预制装配式新型楼盖结构抗震性能试验及设计方法研究

摘要

预制装配式新型楼盖是一种新型楼盖结构体系，具有标准化程度高、施工速度快和技术经济效益好等现代预制混凝土结构的突出优点。本文提出了预制装配式新型楼盖的结构形式和装配连接方法，该新型楼盖采用一种新型预应力混凝土空心板，空心板在板底正交方向配置预应力受拉筋，双向受力，通过在板侧（平行于板跨方向）设置凹槽和预应力受拉筋与周围构件连接，在板端（垂直于板跨方向）处通过U型钢筋、预应力受拉筋、板端孔内设置堵头与后浇混凝土带形成新型楼盖。
　　本课题从研究该预制装配式新型楼盖的板缝连接节点出发，首先进行抗剪连接节点的推出试验，研究抗剪连接节点的受力性能和承载力计算方法；然后对楼盖进行平面内刚度和变形研究，推导出预制装配式新型楼盖的平面内刚度以及板缝节点强度和刚度的计算方法；而后提出预制装配式新型楼盖抗倒塌的承载力计算方法；最后给出了预制装配式新型楼盖的设计方法和预制装配式新型楼盖结构体系的抗震设计方法。主要研究内容和成果如下：
　　（1）设计并制作了K1～K4系列共4种预制装配式新型楼盖抗剪连接节点，并对抗剪连接节点进行了平面内剪力和压剪复合作用下10个试件的推出试验；研究了抗剪连接节点的破坏现象和受力机理；分析了荷载-滑移曲线、钢筋应变等性能指标，研究了板缝节点力学性能的主要影响因素，板缝节点的抗剪原理；建立了板缝连接节点的受力模型，给出了各种抗剪连接节点承载力建议公式。结果表明，试验值与公式计算值的比值范围在0.80-1.70之间，平均值为1.378；K1、K3系列抗剪连接节点的连接是可靠的。
　　（2）对3个预制装配式新型楼盖试件进行了单向重复加卸载试验，研究了楼盖的破坏现象；分析其荷载-挠度关系、楼板与边梁的相对滑移量、刚度退化系数等性能指标；根据深梁理论推导出平面内挠度公式，研究新型楼盖的平面内刚度计算方法，结果表明：预制装配式新型楼盖的平面内刚度比一般装配式楼盖大近6倍左右，预制装配式新型楼盖具有更大的平面内刚度和良好的整体性；基于平截面假定推导出板缝节点的强度和刚度的计算公式，该方法可用于确定板缝节点连接件的数量和间距。
　　（3）采用拆除构件法，对带横向接缝节点的2块新型楼盖子结构进行了抗倒塌性能试验，研究了这种楼盖的破坏形态和裂缝发展；探讨了其承载能力、应变、最大变形等性能指标；对楼盖试件的受力过程、悬索作用机理进行了分析。本试验楼盖结构的变形模式为直线型悬链线，根据直线型悬链线机制推导的承载力计算公式和试验值相比，结果表明，计算值小于试验值，是一种偏于安全的计算方法。预制装配式新型楼盖的拼缝及板侧边梁连接构造布置合理；采用合适的周边连接和横向拼缝连接可以达到理想的抗倒塌能力。
　　（4）对采用现浇楼盖的框架-剪力墙结构模型和预制装配式新型楼盖的框架-剪力墙结构模型分别进行了拟动力试验，分析了两种结构在不同工况下的位移、加速度、基底剪力反应时程曲线、位移反应包络图、滞回曲线、层间位移角和层间刚度等性能指标；绘制了刚度退化曲线，根据层间剪力的分配情况，判断结构模型楼盖的刚性是否满足要求，但两者都具有良好的剪力传递能力，能够保证结构的整体性，为预制装配式新型楼盖替代普通预制板加后浇面层或现浇楼盖提供了科学依据。
　　（5）基于试验结果分析和现有研究资料，提出了预制装配式新型楼盖的抗震设计方法。根据预制装配式新型楼盖结构的受力特征，提出采用“串并联多质点系”计算模型，在模型中考虑预制装配式新型楼盖的平面内抗推刚度，计算新型楼盖平面内实际刚度对结构的地震响应和内力分配的影响。最后根据“串并联多质点系”的抗震设计方法，对预制装配式新型楼盖试验结构模型进行了算例分析。结果表明，在设防烈度为7度时，对采用预制装配式新型楼盖的结构体系进行分析计算时，可以将楼盖平面内刚度近似地视为无限大。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 预制混凝土结构楼盖震害

1.4 预制装配式新型楼盖预应力混凝土空心楼板的特点

1.5 存在的问题

1.6 本文的主要研究内容

2 预制装配式新型楼盖板缝连接节点的试验研究与理论分析

2.1 引言

2.2 试验概况

2.3 破坏现象

2.4 试验结果与分析

2.5 板缝节点力学性能的主要影响因素

2.6 板缝节点的抗剪原理分析

2.7 板缝抗剪连接节点的承载力计算

2.8 本章小结

3预制装配式新型楼盖平面内受力性能的试验研究与理论分析

3.1 引言

3.2 试验概况

3.3 破坏现象

3.4 试验结果与分析

3.5 楼盖平面内刚度的计算方法

3.6 板缝节点刚度和强度的计算方法

3.7 本章小结

4 预制装配式新型楼盖结构抗倒塌性能的试验研究与理论分析

4.1 引言

4.2 试验概况

4.3 破坏现象

4.4 试验结果与分析

4.5 楼盖抗倒塌受力分析

4.6 混凝土抗倒塌的设计方法

4.7 楼板的破坏机理和受力分析

4.8 新型楼盖抗倒塌的承载力分析

4.9 结论

5 预制装配式新型楼盖结构体系拟动力试验研究

5.1 引言

5.2 试验概况

5.3 破坏现象

5.4 试验结果与分析

5.5 模型结构的层间剪力分配

5.6 本章小结

6 预制装配式新型楼盖结构抗震设计方法的研究

6.1 引言

6.2 预制装配式新型楼盖的抗震设计方法

6.3 预制装配式新型楼盖结构体系的抗震设计方法

6.4 预制装配式新型楼盖结构体系的算例分析

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录