装配整体式预制混凝土结构的路由器的应用

装配整体式预制混凝土结构的路由器的应用

0节点设计与验算随着混凝土地板材料的蓬勃发展，预埋混凝土地板板广泛应用于房屋墙体等建筑物的墙壁。然而对预制混凝土外挂墙板的节点设计与验算,目前国内还缺乏相关设计规范及相关经验。本文针对预制混凝土外挂墙板节点设计的问题,遵循国内现行主流预制混凝土结构设计规范的强制性条文要求,提出了预制混凝土外挂墙板上承式节点整套设计及其强度验算方法,可为类似外挂墙板节点设计提供有益的参考。1承式节点根据外挂墙板悬挂方式的不同,外挂墙板节点一般可分为上承式节点及下承式节点两种类型,如图1所示。外挂墙板上承式节点所承受的所有竖向荷载全部由上部节点共同承担;而外挂墙板下承式节点所承受的所有竖向荷载全部由下部节点共同承担。本文针对一种典型的上承式节点设计展开详细讨论,下承式节点的设计方法与此类同。外挂墙板上承式节点形式如图2所示,此节点已成功运用在实际工程中。2墙板的抗侧力通常预制混凝土外挂墙板不参与主体结构受力,而只承受包括自重、风荷载以及地震作用在内的仅作用于墙板本身的荷载。因此,其节点应具有足够的承载力来抵抗由外挂墙板传来的所有荷载。2.1节点在抗附加荷载方面的设计为了保证外挂墙板可以自由运动,作用于墙板上的竖向荷载均仅由两个节点承受,设计重力荷载时应考虑相应支撑合力点与板面形心不重合(产生偏心)时所造成的附加荷载。同时,还需考虑在外挂墙板面层铺装及预埋铁件对混凝土所产生的附加重量。因此,混凝土容重可适当提高,取26kN/m3,并建议取重力放大系数1.1。节点在自重作用下的受力简图如图3所示,图3中各参数含义见表1。根据图3,节点在自重作用下所承受的荷载计算公式见表1。2.2风荷载作用下的偏心效应预制外挂墙板的面外风荷载将由全部节点共同承担,在节点计算中,需计及由外挂墙板所承受风荷载合力作用点与支撑合力点不重合所产生的偏心效应。根据风荷载作用下节点受力简图(图4),节点在风荷载P作用下所承受的荷载计算公式见表2。2.3面内地震作用地震作用应分别考虑预制外挂墙板面外水平地震作用、面内水平地震作用以及面内垂直地震作用三种情况,并应考虑其相应偏心作用。在面内地震作用下,外挂墙板可能发生回转,导致短时间内不能由其四点同时承受面内水平地震作用,因此,对于承重节点而言,将其所承受的荷载作用放大2倍,以保证节点的安全。根据地震作用下节点受力简图(图5~7),节点在地震作用下所承受的荷载计算公式见表3。2.4空间正交向量组在不同荷载组合条件下,节点可能同时承受多个方向的荷载,本文定义空间正交向量组(i,j,k)来标明荷载各不同方向。其中i表示平行于外挂墙板面内的竖直方向,j表示垂直于外挂墙板的水平方向,k表示平行于外挂墙板面内的水平方向。2.4.1挂墙板截面抗震验算参考《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的相关规定,在进行外挂墙板截面抗震验算时,需考虑墙板自重、地震作用以及风荷载作用三者同时组合。因此,验算节点在面外水平荷载作用下节点的承载力时,需考虑以下设计组合:对以上两种荷载组合结果,取含有水平向最大绝对值的向量组合作为面外水平荷载的控制组合。2.4.2单因素水平载荷组合对于面内水平荷载,由于受风面积小,可不考虑风荷载的作用,因此仅需考虑自重荷载与水平面内地震作用的设计组合,如下:2.4.3垂直过载组合在面上在垂直地震作用下,节点仅承受自重荷载与垂直地震作用的设计组合,如下:3节点力的传递在国内现今的预制混凝土外挂墙板结构中,多采用以角钢加销轴为主要构件的上承式连接节点,本节将运用材料力学的相关知识阐述预制混凝土外挂墙板节点的承载力验算方法。对本文的上承式节点而言,外挂墙板所承受的水平荷载将通过角钢与加劲肋所组成的部件传递至销轴,随后由销轴传递至托座焊缝,最后由托座焊缝传至主体结构;而对于外挂墙板所承受的竖向荷载,将通过角钢与加劲肋所组成的部件传递至下部垫片,再由下部垫片传至主体结构。节点力的传递路线如图8所示。根据节点力的传递途径,应分别验算托座焊缝、销轴、角钢与加劲肋所组成部件的承载力,节点验算部件示意见图9。3.1焊缝群截面模量托座焊缝在双向水平力作用下将处于弯剪扭状态。根据其受力简图(图10),托座焊缝相关验算方法如图11所示。图10中Fj为节点所承受垂直于外挂墙板的水平方向荷载;Fk为节点所承受平行于外挂墙板面内的水平方向荷载;D为节点所承受平行于外挂墙板面内水平方向荷载Fk与焊缝群形心间的水平距离;Lk为焊缝群形心与焊缝起点间的竖向距离;Lj为焊缝群形心与焊缝起点间的水平距离。图11中Wj与Wk分别为焊缝群沿i与j方向的抗弯截面模量;Ip为焊缝群抗扭模量;Aw为焊缝群截面面积;ffw为角焊缝强度设计值;L为节点所承受垂直于外挂墙板的水平方向荷载Fj与焊缝群形心O之间的竖向垂直距离。3.2面内水平荷载验算由于圆形截面在任意方向上的抗弯模量相同且销轴仅传递水平荷载,因此在验算销轴最不利截面承载力时,仅需验算在面内外水平荷载的最大绝对值向量下销轴的承载力即可,销轴受力简图如图12所示,验算方法如图13所示。图12中Fmax为节点所承受垂直于外挂墙板的水平荷载与平行于外挂墙板面内水平荷载的较大值;图13中W为销轴截面抗弯模量;A为销轴截面面积;f为钢材的抗拉强度设计值;fv为钢材抗剪强度设计值。3.3抗弯截面模量由角钢与正面加劲肋所组成的刚体的最不利截面为在力传递途径上截面积及惯性模量均为最小的截面,应对此薄弱截面进行承载力验算,薄弱截面1受力简图如图14所示,验算方法如图15所示。图15中Wx与Wy分别为薄弱截面沿x与y轴方向的抗弯截面模量;A为薄弱截面面积;Ip为薄弱截面抗扭模量;D1为节点受力作用点到薄弱截面1之间的最小距离;D2为节点受力作用点到薄弱截面1形心间的竖向距离;D3为节点受力作用点到薄弱截面1形心间的水平向距离;D4为节点受力作用点在薄弱截面内的投影点与薄弱截面1形心间的距离;Lx为薄弱截面1形心与薄弱截面1起点间的水平距离;Ly为薄弱截面1形心与薄弱截面1起点间的竖向距离。薄弱截面2的算法与薄弱截面1的算法完全相同。4行节点网格剖分模型托座焊缝采用等强焊缝形式,故仅对销轴、正面加劲肋与角钢所组成的节点进行承载力验算,节点构造详图见图16。根据节点构造详图,采用ANSYS14.0软件进行节点的三维建模,其网格剖分模型如图17所示,网格单元平均畸变度为0.274。取荷载大小Fi=100kN,Fj=30kN,分别运用文中所示的手算方法与有限元法计算双向应力Fi,Fj状态下最大折算应力。结果表明:运用文中所示手算方法与有限元法计算的销轴的最大应力分别为105.2,104.3MPa,正面加劲肋的最大应力分别为97.0,86.0MPa。从比较结果可知,文中所示的手算方法的计算结果较为准确,其与有限元法相比,略显保守,结果合理。5节点各组成部件相关承载力的验算通过对预制混凝土外挂墙板上承式节点的受力分析,提出了外挂墙板节点在自重、风荷载及地震作用下荷载大小的计算方法及其相应组合的算法,并通过对节点力的传递途