內置隔墻式夾板結構力學特性研究

王建省　王宗澤　王丹丹　戴智彪　金　璇

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內置隔墻式夾板結構力學特性研究

王建省王宗澤王丹丹戴智彪金璇

北方工業大學土木工程學院

王建省，男，教授，研究生導師，主要從事力學及土木結構工程研究，主持及參與國家自然科學基金、北京市教委重點項目等10多項，發表論文80余篇；王宗澤（男）、王丹丹（女）、 戴智彪（男），結構工程碩士研究生。金璇，女，土木工程專業本科。

行業曲線

基于具有隔墻的夾板，建立了力學分析模型，考慮混凝土材料屬性參數和鋼筋材料屬性，設定力學計算參數，界定力和位移邊界條件，選取Shell殼單元中的Elastic4node 63單元進行處理，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系。分析了隔墻對結構的影響。

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，為不影響室內美觀和增加工程造價，盡量減少小梁，隔墻下甚至可以不設梁。鋼筋混凝土彈性薄板內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構的承重提出更高要求。本文對具有隔墻的夾板進行分析，建立力學模型并給出計算分析。

模型參數

研究鋼筋混凝土板在荷載作用下，材料屬性參數取混凝土材料屬性參數及鋼筋材料屬性參數。強度等級為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重分配鋼筋混凝土彈性模量。板配筋率以取0.8%～1.5%，強度等級C30混凝土板內配HPB235級鋼筋，經濟配筋率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和撓度系數表。考慮線荷載作用于板跨的跨中。考慮線彈性范圍內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劃分網格，選定每個單元的邊長為0.1m荷載的輸入按隔墻的實際作用面輸入，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板計算。板上隔墻沿板跨滿布，線荷載沿板跨也為滿布，分別計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系

彎矩與跨的關系

彎矩和板的短跨關系如圖2-圖3所示，當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的關系曲線重合。當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，線性關系明顯，不同邊長比的曲線基本重合。

結語與建議

本文研究了具有隔墻的夾板的力學性能，根據力學基本原理建立了分析模型，考慮了混凝土材料屬性參數和鋼筋材料屬性，設定相關的力學計算參數并分別進行取值，對板的邊界條件進行了劃分和歸類，選取了Shell殼單元中的Elastic4node 63單元進行數據處理，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系，分析了隔墻的結論的影響。結論表明，具有隔墻的夾板力學性能顯著提高，具有較好的抵抗外界載荷的作用。

基金項目：國家自然科學基金（11572001，51478004）；北京市2016雙培計劃項目（16007-6）；北京高等學校高水平人才交叉培養實培計劃項目（XN003-29）；北方工業大學開放實驗項目（20160305，20160306）

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.030