大跨度变厚度钢筋混凝土中空板设计

为使自重较重的钢筋混凝土材料能够在大跨度楼盖中得到合理应用,对变厚度中空板进行分析研究。变厚度板是指将板带的截面由矩形转变为T形,且薄板与厚板高度之比满足h′/h≥0.45,当T形板带跨中截面达到承载能力极限状态时,厚板和薄板的受压区高度相等,其纵向受拉钢筋均能达到抗拉设计强度。支座截面达到承载能力极限状态时,薄板的上下钢筋也均能达到抗拉设计强度,充分发挥了薄板中钢筋的作用。同时给出了变厚度板的强度、冲切、裂缝宽度及挠度的计算方法,并将研究成果应用于工程实践,在满足规范要求的同时,相对于梁板体系,减小了结构高度,相对于无梁楼盖体系,减少了材料用量,取得较好的经济性,可供设计大跨度楼盖时参考。     

火灾下钢结构建筑楼板的薄膜效应模型验证及实用方法

通过已有试验结果对火灾下考虑薄膜效应的楼板极限承载力计算方法进行了验证,证明了提出的计算方法的可靠性。根据楼板的薄膜效应分析模型,分析了温度、楼板长短边比例、配筋分布和挠度等参数对楼板极限承载力的影响。分析表明,楼板挠度越大,楼板的长跨比越小,长跨与短跨配筋率的比值越小,楼板在火灾下产生的薄膜效应就越明显,对楼板火灾下的极限承载力提高就越大。根据考虑薄膜效应计算楼板极限承载力的理论方法,提出了对无防火保护的楼板(包括次梁)进行抗火设计验算的简化实用方法,在满足1.5h耐火时间楼板不坍塌的条件下,可减小楼板及次梁的防火成本。本方法可供工程设计人员在进行楼盖的抗火设计时参考。     

页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板

根据3块足尺页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板试件和1块足尺现浇双向楼板对比试件的静力堆载试验结果,分析了双向叠合楼板预制底板的普通混凝土和后浇叠合层的页岩陶粒轻质混凝土采用相同强度等级时的挠度变形特点,并根据试验结果和弹性力学薄板理论推导了页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板的挠度计算公式。推导了四边固支页岩陶粒混凝土和普通混凝土叠合板在竖向均布荷载作用下截面中和轴高度、抗弯刚度和挠度的计算表达式,并分别对挠度和初始刚度计算公式进行了修正,提出了考虑四边支承转动的页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板挠度计算公式。结果表明:页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板跨中位移呈现线弹性变化特征,页岩陶粒轻质混凝土材料的弹性模量、叠合楼板中设置的钢筋桁架以及双向叠合板的板端约束条件是影响叠合楼板刚度和跨中挠度的主要因素;采用所推导公式计算的页岩陶粒混凝土叠合楼板的挠度值与试验值吻合良好。     

A New Method to Analyze the Membrane Action of Composite Floor Slabs in Fire Condition

During 1995 and 1996, a total of six localized fire tests were conducted on a full-scale, eight-storey, steel framed building at Building Research Establishment Laboratory at Cardington. The test results show that the fire performance of steel-concrete composite floor is better than that obtained from traditional design method, and the load capacity of composite floor slab in fire condition is usually higher than the predicted capacity without considering membrane action. In the past decade, researchers have done a series of analyses in this area, such as Bailey, Usmani, and Li. In this paper, a new method to calculate the load capacity of simply supported composite floor slabs with considering the membrane action is presented. The slab is divided into five parts at the limit state of load capacity, including a center-elliptic part and four rigid parts around. The deflection of the slab, the force of rebars in high temperature, and the force distribution between four rigid parts are reasonably assumed. According to force and moment equilibrium requirements on the slab, a series of equations are obtained to calculate the ultimate load capacity of floor slabs in fire condition. The effectiveness of this new method is validated through comparison with results from experiments and different theoretical simulations. The comparison shows that this new method is more reasonable in predicting the deflection and ultimate load capacity of floor slabs in fire condition than previous methods.     

螺栓连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究螺栓连接预制混凝土(PC) 结构的抗连续倒塌性能,制作一个两跨1/3缩尺的螺栓连接PC梁-板子结构试件,采用堆加均布荷载与Pushdown相结合的加载方式研究其在受力过程中的开裂模式和抗力曲线。结果表明：螺栓连接PC框架具有较好的变形能力;在加载初期试件抗力主要由梁和板的抗弯机制提供;与RC结构不同的是压拱机制作用对PC梁抗倒塌贡献较少。由于梁柱节点部位螺栓附近混凝土容易发生撕裂破坏导致预制梁提早退出工作,但板中钢筋网在大变形阶段可以发展拉膜机制使得子结构可以继续承受荷载,不至于发生倒塌破坏。通过有限元软件LSDYNA建模,进一步分析了螺栓连接PC结构的预制梁与板(预制板和后浇叠合层)对结构抗力的贡献。有限元分析表明,预制板及后浇叠合层在加载初期的抗力贡献高达87%,在大变形阶段由于叠合层钢筋网发展拉膜机制,其抗力贡献也高达72%。     

某高层住宅楼大跨度楼板加固处理

通过加固工程实例介绍了大跨度楼板板面有墙荷载,楼板承载力不足时,采用板面浇筑混凝土叠合层,板底粘贴碳纤维布的加固方法。对该大跨度楼板进行加固处理后,后期使用荷载作用下的挠度进行了计算,找出加固时需要进行顶升处理的楼板,针对现场情况提出了一种简单、易行的顶升处理方法。     

火灾下钢结构建筑楼板的薄膜效应机理及理论模型

通过试验及火灾实例发现,建筑结构中的钢筋混凝土楼板或压型钢板组合楼板在高温下能产生很大变形,进而产生薄膜效应,能大大提高楼板的抗火性能。因此,在结构防火设计中正确考虑薄膜效应的影响,对发挥楼板的抗火潜能,降低结构抗火成本,有重要意义。本文论述了火灾下楼板的薄膜效应产生的机理,建立了分析模型,将楼板划分为5部分,包括周边4个刚性板块和中间一呈椭球面的板块。分别对板块的内力和弯矩进行了分析,然后根据板块内力及弯矩的平衡方程及位移协调方程,推导出了火灾下考虑薄膜效应后楼板极限承载力的计算公式,为考虑薄膜效应时的楼板抗火设计提供了参考。     

大尺寸大开间页岩陶粒混凝土双向叠合板足尺试验研究

针对目前装配式建筑中常用的钢筋混凝土叠合楼板自重较大、工厂标准化生产的预制底板规格尺寸较小的问题,提出了一种由两块预制普通混凝土大板通过一条整体式接缝拼装,并后浇轻质页岩陶粒混凝土而成的大开间叠合楼板,页岩陶粒混凝土后浇层可有效减小楼板自重,提高楼板的保温、隔热和隔声性能。通过进行叠合板足尺试件的堆载试验,研究其在竖向荷载作用下的承载力、变形特征、破坏形态及整体式接缝的传力性能。结果表明,该大开间叠合板试件在正常使用极限状态下的跨中挠度和裂缝宽度均满足相关规范要求,且表现出明显的双向板裂缝分布特征,所采用的整体式接缝具有良好的传力性能,可以作为结构楼板使用。此外,有限元模型所选取的材料本构模型和接触面设定较为合理,计算结果与试验结果吻合良好,可用于轻质混凝土叠合楼板受力性能及影响参数分析。     

四边简支钢筋混凝土双向密肋楼盖极限荷载与挠度计算方法的理论与试验研究

钢筋混凝土双向密肋楼盖由于具有结构高度小、经济、美观、自重轻和变形小等特点,在实际工程中的应用已日趋广泛。但是,目前对这种结构开裂后的变形计算方法,以及破坏时的机构形态和极限荷载的研究尚少见报导。为此,本文作者做了一个四边简支钢筋混凝土双向密肋楼盖的大比例模型试验,根据试验结果,建立了这种结构的破坏机构,推导了其极限荷载公式,给出了楼盖从开裂至破坏的变形计算方法。     

Steel-Concrete-Steel sandwich slabs with lightweight core — Static performance

This paper investigates the static performance of Steel-Concrete-Steel (SCS) sandwich slabs which consist of an ultra-lightweight concrete core sandwiched between two steel plates. Special J-hook connectors have been developed to develop composite action between the concrete core and the two steel plates. The core is made of lightweight concrete of density less than 1450 kg/m³. Laboratory tests were carried out on eight SCS sandwich slabs under centrally applied patch load. Test results showed that the mode of failure and crack pattern of SCS sandwich slabs were very similar to those of reinforced concrete slabs especially when the concrete core and steel plates act in a fully composite manner. Flexural and punching are the primary modes of failure. After flexural yielding, membrane action developed in the slab due to the effectiveness of J-hook connectors in maintaining composite action which further increases its load carrying capacity after flexural yielding. Theoretical models are proposed to predict the flexural and punching resistance and a good correlation with test results is obtained. A large deflection analysis considering plate membrane action is also proposed to predict the force deflection relation of SCS sandwich slabs.     

压型钢板-混凝土组合楼板的承载能力研究

压型钢板-混凝土组合楼板的承载能力受楼板叠合面的纵向抗剪能力控制。本文通过3组组合楼板的荷载试验,研究了单跨简支组合楼板和两跨连续组合楼板的极限抗剪和抗弯性能。试验结果表明:组合楼板的极限承载能力受叠合面的纵向抗剪能力控制;与简支组合楼板相比,连续组合楼板承载能力有明显提高,跨中挠度显著减小,端部支座剪力出现滑移时与简支板端部剪力值相近,显示了连续组合板的端部滑移与剪力的关系与简支板的情况相似。但与简支组合板不同的是,连续组合板端部出现滑移后,其极限承载能力明显高于相同跨度简支板极限承载力。根据试验结果,得到了组合楼板叠合面纵向抗剪能力的计算公式。在组合楼板的承载力设计中,应对支座端部的竖向剪力进行叠合面的纵向抗剪能力验算,文中提出了连续组合楼板的承载力计算方法。     

叠合楼板的有限元分析研究——以上海浦东新区惠南新市镇17-11-05、17-11-08地块23#楼为例

针对23#楼出现的大跨度叠合板,利用有限元程序ANSYS进行非线性的数值模拟,并与现浇混凝土整体板进行对比和分析,结果表明两者在受力机理（传力模式、挠度、裂缝、承载力、破坏形态）上类似,具有可比性.该结论可适用于大跨度叠合板的结构设计,在住宅产业化趋势下,具有实际的应用前景.     

混凝土连续板火灾后力学性能试验及理论分析

为研究受火跨位置和数量对混凝土连续灾后板力学行为影响,对一块常温连续板和五块混凝土灾后连续板开展力学性能试验,分析灾后板裂缝、变形、混凝土和钢筋应变以及灾后破坏模式等规律。基于塑性铰线理论,提出混凝土双向板破坏模式和椭圆方程,推导板块内力平衡方程,建立灾后板剩余承载力计算方法,并与其他方法计算结果进行对比分析。结果表明,相比常温板屈服线延性破坏模式,灾后板易出现脆性破坏,即加载点或内支座处冲切破坏,特别是爆裂严重工况。相比混凝土或钢筋应变破坏准则,变形破坏准则l/50更适用于确定灾后板剩余极限承载力。此外,本文方法可用于确定灾后板剩余极限承载力,计算结果偏于保守。对于灾后板,应分别采用弯曲理论和冲切理论进行剩余承载力分析,两者最小值可作为剩余极限承载力。     

预应力现浇混凝土管式空心楼盖承载性能试验研究

为研究无黏结预应力现浇混凝土管式空心楼盖的受力性能,制作了一个1/4缩尺比例的无黏结预应力现浇混凝土管式空心板柱结构试验模型,通过在试验模型管式空心楼盖上施加竖向均布荷载的试验表明,该楼盖结构具有一定的承载能力,在荷载作用下各区格板发生竖向位移后,表现形状为"碗形",最大挠度发生在管式空心楼盖各区格板的跨中。有限元计算分析结果进一步说明,无黏结预应力现浇混凝土管式空心楼盖由于空心管的平行布置而呈现正交各向异性,在平行布管方向,楼板的连续性遭到破坏,楼板刚度削弱程度较大。在平行布管方向和垂直布管方向,无黏结预应力管式空心楼盖的变形仍可按连续板跨考虑。     

Flachdecken aus Stahlfaserbeton

Steel Fibre reinforced concrete Flat Slabs Steel fibre reinforced concrete is a proven and reliable material for slabs on grade of industrial floor systems. Since several years, steel fibre reinforced concrete with additional reinforcement bars is used for free suspended pile supported industrial floors. The load carrying behaviour under service loading conditions is similar to that of elevated flat slabs. Recently, concretes with high fluidity allow higher fibre dosages than before. A full scale loading test on a flat slab of 340 m² at TREFILARBED in Bissen, Luxemburg has proven that elevated slab structures made of steel fibre reinforced concrete with 100 kg/m³ fibre content can compete with traditional reinforced concrete slabs by means of load carrying capacity as well as concerning cost effectiveness. This paper deals with the development of free suspended SFRC slabs based on the performed full scale tests. Formulas for the ultimate limit state design according to the yield line theory are presented. Design criteria at serviceability limit state are provided.     

钢筋混凝土双向板肋梁楼盖挠度计算方法研究

对现浇钢筋混凝土双向板肋梁楼盖中的中区格板、边区格板和角区格板,分别进行了均布荷载作用下的静力加载试验,测试了梁板的挠度值;考虑区格板边界支承条件的影响,建立了双向板挠度计算公式,并将公式的挠度计算值与试验值进行比较。结果表明:按线弹性理论所得的挠度值与试验值之间存在较大误差;按挠度计算公式计算所得挠度值与试验结果比较吻合。     

考虑压拱效应的钢筋混凝土双跨梁竖向承载力分析

钢筋混凝土框架结构在使用期内遭遇爆炸、撞击等突发事件时，可能引起结构承重柱失效，从而导致结构倒塌。当失效柱为内柱时，失效柱上方与其相连的两跨梁将形成双跨梁，双跨梁的承载能力决定剩余结构的抗倒塌能力。为分析双跨梁的受力特征和破坏机理，进行了3根1/4缩尺钢筋混凝土双跨梁的静力加载试验。结果表明：梁端存在轴向约束时，梁产生压拱效应，其竖向承载力得到提高；基于试验结果，根据双跨梁关键截面满足的内力平衡方程、考虑压拱效应时满足的变形协调方程，推导出梁的竖向荷载与中柱竖向位移之间的关系式；通过不断增大竖向位移，得到最大竖向荷载(对应的梁轴向力为压力)即为双跨梁考虑压拱效应的竖向承载力。理论分析结果和试验结果比较表明，所提计算方法有较高精度。     

楼板对RC空间框架结构抗连续倒塌性能影响试验研究

为研究楼板对RC空间框架结构抗连续倒塌性能的影响作用,文章以汶川地震中完全倒塌的漩口中学教学楼为原型结构,设计3个单层2×2跨1/3缩尺模型,包括2个带楼板子结构和1个纯框架子结构,通过拟静力加载试验研究RC框架结构在拆除中柱状态下的连续倒塌破坏过程。试验结果表明：纯框架子结构首先进入梁机制阶段,框架梁内产生轴向压力,产生“压拱效应”,在梁端部截面抗弯承载力丧失后,进入悬链线机制阶段,依靠梁内部钢筋拉结力抵抗上部荷载。对比分析带楼板子结构与纯框架子结构试验结果,由于楼板的“薄膜效应”使梁机制峰值承载力提高了145%,悬链线机制峰值承载力提高了75%,楼板显著提高了梁机制和悬链线机制的抗连续倒塌能力。增加板厚增加梁板的“压拱效应”,极大提高梁机制承载力,然而大变形下梁板开始不协同作用,板发生冲切破坏,降低了悬链线阶段承载力和延性。     

预应力混凝土空心叠合板试验研究

针对现有的一般预应力空心叠合板楼盖板厚较大,自重较大等缺点,提出了一种新形式的预应力混凝土空心叠合板,通过对3块简支板,3块简支叠合板和1块两跨连续叠合板进行静力荷载试验,分析了这种板在静力荷载作用下的裂缝、承载力、挠度等特点,研究了其开裂荷载和极限承载力较高的原因。试验结果表明这种预应力空心叠合板具有良好的抗裂性能和较高的极限承载能力,建立了开裂弯矩、极限承载力、挠度的计算方法,为这种叠合板的设计和工程应用提供了依据。     

陶粒混凝土-开孔薄壁钢梁组合楼板的受力性能研究

由腹板开孔且翼缘卷边的H形薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板经后浇砂浆和抗剪键组装而成的组合楼板,具有轻质、高强、无需支模、装配化程度高等优势。为研究该类组合楼板的受力性能,对6组不同构造的两边简支组合楼板试件开展静载试验,分析抗剪键分布及薄壁钢壁厚的变化对组合楼板整体受力性能的影响。结果表明：对应等效均布荷载2kN/m2的组合楼板,中心挠度远小于L/500,能够承担的最大荷载值为13.25kN/m2;当混凝土严重开裂且板跨中最大挠度达到L/45时,组合楼板试件并未出现整体塌落;主钢梁上抗剪栓钉的增加,对提高组合楼板的极限荷载和整体刚度均不明显;边梁增设抗剪栓钉对组合楼板的屈服荷载及整体刚度均产生显著影响,当边梁设置与主梁同样的抗剪栓钉时,屈服荷载和整体刚度增幅分别为82.1%和35.6%。