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随着社会的发展,城市用地日益紧张,国家政策一直鼓励多层公共与工业建筑的快速发展。但是由于公共与工业建筑结构跨度要求一般较大,常规混凝土和钢楼板结构难以满足楼层净高、用钢量等要求。因此,本文提出一种大跨度装配整体式钢-混凝土组合空腹楼板结构,既能满足其相关要求,又具有造型优美、跨越能力强、施工文明以及工业化程度高等优点。该结构体系主要由下肋钢梁、现浇钢筋混凝土上肋梁、预制钢筋混凝土带肋板以及连接上、下表层并使之共同工作的剪力键组成。结构采用两两正交双层弦杆组成十字交叉肋,在交叉点处设置竖向剪力键,使上、下肋梁连接在一起,上、下表层之间,除了剪力键位置,自然形成一个结构空间,并在下层钢肋节间中点采用高强螺栓将各划分单元进行拼接连接。本文采用模型试验和理论分析相结合的方法,对大跨度装配整体式组合空腹楼板体系的静力性能、舒适度以及竖向地震作用等进行了系统的研究。主要研究内容和成果如下:(1)在满足力学性能相似的基础上,以30m×30m装配整体式组合空腹楼板结构为原型,制作了缩尺比例为1/5的模型,进行了试验研究。通过分析各级荷载作用下测点的挠度、应力应变以及加速度时程曲线,对该楼板体系的承载力、变形及正常使用性能进行了评估。然后对比分析了试验结果和有限元计算结果。结果表明:在设计荷载作用下,结构位移、应力均近似于线性变化,最大挠度出现在楼板中央部位,试验加载全过程没有观测到宏观破坏和裂缝,结构整体工作性能好、安全储备高。试验数据和有限元计算结果吻合较好。(2)系统地研究了组合空腹楼板的静力性能及其刚度分析的简化算法。首先,采用梁-壳混合模型对组合空腹梁的变形和内力分布规律展开了研究,结果表明:上、下肋局部弯矩均由边节间向中间节间递减,且在跨中节间,局部弯矩均使肋的下侧纤维受拉;除支座附近外,上肋中间节间的轴力均为压力,而下肋中间节间的轴力均为拉力,且向跨中逐步增大。剪力键在肋轴力差的作用下主要表现为平面“错动”,其内力从支座到跨中逐步减小。其次,分析了跨高比、网格数和剪力键断面尺寸对结构静力响应的变化规律,研究表明:随着跨高比和网格间距的增大,结构挠度和内力均不断增大,而随着剪力键断面尺寸的加大,挠度和内力则有所减少。最后,从刚度分析出发,推导出组合空腹梁的局部弯曲位移占总位移的比例系数η计算公式,并给出了梁的等代抗弯刚度B和实用计算方法供工程设计简化计算之用。(3)采用行走路线法对该结构体系的舒适度进行了研究。首先选取不利行走路线,确定步距大小,再利用单步落足激励施加动荷载,进行结构时程分析。结果表明:结构竖向自振频率和加速度峰值均满足规范对舒适度的控制要求,当行走路线经过离低阶振型中心时,加速度峰值较大,加速度响应达到峰值的时间出现在行走总持时1/2附近。跨高比对结构的自振频率和加速度影响是较大的,适当增加表层混凝土薄板厚度可加强楼板整体刚度,远离人行走频率。(4)采用竖向反应谱和时程分析法对大跨度组合空腹楼板体系进行了竖向地震作用计算,研究了构件的竖向地震效应和楼板竖向加速度分布等内容。结果表明:在竖向地震作用下,楼板的竖向变形较小,上、下肋及剪力键的内力均不大,但楼板跨中加速度反应较大;结构竖向构件会产生附加轴向力,其层轴力效应均在结构重力荷载代表值的10%以下。