王建省　王宗澤　王丹丹　戴智彪　金　璇

?

內(nèi)置隔墻式夾板結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究

王建省王宗澤王丹丹戴智彪金璇

北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院

王建省，男，教授，研究生導(dǎo)師，主要從事力學(xué)及土木結(jié)構(gòu)工程研究，主持及參與國家自然科學(xué)基金、北京市教委重點(diǎn)項(xiàng)目等10多項(xiàng)，發(fā)表論文80余篇；王宗澤（男）、王丹丹（女）、 戴智彪（男），結(jié)構(gòu)工程碩士研究生。金璇，女，土木工程專業(yè)本科。

行業(yè)曲線

基于具有隔墻的夾板，建立了力學(xué)分析模型，考慮混凝土材料屬性參數(shù)和鋼筋材料屬性，設(shè)定力學(xué)計(jì)算參數(shù)，界定力和位移邊界條件，選取Shell殼單元中的Elastic4node 63單元進(jìn)行處理，研究了板的邊長對彎矩的影響，給出線荷載作用面的長邊平行板的長邊x方向及y方向的彎矩與短跨的關(guān)系。分析了隔墻對結(jié)構(gòu)的影響。

研究背景

大跨度布置住宅越來越多，板上可直接承受線性荷載。隔墻直接作用在板上，為不影響室內(nèi)美觀和增加工程造價，盡量減少小梁，隔墻下甚至可以不設(shè)梁。鋼筋混凝土彈性薄板內(nèi)力分布取決于單邊嵌固、兩對邊簡支、周邊簡支或嵌固等支承條件，同時考慮板邊長比及板厚幾何特征以及集中力、分布力及有無力偶等荷載因素。樓板上直接作用局部大荷載將對結(jié)構(gòu)的承重提出更高要求。本文對具有隔墻的夾板進(jìn)行分析，建立力學(xué)模型并給出計(jì)算分析。

模型參數(shù)

研究鋼筋混凝土板在荷載作用下，材料屬性參數(shù)取混凝土材料屬性參數(shù)及鋼筋材料屬性參數(shù)。強(qiáng)度等級為C30混凝土，彈性模量Ec=3.00x104 N/mm2=3.00x1010 N/m2，普通混凝土泊松比0.18，范圍0.14-0.23，vc =0.2，板鋼筋HPB235，彈性模量E=2.1x105 N/mm2=2.1x1011 N/m2。鋼筋混凝土中鋼筋含量即配筋率較少（小于0.5%），混凝土彈性模量取代鋼筋混凝土彈性模量，按鋼筋與混凝土各自截面積的權(quán)重分配鋼筋混凝土彈性模量。板配筋率以取0.8%～1.5%，強(qiáng)度等級C30混凝土板內(nèi)配HPB235級鋼筋，經(jīng)濟(jì)配筋率0.8%，鋼筋混凝土板彈性模量為E=3.14x1010N/m2。

荷載及邊界條件

板上作用有隔墻如圖1，隔墻厚度ax為200mm，簡化為線荷載，隔墻高度為3m，容重為15KN/ m3，荷載分布為15KN/m3×3=45KN/m2=45000N/m2，研究四邊固支板的受力性能及彎矩和撓度的影響因素，將給出四邊固支板在跨中線荷載作用下的彎矩系數(shù)和撓度系數(shù)表。考慮線荷載作用于板跨的跨中。考慮線彈性范圍內(nèi)各向同性材料等厚度板，板幾何尺寸如表1，選擇Shell殼單元中Elastic4node 63單元進(jìn)行處理，在TK（I）中輸入0.1，板厚度為0.1m，分別取0.01m,0.03m,0.05m,0.08m,0.1m,0.12m,0.15m劃分網(wǎng)格，選定每個單元的邊長為0.1m荷載的輸入按隔墻的實(shí)際作用面輸入，局部面荷載為45000N/m2。

板邊長對彎矩和撓度的影響

圖1　具有隔墻板模型

研究板邊長a和b對隔墻彎矩和撓度影響，板厚取h=100mm，按四種a/b板計(jì)算。板上隔墻沿板跨滿布，線荷載沿板跨也為滿布，分別計(jì)算得每一種尺寸的板在線荷載作用下的跨中最大彎矩和最大撓度，如表2-表3所示。Mx和My分別為x 和y 向板跨中最大彎矩，w 為板跨中最大撓度。

表1　板幾何尺寸

表2　線荷載作用面的長邊垂直于板的短邊板彎矩和撓度（彎矩N. m撓度mm）

表3　線荷載作用面的長邊垂直于板的長邊板彎矩和撓度（彎矩N. m撓度mm）

圖2　線荷載作用面的長邊平行于板的長邊時x方向的彎矩與短跨的關(guān)系

圖3　線荷載作用面的長邊平行于板的長邊時y方向的彎矩與短跨的關(guān)系

彎矩與跨的關(guān)系

彎矩和板的短跨關(guān)系如圖2-圖3所示，當(dāng)線荷載作用面的長邊平行于板的長邊時，x方向的跨中最大彎矩隨著短跨b的增大而增大，當(dāng)1≤a/ b≤2時，x方向的跨中最大彎矩隨著邊長比a/b的增大而增大；a/b=2和a/b=3時，x方向的跨中最大彎矩與板跨b的關(guān)系曲線重合。當(dāng)線荷載作用面的長邊平行于板的長邊時，圖3曲線顯示y方向的跨中最大彎矩隨著短跨b的增大而增大，線性關(guān)系明顯，不同邊長比的曲線基本重合。

結(jié)語與建議

本文研究了具有隔墻的夾板的力學(xué)性能，根據(jù)力學(xué)基本原理建立了分析模型，考慮了混凝土材料屬性參數(shù)和鋼筋材料屬性，設(shè)定相關(guān)的力學(xué)計(jì)算參數(shù)并分別進(jìn)行取值，對板的邊界條件進(jìn)行了劃分和歸類，選取了Shell殼單元中的Elastic4node 63單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，研究了板的邊長對彎矩的影響，給出線荷載作用面的長邊平行板的長邊x方向及y方向的彎矩與短跨的關(guān)系，分析了隔墻的結(jié)論的影響。結(jié)論表明，具有隔墻的夾板力學(xué)性能顯著提高，具有較好的抵抗外界載荷的作用。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（11572001，51478004）；北京市2016雙培計(jì)劃項(xiàng)目（16007-6）；北京高等學(xué)校高水平人才交叉培養(yǎng)實(shí)培計(jì)劃項(xiàng)目（XN003-29）；北方工業(yè)大學(xué)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（20160305，20160306）

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.030