(gòu)件在疊合旖工階 段不承受莜載，只是將荷載傳給臨時(shí)支撐，待后澆混凝土層達(dá)到到強(qiáng)度后，再拆 除臨時(shí)支撐，此后預(yù)制板與后澆層混凝土共同工作承受荷載。很明顯，這種設(shè)有 可靠支撐的疊合結(jié)構(gòu)的受力情況與普通整澆結(jié)構(gòu)基本相同，故其受力性能也與整 澆結(jié)構(gòu)基本相同，這種疊合樓板主要用于預(yù)制構(gòu)件截面受限或施工荷載特別大的 情況。 “施工階段不設(shè)支撐的疊合結(jié)構(gòu)”又稱為“二階段受力疊合結(jié)構(gòu)”，即施工 階段在預(yù)制板下面不設(shè)施工臨時(shí)支撐，本文中的自承式鋼筋桁架混凝土疊合板因 為有鋼筋桁架的作用，提高了預(yù)制構(gòu)件的剛度，具有較高的承載力，故可按照“二 次受力疊合結(jié)構(gòu)”進(jìn)行設(shè)計(jì)。 其內(nèi)力分兩個(gè)階段計(jì)算： l 第一階段后澆的疊合層混凝土達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之前的階段。荷載由預(yù)制 構(gòu)件承擔(dān)，預(yù)制構(gòu)件按簡(jiǎn)支構(gòu)件計(jì)算；荷載包括預(yù)制構(gòu)件自重、疊合層自重以及 本階段的施工活荷載。 2 第二階段疊和層混凝土達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之后的階段。疊合構(gòu)件按整體結(jié) 構(gòu)計(jì)算；荷載考慮下列兩種情況并取最大值； 1 ) 施工階段計(jì)入預(yù)制構(gòu)件自重、疊合層混凝土重、面層、吊頂?shù)茸灾匾约?本階段的施工活荷載； 2 ) 使用階段計(jì)入預(yù)制構(gòu)件自重、疊合層混凝土重、面層、吊頂?shù)茸灾匾约?本階段的使用活荷載 在第一階段，預(yù)制板處于簡(jiǎn)支狀態(tài)；到第二階段，通過后澆混凝土和支座配 置負(fù)彎矩鋼筋后，形成疊合連續(xù)板，甚至也可以在垂直方向考慮合理的構(gòu)造措施， 進(jìn)行合適的鋼筋布置，在澆注疊合層混凝土后形成矩形雙向板，從而可以更充分 的體現(xiàn)此種疊合結(jié)構(gòu)的優(yōu)判1 8 】【1 9 】【加】。 2 2 2 鋼筋桁架混凝土疊合板剛度的研究 我們首先研究構(gòu)件在短期荷載下的剛度b ，然后在短期剛度的基礎(chǔ)上考慮 長(zhǎng)期荷載作用下混凝土收縮徐變，鋼筋與混凝土的滑移等影響，以計(jì)算構(gòu)件在使 用階段的撓度。在濕混凝土未成型之前，給整個(gè)構(gòu)件提供剛度的只有預(yù)制構(gòu)件本 身。因鋼筋桁架混凝土疊合板中有鋼筋桁架的存在，與普通的鋼筋混凝土受彎構(gòu) 件有所區(qū)別，故需要在參照前一章國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)疊合受彎構(gòu)件的研究方法的基礎(chǔ) 1 7 碩士學(xué)位論文第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 上，結(jié)合本文中鋼筋桁架混凝土疊合板這種新結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，來研究針對(duì)此種新結(jié) 構(gòu)的短期剛度計(jì)算式的新形式。 首先將疊合受彎構(gòu)件按開裂后中和軸與疊合面的相對(duì)位置將其分為兩類，一 類為中和軸在疊合面以上，另一類為中和軸在疊合面以下 再在此基礎(chǔ)上按第一階段受彎矩大小各分為兩類： 第一類：比值血h ( 預(yù)制板厚與疊合后的板厚之比) 較小，中和軸在疊合面以 上，而第一階段彎矩m 也較小，小于預(yù)制板的開裂彎矩m 。，此時(shí)混凝土沒有 開裂，應(yīng)力與應(yīng)變成線性變化，預(yù)制構(gòu)件可以按勻質(zhì)彈性材料考慮； 第二類：比值噍h 較小，彎矩m 稍大，大于預(yù)制板的開裂彎矩塒。，預(yù)制 層混凝土開裂，截面中和軸上移，因?yàn)楸戎荡 h 較小，中和軸已經(jīng)不在預(yù)制混 凝土層內(nèi)，即中和軸在疊合面以上，此時(shí)按預(yù)制層混凝退出工作進(jìn)行考慮，認(rèn) 為只有鋼筋桁架參與受力； 第三類：比值 i h 較大，中和軸在疊合面以下，彎矩肘較小，小于預(yù)制板 的開裂彎矩肘。； 第四類：比值j j i h 較大，彎矩 也較大，截面中和軸上移，但因?yàn)楸戎祶ui h 較大，中和軸仍在預(yù)制層內(nèi)，即中和軸在疊合面以下，裂縫截面拉區(qū)混凝土的一 部分退出工作，但壓區(qū)混凝土仍參與受壓工作，此時(shí)將構(gòu)件按帶裂縫的受彎構(gòu)件 考慮。 下面我們分別按這幾種情況展開討論： 第一類比值啊i h 較小，而彎矩 厶也較小，小于預(yù)制板的開裂彎矩 毛， 此時(shí)需要先定義出預(yù)制板的開裂彎矩膨。鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的開裂受很多 因素的影響，混凝土抗拉強(qiáng)度的離散度較大，在工程中采用近似方法計(jì)算開裂彎 矩已足夠準(zhǔn)確。 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件臨近開裂前，構(gòu)件的截面保持平截面變形。受拉區(qū)的 應(yīng)變值很小，壓區(qū)應(yīng)力很接近于三角形，拉區(qū)改用名義抗拉強(qiáng)度厶( 厶= z ) 后，用換算截面法計(jì)算開裂彎矩。板內(nèi)的受拉和受壓鋼筋，按彈性模量比 啊= e e o ( 力2 = e e ) 換算成等效面積一，和玎：4 后，看作勻質(zhì)彈性材料計(jì) 算換算截面面積磊、中和軸位置即受壓區(qū)高度z ，以及慣性矩厶。 名義抗拉強(qiáng)度( ，抽= z ) ，式中的稱為截面抵抗矩塑性系數(shù)，其不僅取 決于非線性的應(yīng)力圖，還隨截面應(yīng)變梯度、截面形狀、配筋率等因素有關(guān)，參照 文獻(xiàn)( 2 1 j 的取值，板厚h ( 3 0 4 0 0 ) m n 1 時(shí)取其值為i 7 5 碩士學(xué)位論文 第二章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 下圖2 - 4 為計(jì)算簡(jiǎn)圖。 f m = 1 7 5 6 圖2 - 4 第一類情況計(jì)算簡(jiǎn)圖 按截面相對(duì)中和軸位置的面積矩為0 的條件計(jì)算受壓區(qū)高度x 。 6 啊+ ( i l 一0 5 啊一力+ 心4 魄- x ) = 啊彳，o - - c 2 ) x ：! ：芻：! 壘二! ：! ：芻2 ! ! ：生：竺2 壘：生：魚 b 章魚+ ，h 彳j + 刀2 4 再求開裂彎矩m 。： 預(yù)制板上邊換算截面拉應(yīng)力q ：吼= 生吾三導(dǎo)厶 上部鋼筋處換算截面壓應(yīng)力盯。：盯t 。= 二壘厶 一一x 下部鋼筋處換算截面壓應(yīng)力a o ：d o = ! ；蘭厶 , 一善 將上面的式子代入，整理得： 虬- 6 q 州0 5 _ i j l + 塢一曲m 掣x 州孕+ 一力 + ( ，吃一1 ) 4 仃0 ( 一x ) + n ix 彳。x a 。x ( x - - c 2 ) ( 2 - 2 4 ) ( 2 _ 2 5 ) 虬= 厶6 啊等爭(zhēng)( o 5 啊+ 2 一力+ 0 s x 厶6 x 篙弓 + 一 + ( n 2 - 1 m 警厶嘲4 警厶 ( 2 _ 3 。) 門一x 一一x 1 9 碩士學(xué)位論文 第= 章疊合受彎構(gòu)件計(jì)算理論研究 若m i m c r ，則預(yù)制板混凝土尚未開裂，可以將其作為勻質(zhì)彈性材料進(jìn)行 考慮。截面慣性矩計(jì)算式為： 厶= 考i 地3 + 6 啊( 塢一x + o 5 啊) 2 + 啊4 一c 2 ) 2 + ( 也一1 ) 4 ( 一功2 ( 2 _ 3 1 ) 1 二 在m 接近 的時(shí)候，混凝土雖然還未開裂，但受拉區(qū)混凝土已表現(xiàn)出一定 的塑性，抗彎剛度有所下降。通常的做法，偏安全的取混凝土構(gòu)件的短期剛度為： e ；o 8 5 e c ，o ( 2 _ _ 3 2 ) 第二類比值啊h 較小，彎矩鴆稍大，大于預(yù)制板的開裂彎矩 名，預(yù)制層 混凝土開裂，截面中和軸上移，因?yàn)楸戎倒韍 較小，所以中和軸已經(jīng)不在預(yù)制 混凝土層內(nèi)，即中和軸在疊合面以上 此處先確定一下比值栩h 的分界。假設(shè)預(yù)制板的厚度啊比較小，中和軸在 疊合面以上，開裂后，不考慮混凝土抗拉的作用，則此時(shí)只有上部受壓鋼筋和下 部受拉鋼筋組成的鋼筋桁架來承受荷載，在此階段認(rèn)為鋼筋是彈性工作，則中和 軸的位置保持