装配整体式预应力夹层板承载能力极限状态的试验研究
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摘要
本文所研究的装配整体式预应力夹层板楼盖是适用于大开间、大柱网高度在50m以下的各种建筑的楼盖结构体系。与传统的装配式预应力楼盖和现浇楼盖不同，它是将现代预应力技术和叠合结构体系相结合的一种新式楼盖形式，具有重量轻、抗裂性强、承载力高、整体性好以及保温、隔音等诸多优点。本文通过试验研究，系统的分析了其破坏形态、结构受力性能、极限承载能力。
试验模型为足尺寸6m×6m柱网双跨连续板。由8块6000×1500mm预应力夹层板组装成楼盖的底板，通过在底板上二次浇筑混凝土叠合层，形成装配整体式楼盖结构。在板侧缝内施加后张法无粘结预应力，在构造上利用板侧伸出的钢筋相互搭接实现横向传力，变单向受力为双向受力形成装配整体式楼盖结构，可明显改善楼盖结构的受力性能。
试验加载采用双跨均布荷载和活荷载不利组合两种工况，确定出板的极限承载力。为配合整体模型试验，还进行了一系列混凝土力学性能试验。
通过试验研究，得出板荷载-挠度关系，观测了板裂缝的分布和发展状态，分析了控制截面处的应变变化。确定出板的破坏状态和受力性能。本文应用SAP2000有限元程序对试验模型进行了研究，分析了这种楼盖结构的极限承载能力，并与实测承载力进行了对比，计算中考虑了开裂后各杆件刚度的修正。此外，对这种楼盖结构的板侧连接构造和预制板与钢梁间连接构造进行了试验研究，证明了这些构造措施是可靠的。
最后，本文介绍了这种预应力夹层板和装配整体式楼盖的施工操作工法。还与其它楼盖结构形式进行经济技术对比。
This paper mainly discussed one type of two-way superposed slab floor with prestress in one way. The lower layer of the superposed floor is precast-prestressed sandwich slab, and the upper layer is cast-in-situ concrete. Reinforcements set in the precast slabs lapped with each other at the side of it. In this way, the floor stand loads in two ways. Adopting unbond prestress improve mechanical behavior of the superposed floor.
The detail procedures of the loading test on the ultimate bearing capacity under different load cases and the author's first-hand experience during the tests are documented in the paper.
Based on the experimental performance, it has been verified that the superposed floor assembled by the precast-prestressed sandwich slab working under the design and the reliability of the lateral connecting character of the slab.
To explain the experimental results in quantitative terms, a theoretical model of the 6m X 12m continuous floor was developed based on the cross-beam finite element method. Considering the concrete cracking, the bent rigidity was corrected in terms of Code for Design of Concrete Structures(GB50010-2002). With the receivable deviation in engineering, the calculated deformations and the ultimate capacities calculated by the formula of Code are shown to be in satisfying agreement with the experimental results.
In addition, the structural form, character and the construction technology of the prestress floor were studied.
Finally, the paper made a economic analysis of the floor by comparison with other plan.
试验模型为足尺寸6m×6m柱网双跨连续板。由8块6000×1500mm预应力夹层板组装成楼盖的底板，通过在底板上二次浇筑混凝土叠合层，形成装配整体式楼盖结构。在板侧缝内施加后张法无粘结预应力，在构造上利用板侧伸出的钢筋相互搭接实现横向传力，变单向受力为双向受力形成装配整体式楼盖结构，可明显改善楼盖结构的受力性能。
试验加载采用双跨均布荷载和活荷载不利组合两种工况，确定出板的极限承载力。为配合整体模型试验，还进行了一系列混凝土力学性能试验。
通过试验研究，得出板荷载-挠度关系，观测了板裂缝的分布和发展状态，分析了控制截面处的应变变化。确定出板的破坏状态和受力性能。本文应用SAP2000有限元程序对试验模型进行了研究，分析了这种楼盖结构的极限承载能力，并与实测承载力进行了对比，计算中考虑了开裂后各杆件刚度的修正。此外，对这种楼盖结构的板侧连接构造和预制板与钢梁间连接构造进行了试验研究，证明了这些构造措施是可靠的。
最后，本文介绍了这种预应力夹层板和装配整体式楼盖的施工操作工法。还与其它楼盖结构形式进行经济技术对比。
This paper mainly discussed one type of two-way superposed slab floor with prestress in one way. The lower layer of the superposed floor is precast-prestressed sandwich slab, and the upper layer is cast-in-situ concrete. Reinforcements set in the precast slabs lapped with each other at the side of it. In this way, the floor stand loads in two ways. Adopting unbond prestress improve mechanical behavior of the superposed floor.
The detail procedures of the loading test on the ultimate bearing capacity under different load cases and the author's first-hand experience during the tests are documented in the paper.
Based on the experimental performance, it has been verified that the superposed floor assembled by the precast-prestressed sandwich slab working under the design and the reliability of the lateral connecting character of the slab.
To explain the experimental results in quantitative terms, a theoretical model of the 6m X 12m continuous floor was developed based on the cross-beam finite element method. Considering the concrete cracking, the bent rigidity was corrected in terms of Code for Design of Concrete Structures(GB50010-2002). With the receivable deviation in engineering, the calculated deformations and the ultimate capacities calculated by the formula of Code are shown to be in satisfying agreement with the experimental results.
In addition, the structural form, character and the construction technology of the prestress floor were studied.
Finally, the paper made a economic analysis of the floor by comparison with other plan.
引文
[1] 混凝土结构设计规范GB50010-2002．中国建筑工业出版社，2002．
[2] 林同炎，NED H．BURNS著，路湛沁，黄裳，马誉美译．预应力混凝土结构设计(第三版)．中国铁道出版社，1983．
[3] H．尼尔森著，姚玪森，沈莲芬合译．预应力混凝土设计．人民交通出版社．1984．
[4] 杜拱辰编著．现代预应力混凝土结构．中国建筑工业出版社，1988．
[5] 徐金声，薛立红著．现代预应力混凝土楼盖结构．中国建筑工业出版社，1998．
[6] 腾智明，罗福午，施岚青编著．钢筋混凝土基本构件(第二版)．清华大学出版杜，1987．
[7] 周旺华著．现代混凝土叠合结构．中国建筑工业出版社，1998．
[8] 高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98．中国建筑工业出版社，1998。
[9] 钢结构设计规范GBJl7-88．中国建筑工业出版社，1989．
[10] 魏明钟．新版钢结构修订说明．
[11] 冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程JGJ95-95．中国建筑工业出版社，1995．
[12] 冷轧带肋钢筋GBl3788-93．中国标准出版社，1993．
[13] 冷拔钢丝预应力混凝土构件设计与施工规程JGJ19-92．中国计划出版社，1992．
[14] 赵顺波，张新中．混凝土叠合结构设计原理与应用．中国水利水电出版社，2001．
[15] 黄赛超．周旺华．二次受力砼叠合层斜截面受力性能的研究．土木工程学报，1994(4)．
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[17] 陶学康．预应力混凝土结构构件计算—《混凝土结构设计规范》新修订内容介绍．建筑结构，2002．12．
[18] 陈永春，陈国梅．预应力超静定结构的等效荷载计算．建筑结构学报，1988，2．
[19] 徐金声，洪婉儿，唐民彦，杜拱辰．预应力混凝土连续梁的性能试验研究一无粘结和有粘结的对比．中国建筑科学研究院结构所研究报告，1982．
[20] 吕志涛，孟少平，黄理军．预应力混凝土超静定结构次弯距及其影响的研究．现代预应力混凝土工程实践与研究．华东预应力中心编，光明日报出版社，1989．
[21] Alfred．Yee(余占疏)．预制与预应力混凝土的结构和经济效益．建筑结构，2002，6．
[22] 王娴明编著．建筑结构试验．清华大学出版社，1988．
[23] 专利技术“二次预应力装配整体式混凝土板”．中国建筑科学研究院结构所．
[24] 尹泽明，丁春利等编著．精通MATLAB 6．清华大学出版社，2002．
[25] 无粘结预应力混凝土结构技术规程(JGJ／J92-93)．中国计划出版社．1993．
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[27] Rozvany G. and Woods J. Sudden Collapse of Unbond Prestressed Structures. ACI Journal, Feb. 1969.
[28] Mattock Alan H., Yamazaki J. and Kattala Basil J. Comparative Study of Prestressed Concrete Beams, with and without Bond. ACI Journal, Feb. 1971.
[29] Magura D. D., Sozen M. A., and Siesss C. P. A Study of Stress Relaxation in Prestressing Reinforcement: PCI Journal, April, 1964.
[30] SAP2000 Analysis Reference Manual. v7.0 Computers and Structures, inc.
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