楼盖体系平面内变形与刚性性能的确定对结构的整体分析具有重要意义,刚性楼盖可以使结构分析的自由度数目大大减少,使计算过程和计算结果的分析大为简化,而半刚性或柔性的楼盖在整体结构分析过程中必须考虑楼盖自身平面内的变形,使结构的整体分析变得复杂。如何评定楼盖体系平面内的刚性性能,目前我国规范尚无明确规定。针对一种适用于高层密柱束筒钢结构的新型装配式桁架梁组合楼盖体系,本文开展了试验研究与有限元分析,详细探讨分析了该楼盖体系平面内的变形与刚性性能,以及影响该楼盖体系平面内刚性性能的相关因素,为该类型装配式组合楼盖体系的工程应用提供理论依据。(1)首先在详细揭示该新型装配式楼盖体系构造组成与装配方式的基础上,对楼盖体系的关键装配连接节点的承载能力及初始连接刚度进行了试验研究与理论分析。针对带内套筒高强螺栓连接、带填板高强螺栓连接的两种类型装配连接的抗剪、抗拉连接性能,设计制作了 1:1足尺试验模型进行了试验研究及相关的有限元分析,研究表明:带内套筒的高强螺栓连接抗拉、抗剪性能都非常良好;填板的设置对高强螺栓抗剪有一定不利影响,但影响程度不大,抗剪承载力降低不到8%。(2)设计制作了两组共四个1:3的缩尺试验模型,第一组两个试件分别为一层框架结构楼盖和二层框架结构楼盖各一个,探讨楼盖平面内水平作用力平行于装配式楼盖拼装板缝方向时的楼盖体系平面内变形与刚性性能;第二组两个试件构造形式与第一组完全一样,同样为一层框架结构楼盖与二层框架结构楼盖各一个,该组试件用来分析研究楼盖平面内水平作用力垂直于楼盖拼装板缝方向时的楼盖平面内变形与刚性性能。试验研究表明:新型装配式组合楼盖体系垂直板缝方向受荷时,其整体性比顺板缝方向受荷情形要差,但平面内刚度却要比顺板缝受荷情形好。(3)基于楼盖体系关键装配连接节点性能的试验研究与分析,得出连接的简化力学分析模型,在此基础上,采用midas通用有限元分析方法对试验楼盖体系平面内刚性性能进行了模拟分析,并与试验分析结果进行对比分析,分析表明:基于midas的有限元分析结果与试验测试结果吻合较好,新型装配式楼盖基于midas的分析模型有效且建模方便。(4)基于midas的分析模拟方法,对实际工程楼盖平面内刚性性能进行了分析研究。首先针对装配式楼盖体系、装配整体式楼盖以及采用刚性假定的楼盖体系,3种类型楼盖体系的平面内变形性能、楼盖平面内水平作用力的传递转移性能进行了比较分析,基于比较分析结果对新型装配式组合楼盖体系平面内刚性性能进行了分析。分析结果显示:新型装配式组合楼盖体系与基于刚性假定的楼盖体系在平面内变形性能以及楼盖平面内水平作用力的传递转移性能上偏差都比较大,而装配整体式楼盖体系的上述性能均与刚性假定的楼盖体系接近。针对新型装配式组合楼盖体系,分别采用美国规范以及欧洲规范关于楼盖平面内刚性性能分析评估方法进行了分析评估,分析结果表明:美国规范评估方法不适用于本文楼盖体系,而结合欧洲规范的位移偏差法及赵西安的导荷性能偏差法的两指标评估方法,较好的反应了楼盖平面内刚性性能的本质,适用于本文新型装配式楼盖平面内刚性性能的评估;评估结果显示,新型装配式组合楼盖体系属于弹性楼盖。(5)针对新型装配式组合楼盖体系关键装配连接刚度、楼层位置、楼盖受荷方式以及楼盖体系混凝土面板厚度对楼盖体系平面内刚性性能的影响进行了详细分析,结果表明:1.新型装配式组合楼盖体系的关键装配连接刚度对楼盖平面内变形与刚性性能具有重要影响,其中,影响最为显著的是楼盖体系的板-角柱装配连接及主梁-H型钢柱的装配连接;2.虽说楼盖体系在顺拼装板缝方向与垂直拼装板缝方向的平面内刚度相差较大,但在这两个方向,楼盖体系的整体刚性性能差别却不是太明显,垂直拼装板缝方向楼盖体系的刚性性能比顺拼装板缝方向稍弱;3.装配式楼盖体系刚性性能评估指标基本上随整体结构从底层往上逐层增大,顺拼装板缝方向底层楼盖评估指标也较大,但也不会超过顶层楼盖的评估指标;4.增加楼盖体系混凝土面板的厚度,能有效增大楼盖平面内等效抗剪刚度;当混凝土面板厚度达到120mm时,楼盖体系在顺拼装板缝方向与垂直拼装板缝方向,其平面内等效抗剪刚度基本一致了;但增加混凝面厚度对改善楼盖体系的平面内刚性性能则作用不是太明显。
