一种轻质混凝土暗肋楼板及其简化分析方法.pdf

2 0 1 5年 第 2 期 (总 第 3 0 4 期) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No ． 3 0 4 ) 混 凝 土 Con c r e t e 混凝土制品 CONCRET E P RODUCTS d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 3 4 一 种轻质混凝土暗肋楼板及其简化分析方法 张大英 ，许启铿。 ， 王树明 ， 王录 民 ( 1 ． 郑州航空工业管理学院 土木建筑工程学院，河南 郑州 4 5 0 0 1 5 ； 2 ． 河南工业大学 土木建筑学院，河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ； 3 ． 河南东方建筑设计有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ) 摘要： 为研究轻质混凝土暗肋楼板结构的计算方法， 以每行或每列轻质混凝土填充材料中心连线为分界线对楼板划分为多个 计算板带。 根据截面面积和惯性矩相等的原则 ， 将各个板带的不规则截面等效换算为规则的工字型截面， 并利用有 限元数值模 拟方法对简化后楼板进行了不同等级砖荷载作用下的力学计算 ， 同时 ， 对未做简化的楼板进行 了数值模拟分析。 将得到的两类 有限元模型下的数值模拟结果与现有试验测试结果进行对比分析， 验证了简化楼板有 限元模型模拟结果与试验值吻合良好， 简 化分析方法是可行的， 未作简化的有限元模型模拟结果与试验值误差较大 ， 但是变形趋势一致。 关键词： 轻质混凝土 ； 暗肋楼板； 简化分析方法 ； 数值模拟 中图分类号 ： T U 5 2 8 ． 2 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 2 — 0 1 2 2 — 0 3 Si mp l i f i e d a n a l y s i s me t h o d f or t h e l i g h t we i g h t c on c r e t e f loo r wit h hid de n r i b Z HANG Da y i n g ， XU Q i k e n g。 ， WA NG S h u mi n g ， WANG L u mi n ( 1 ． S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e ri n g， Z h e n g z h o u I n s ti t u t e o f Ae r o n a u t i c a l I n d u s t r y Ma n a g e me n t ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 5， Ch i n a ； 2． Sc ho o l o f Ci v i l En g i n e e rin g a n d Ar c h i t e c t u r e， He n a n Un i v e r s i t y o f Te c h no l o g y， Zhe n g z h o u 4 5 0 0 01， Ch i n a； 3 ． He n a n Ori e n t Ar c h i t e c t u r a l De s i g n Co ． ， L t d ． ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3 ， Ch i n a ) Abs t r a ct ： I n o r d e r t o s t u d y t h e c o mp u t a ti o na l me t h od o f the l i g h t we i g h t c o n c r e t e flo o r wi t h h i d d e n r i b， i t wa s d i v i d e d i n t o mu l t i p l e s t r i p s b o un d t O t h e c e n t e r l i n e o f e a c h r ow a n d c o l u m n o f the fil l e d ma t e ria 1 ． Un d e r e q u a l c r o s s — s e c ti o na l a r e a a n d m o me n t o f i n e r t i a p rin c i p l e， i r r e g u l a r s e c t i o n wa s e q u i v a l e n t t o r e g u l a r H s e c tio n， a n d t h e n FEM me t h o d wa s e mp l o y e d t o s i mu l a t e the s i mp l i fie d mo d e l f o r i t s me c h a n i c a l p r o p e r t y u n d e r di f f e r e nt l e v e l s o f bric k l o a d， a s we l l ， the o rig i na l mo de l wa s s i mul a t e d． Th e fin a l c o mp ar a t i v e r e s ul t s o f t h e a bo v e me t h o d t O t he a v a i l a b l e e x p e rime n t a l r e s ul t s s ho w t h a t n u me r i c a l r e s u l t s o f th e s i mp l i fie d mo d e l arc i n g o o d a g r e e m e n t wi t h t h e e x p e r i me n t a l o n e s ， b u t n u me r i c a l o n e s o f th e o rig i n a l mo d e l c a us e b i g g e r e r r or ， o n l y th a t th e c o n s i s t e n t d e f o r m a t i o n t e n d e n c y． Ke y wor ds： l i g h t we i g ht c o nc r e t e； t h e flo o r wi th h i d d e n ri b； the s i mp l i fie d a n a l y s i s me tho d； n u me ric a l s i mu l a t i o n 钢筋混凝土因其具有 良好的耐久性 、 耐火性 、 整体性 、 可模性 ， 易于就地取材 、 价格较低等优 点 ， 应 用非常广 泛 ， 由其浇筑而成的钢筋} 昆凝 土楼 板具有整体性好 、 刚度大 、 抗渗性好 、 适用性强等优点 ， 在建 筑工程 、 水利工 程 、 港 口 工程 、 桥 梁工程 、 海洋工程中得到了广泛应用 。 当结构跨度 较小时 ， 楼板厚度较小 ， 常采用实心板 ； 当结构跨度较大如 在大跨度板柱结构体 系 中， 楼 板厚度较大 ， 若仍采 用实心 板 ， 自重大大增加 ， 浪费材 料。 因此 ， 为适应 大跨度 、 大空 间 、 灵 活 隔 断 的需 要 ， 无 梁 楼 盖 、 空 心 楼 盖⋯ 、 填 充 楼 盖 、 钢 一 混凝土组合楼盖 等结构型式被逐渐应用 于 实际工程 中并取得了 良好的经济效益。 然而， 对于无梁楼盖、 空心楼盖、 填充楼盖、 组合楼盖 等的计算分析 目前并没有统一的计算方法 ， 尤其是利用 有 限元方法对其进行数值模拟时 ， 所采用 的处理方式不尽 相 同， 计算结果的准确性 和精度也难 以确定。 而试验测试 则 是验证数值模拟结果的可靠而有力的手段 。 为此 ， 笔者 以 一 轻质混凝土暗肋楼板结构体系为实例 ， 采用两类有限元 模型对其进行不同等级砖荷载作用下的计算分析 ， 并 以现 有的试验数据为依据 ， 验证了两种数值模拟结果 的准确性 和计算精度。 1 轻质混凝土暗肋楼板概 况 1 ． 1组 成 材料 轻质混凝土暗肋楼板结 构体系 由预制 的轻 质混凝 土 填充材料 、 现浇混 凝土和钢筋组成 ， 考虑适应 楼板双 向受 力 、 现浇混凝土施工便利 、 轻质混凝 土填 充材料 固定绑 扎 方便 、 节能环保等 因素 ， 将轻质混凝 土填 充材料做成各 向 同性的圆环体结构， 如图 1 所示。 轻质混凝土填充材料 的最大优点是质轻 、 环 保节能 ， 所用材料主要包括 ： 废 旧聚苯乙烯泡沫塑料颗粒 ， 水泥胶 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 ～0 7 1 8 基 金项 目： 河 南省重点科技攻关训一 划资助项 目( 1 1 2 1 0 2 2 1 0 0 0 3 ) ； 河南省教育厅科学技 术研究重点项 目( 1 4 A 5 6 0 0 2 1 ) l 22 强度影响的试验与分析[ J ] ． 混凝土， 2 0 1 0 ， 2 5 0 ： 2 5— 2 7 ． [ 3 ]韩兴腾． 喷射混凝土干拌成品混合料的力学性能试验研究[ D ] ． 淮南 ： 安徽理工大学 ， 2 0 0 9 ． [ 4 3马芹永 ， 张经双， 韩兴腾． 预拌干料贮存期对 喷射混凝土抗折 强度影响的试验与分析[ c ] ． 第 1 9届全国结构工程学术会议， 2 01 0， 1 1． [ 5 ]游宝坤． 我国混凝 土膨 胀剂的发展近况和展望 [ J ] ． 混凝土 ， 2 0 0 3 ( 4 ) ： 3 — 6 ． [ 6 ]赵东和． 减水剂和膨胀剂对混凝土早期收缩影响研究[ J ] ． 混凝 土， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 9 7— 9 9 ． [ 7 ] 黄伟． 矿渣水泥配制补偿收缩混凝土微观结构试验分析[ J ] ． 2 0 1 3 ( 4 )： 6 1—6 3 ． 上接第 1 2 4页 3 结 论 ( 1 ) 轻质混凝土填充材料放置在钢筋混凝土现浇楼板 内部， 可以大大减轻楼板 自重， 当其在楼板内并列式放置 时 ， 可以形成纵横相互垂 直交叉 的现 浇混凝土 暗肋 ， 使得 楼板形成传力途径明确 ， 类似于井字梁支承结构体系 的良 好的受力结构 。 ( 2 ) 楼板 内形成 的相互垂直交叉的纵横 向现浇混凝土 暗肋为不规则截 面， 暗肋 最薄弱处截 面为一空心板 截面 ， 为 了简化计算 ， 根据截 面面积和惯性 矩相等 的原则 ， 将空 心板截 面等效为工字型截面。 ( 3 ) 在不 同等级砖荷 载作 用下 ， 对实际楼板 和简化后 楼板进行有 限元数值模拟 ， 并将数值结果与试验测试结果 进行 比较分析 ， 结果表明简化后楼板数值模拟结果与试验 测试结果吻合较好 ， 而实际楼板数值模 拟结果 与试验测试 结果误差较大 ， 但变形趋势是一致 的。 参考文献 ： [ 1 ]中国建筑标准设计研究院． 0 5 S G 3 4 3 ， 现浇混凝土空心楼盖[ s ] 上接第 1 2 7页 [ 2 3 ] 赵军 ， 高丹盈 ． 高温后聚丙烯纤维高强混凝土力学性能试验研 究[ J ] ． 四川建筑科学研究， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 1 ) ： 1 3 3—1 3 5 ． [ 2 4 ] S A R V A R A N T A L， MI K KO L A E ． F i b r e m o t a r c o mp o s i t e s u n d e r fir e c o n d i t i o n s： Ef f e c t s o f a g e i n g a n d mo i s t u r e c o n t e n t o f s p e c i — me n s l- J ] ． Ma t e r ． S t r u c t ， 1 9 9 4 ， ( 2 7 ) ： 5 3 2 — 5 3 8 ． [ 2 5 ] K A L I F A P ， C H E N E G， G A L L E C ． H i g h — t e m p e r a t u r e b e h a v i o ur o f H P C w i t h p o l y p r o p y l e n e fi b r e s f r o m s p a l l i n g t o m i c r o s t r u c t u r e l- J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 1 0 ) ： 1 4 8 7— 1 4 9 9 ． [ 2 6 ] B I L O D E A u A， K O D U R V K R， H O F F G C ． O p t i mi z a t i o n o f t h e t y p e a n d a mo u n t o f p o l y p r o p y l e ne fib r e s f o r p r e v e n t i n g the s pa l — l i n g o f l i g h— t w e i g h t c o n c r e t e s u b j e c t e d t o h y d r o c a r b o n fi r e F J ] ． C e m e n t &C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 6 3—1 7 4 ． [- 2 7 ] S I D E R I S K K， MA N I T A P ， P A P A G E O R G I O U A， e t a 1 ． Me c h an— i c a l c h ara c t e ris t i c o f Hi g h Pe r f o r ma n c e F i b e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e s a t e l e v a t e d t e mp e r a t u r e s [ R] ． A C I S p e c i a l P u b l i c a t i o n ， 2 0 0 6 ： 21 2 —6 0． 9 73—98 8 ． [- 2 8 ] 朋改非， 段旭杰， 黄厂华． 钢纤维对高性能混凝土高温爆裂行为 的抑制作用[ c ]／ ／ 全国特种混凝土技术及工程应用学术交流会 暨 2 0 0 8 年混凝土质量专业委员会年会． 西安， 2 0 0 8 ： 5 6 6— 5 7 0 ． [ 2 9 ] 徐晓勇， 马彦飞， 石国柱． 纤维对高强混凝土高温作用后力学 性能影响的研究l- J ] ． 江苏建材 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 3 7— 3 9 ． [- 3 0 ] D o h e r t y P ， A L I F ， N A D J A I A， e t a 1 ． E x p l o s i v e S p a l l i n g o f C o n — c r e t e C o l u m n s w i t h S t e e l a n d P o l y p r o p y l e n e F i b r e s S u b j e c t e d T o [ 8 ：]崔朋勃， 马芹永． 膨胀剂对喷射补偿收缩钢纤维混凝土力学性 能的影响[ J ] ． 混凝土与水泥制品， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 4 5— 4 7 ． [ 9 ： ]李伏虎， 马芹永． H C S A膨胀剂对喷射混凝土微观结构影D ~ E J ] ． 矿冶工程， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 4 ) ： 5 — 1 2 ． [ 1 O ] 冯竟竟 ， 苗苗， 阎培渝． 补偿收缩 复合胶凝材料的水化与膨胀 性能[ J ] ． 建筑材料学报， 2 0 1 2 ， 1 5 ( 4 ) ： 4 3 9— 4 4 5 ． 作者简介： 杨易灵( 1 9 9 0一) ， 女 ， 硕士研究生 ， 研究方向： 主要从 事混凝土材料方面的研究。 联系地址： 安徽省淮南市田家庵区舜耕中路 1 6 8号 安徽理 工大 学( 本部) 土木建筑学院( 2 3 2 0 0 1 ) 联 系 电话 ： 1 8 2 5 5 4 6 9 1 9 3 北京 ： 中国计划出版社， 2 0 0 7 ． [ 2 1]V A R G A S A， e t a 1 ． P r e c a s t s l a b s u s i n g r e c y c l a b l e p a c k a g i n g a s fl o o ri n g s u p p o a e l e me n t s [ J ] ． J o u r n a l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n ， 2 01 4， 6 6： 9 2— 1 0 0． [ 3 ]丁永刚， 张志恒． 箱形内模现浇混凝土空心楼盖结构几何参数 影响分析[ J ] ． 混凝土与水泥制品， 2 0 1 3 ， 7 ： 5 3 — 5 5 ． [ 4 ]张大英， 王录民， 梁醒培 等． 泡沫混凝土型块填充板的试验与有 限元分析l- J ] ． 同济大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 1 ， 3 9 ( 1 ) ： 4 2 - 4 7 ． [ 5 ]HO L ME S N， K e v i n D u n n e ， J o h n O D o n n e l 1 ． L o n g i t u d i n a l s h e a r r e s i s t a n c e o f c o mpo s i t e s l a b s c o n t a i n i n g c r u mb r u b b e r i n c o n c r e t e t o p p i n g s [ J ] ． C o n s t r u c t i o n and B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 4 ， 5 5 ： 3 6 5— 3 7 8． 1- 6 ]张大英 ， 王树明， 王录民． 泡沫混凝土型块填充材料 的应用研 究[ J ] ． 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 9 ) ： 1 4 7— 1 5 0 ． 作 者简 介 联 系地址 联 系电话 张大英( 1 9 8 2一 ) ， 女 ， 博士， 讲师 ， 主要研究方向： 轻质 混凝土楼板的力学特性、 仓储结构的动力参数识别。 河南省郑州币大学中路 2 号 郑州航空工业管理学院 土木建筑工程学院( 4 5 0 0 1 5 ) 1 5 03 8 0 9 6 0 3 6 S e v e r e F i r e [ J ] ． J o u m a l o f S t r u c t u r a l F i r e E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 2 ， 3 ( 1 ) ： 9 5— 1 0 4 ． 1- 3 1 ] P O O N C S ， A Z H A R S ， e t a 1 ． C o m p a r i s o n o f th e s ~ e n g t h a n d d u — r a b i l i t y p e rfo r ma n c e o f n o rm a l—a n d h i g h —s ~e n g t h p o z z o l a ni c c o n c r e t e s a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s [ J ] ． C e me n t a n d C o n c r e t e R e — s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 9 ) ： 1 2 9 1 —1 3 0 0 ． 1- 3 2 ] 贾福萍， 崔艳莉 ， 吕恒林 ， 等． 大掺量粉煤灰 H P C高温下抗爆裂 性及改善措施l- J ] ． 东南大学学报 ： 自然科学版， 2 0 1 0 ( 4 0 ) 增刊 ( I I ) ： 2 1 4— 2 1 9 ． [ - 3 3 ] 李金成． H S C／H P C高温爆裂 机理研究进展[ J ] ． 山西建筑 ， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 2 5 ) ： 1 0 8—1 1 1 ． 1- 3 4 ] A N D E R B E R G Y ． S p al l i n g p h e n o m e n a o f H P C a n d O C [ C ] ／ ／ Pro — c e e d i n g s o f I n t e rna ti o n al W o r k s h o p o n F i r e P e r f o r m a n c e o f Hi g h— — S t r e n g t h C o n c r e t e ( N I S T S p e c i N Pub l i c a t i o n 9 1 9 ) ． G a i t h e r s b u r g ： NI S T ， 1 9 9 7： 6 9 —7 3． 1- 3 s ] 李友群 ， 李丽娟 ， 办健波． 粗骨料种类对高强混凝土高温爆裂 性能的影响[ J ] ． 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 7 3— 7 5 ， 9 6 ． 1- 3 6 ] 边松华 ， 朋改非 ， 赵章力 ， 等． 含湿量和纤维对高性能混凝土高 温性能的影响[ J ] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 5 ， 8 ( 3 ) ： 3 2 1 — 3 2 7 ． 作者简介： 孙蓓( 1 9 8 0 一) ， 女， 在读博士生。 联 系地址： 北京币朝阳区管庄( 1 0 0 0 2 4 ) 联 系电话 ： 1 5 9 0 1 2 6 9 0 4 3 1 31