对于空腹夹层板楼盖的力学性能,潘正斌等[1-2]研究高跨比、上下肋高、上下肋宽、网格尺寸、楼板厚度、周边密柱截面尺寸、边梁截面尺寸和层间梁截面尺寸对正六边形蜂窝型钢空腹夹层板楼盖结构基频的影响,根据主要影响因素拟合基频计算公式;杨彦辉等[3]建立39.26 m大直径圆形楼盖,主要施加竖向荷载进行静力分析,计算得出楼盖扰度远低于规范限值,上肋梁内力受表层薄板的影响较大,轴力在靠近圆周处较大,且在同一节段内存在拉压内力反号现象;晁亚茹等[4]采用SAP2000有限元软件对蜂窝型钢空腹夹层板进行了参数化分析,采用多参数回归分析,拟合基频简化计算公式,通过对回归方程及各个回归系数的显著性检验表明,回归方程吻合效果较好,以工程算例验证了公式的准确性;郭丽等[5]提出灵活划分户型的蜂窝型钢空腹夹层板楼盖结构,为研究其静力性能、自振频率特性以及舒适度问题,以某拟建工程为例,采用子空间迭代法,建立Ansys模型进行分析,与国家规范规定的相关指标进行对比分析;徐增茂等[6]基于大型通用有限元软件Ansys建立3种计算模型,对盖板和加劲板对节点模型的屈曲模态、屈曲承载力系数以及von Mises应力影响进行分析和对比;何嘉沛等[7]研究了不同混凝土楼板参与宽度的竖向挠度,计算出钢-混凝土组合结构混凝土楼板的有效宽度,并分析得出的混凝土板有效结构宽度与混凝土板厚度和钢-混凝土组合结构厚度间的关系;李莉[8]介绍了新结构体系的组成、构造、力学特性,并与传统结构体系进行对比分析,结果表明在正六边形平面中,新结构的力学模型为一块考虑剪切变形的类似圆形平面的夹芯板,其经济指标优于传统结构;徐金涛等[9]蜂窝形钢筋混凝土空腹夹层板的挠度与肋高、肋宽均呈指数关系,且随着肋高和肋宽的增大而减小,肋高比肋宽对结构的挠度影响更显著。本文以拟建大学生活动中心中间1层为例,分析各个参数对楼盖挠度的影响及规律特性,为结构变形分析提供参考依据。1结构模型结构的尺寸模型基本算例长度取34.64 m,宽度取34.00 m,面积为1 178 m2。结构模型的高度为1 400 mm,蜂窝网格边长b=2 m(正六边形)。所用混凝土强度等级为C40,密度取2 500 kg/m3,弹性模量为32.5 GPa,泊松比为0.2。三叉型剪力键的横截面宽度和上下肋宽分别取为350 mm和300 mm,楼盖附加恒载(吊顶及装饰抹灰载荷)2 kN/m2。2楼盖挠度的影响因素分析结构的挠度大小通常与结构的刚度相关,结构的刚度与薄板厚度、结构高度等因素有关,本文通过建立各种尺寸模型,对比分析不同尺寸结构模型挠度的大小,探究空腹夹层板挠度的影响因素以及影响规律。以薄板厚度为变化因子建立基本结构算例,表面薄板厚度取10~200 mm,变化幅值为10 mm,绘制其挠度-表层薄板厚度曲线。薄板厚度对挠度的影响如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.11.037.F001图1薄板厚度对挠度的影响蜂窝型空腹夹层板楼盖的刚度与表层薄板的厚度呈正相关,随着薄板厚度的增大,结构的挠度越来越小。混凝土表层薄板厚度并非楼盖竖向刚度大小的关键影响因素,对蜂窝型空腹夹层板结构楼盖竖向刚度贡献随厚度增大而逐渐减小。其主要原因在于混凝土表层薄板达到一定厚度后,表层薄板对于楼盖竖向刚度贡献与其本身所产生的自重效应等负面影响趋近平衡。以空腹夹层板高度为变化因子建立基本结构算例,空腹夹层板高度取值范围为800~1 700 mm,变化幅值为100 mm,绘制其挠度-空腹夹层板高度曲线。空腹夹层板高度对挠度的影响如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.11.037.F002图2空腹夹层板高度对挠度的影响通过分析可得,蜂窝型空腹夹层板楼盖的刚度与空腹夹层板高度呈正相关,随着空腹夹层板高度的增大,结构的挠度越来越小,挠度随楼盖高度增大而减小的趋势越来越弱。以上下肋高为变化因子建立基本结构算例,上下肋高取250~340 mm,变化幅值为10 mm,绘制其挠度-上下肋高曲线。上下肋高度对挠度的影响如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.11.037.F003图3上下肋高度对挠度的影响由图3可知,随着上下肋高度增大,结构挠度越来越小,上下肋高度变化对结构挠度影响较小。以上下肋宽为变化因子建立基本结构算例,上下肋宽取250~340 mm,变化幅值为10 mm,绘制其挠度-上下肋宽曲线。上下肋宽对楼盖挠度的影响如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.11.037.F004图4上下肋宽对楼盖挠度的影响由图4可知,肋宽对于提高竖向刚度的加强效果会随肋宽增大而减弱。以剪力键横截面高度为变化因子建立基本结构算例,剪力键横截面高度取500~800 mm,变化幅值为25 mm,绘制其挠度-剪力键横截面高度曲线。剪力键横截面高度对挠度的影响如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.11.037.F005图5剪力键横截面高度对挠度的影响由图5可知,增大剪力键横截面高度不能较好地提高蜂窝型空腹式夹层板楼盖板竖向刚度。以网格为变化因子建立基本结构算例,网格取值范围1 000~3 222 mm,建立5组结构模型,对比分析其挠度的变化。楼盖挠度随网格尺寸的变化如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.11.037.T001表1楼盖挠度随网格尺寸的变化楼盖编号模型跨度/mm网格尺寸/mm楼盖挠度/mm尺寸增幅/%挠度增幅/%挠跨比134 641×35 0001 00051.33001/674233 627×33 3201 66661.7966.720.31/539334 641×34 0002 00075.2220.121.71/452434 641×35 0002 500101.7025.035.21/340533 484×35 4423 222137.7028.925.41/243随着网格尺寸的增加,结构挠度越来越大,网格尺寸为3 222 mm时存在最大挠度137.7 mm,挠跨比达到了1/243,不符合《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的要求。在实际工程中,网格的尺寸决定了结构的原材料,同时对结构的施工也有一定影响,如腹腔穿插等施工,所以蜂窝型空腹夹层板楼网格尺寸取值不应大于2 500 mm。3结语蜂窝型空腹夹层板结构刚度储备大,表层薄板厚度、上肋和下肋截面大小、剪力键截面高度等因素对楼盖竖向刚度的影响不大,增大空腹夹层板高度和减小网格边长,均能减小楼盖跨中最大挠度。网格尺寸对楼盖竖向刚度有较大影响,在接近楼盖跨度时,网格尺寸越大挠跨比也越高,推荐蜂窝型空腹夹层板楼盖网格尺寸不大于2 500 mm。增大混凝土表层薄板厚度可提高楼盖竖向刚度,但随表层薄板厚度增大,楼盖竖向刚度提高效果逐渐减弱,过大表层薄板厚度将引起自重效应显著,进而引起下肋轴力增加,据此提出蜂窝型空腹夹层板表层薄板应取网格边长1/25~1/15。
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