轻量化预制混凝土叠合楼板力学性能研究

作     者：尹良海 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁志军;梁安宁

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：装配式结构 钢筋桁架 叠合楼板 有限元分析 短期刚度 

摘      要：目前,装配式结构中最为常用的水平预制构件有传统钢筋桁架混凝土叠合板和焊接式钢板底模钢筋桁架楼承板,前者是具有提升装配率、减少现场支模、加快施工进度等优点,但传统钢筋桁架混凝土叠合板厚度较现浇常用板厚100mm至少厚20mm,构件自重较大,运输成本高,碳排放量大,同时存在钢筋碰撞,拼缝处理难度大以致漏浆等问题致工期延缓等,与装配式结构节约工期、绿色环保的初衷不符,而后者具有厚度相比叠合板更小、焊接过程操作简单、底模扣接容易、有效防止漏浆等优势,但焊接式钢板底模钢筋桁架楼承板的压型钢板底模在使用阶段存在腐蚀等问题。本文结合传统焊接式钢板底模钢筋桁架楼承板其底模薄、自重轻和钢筋桁架叠合板预制层能够协同受力的优势,提出了一种基于钢筋桁架与细石混凝土免拆底模组合而成轻量化预制混凝土叠合楼板,免拆底模厚度仅为15mm或20mm并预埋钢板网,钢板网能够在施工阶段与底模协同工作。该轻量化预制混凝土叠合楼板具有厚度与传统现浇楼板相同,不额外增加板厚、后浇混凝土现场浇筑包裹面筋与底筋,振捣密实,等同现浇、叠合楼板的下弦钢筋外露,可视化方便现场验收等特点。本文利用实验与有限元模拟分析相结合的方法对轻量化预制混凝土叠合楼板的力学性能进行了研究,主要研究内容如下:(1)根据国家规范和标准设计并制作6块轻量化预制混凝土叠合楼板,设计其静载试验方案,观察试验过程中叠合楼板的挠度、裂缝开展及应力应变情况。结果表明:叠合楼板在施工阶段基本处于弹性受力状态,并且符合平截面假定。(2)通过ABAQUS有限元软件模拟施工阶段静载试验,与试验结果进行对比和分析。分析结果表明:荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线与试验趋势基本一致,验证了本文建立的有限元模型有效性和可行性。钢板网与钢筋均处于弹性状态,钢板网能在混凝土受拉损伤较大处与混凝土协同工作。(3)通过控制变量法,对轻量化预制混凝土叠合楼板各个设计参数进行分析,如是否配置钢板网、细石混凝土强度、细石混凝土底模厚度及桁架钢筋直径,并提出合理的设计参数建议。(4)通过运用钢筋截面替换为混凝土截面的等效惯性矩法,推导了叠合楼板的短期刚度计算公式,利用SPSS软件拟合短期刚度修正系数,计算结果表明:公式可进行推广,适用性良好。通过公式计算常用型号叠合楼板的最大无支撑跨度选用表以便设计人员选用。