内置隔墙式夹板结构力学特性研究

王建省　王宗泽　王丹丹　戴智彪　金　璇



内置隔墙式夹板结构力学特性研究

王建省王宗泽王丹丹戴智彪金璇

北方工业大学土木工程学院

王建省，男，教授，研究生导师，主要从事力学及土木结构工程研究，主持及参与国家自然科学基金、北京市教委重点项目等10多项，发表论文80余篇；王宗泽（男）、王丹丹（女）、 戴智彪（男），结构工程硕士研究生。金璇，女，土木工程专业本科。

行业曲线

基于具有隔墙的夹板，建立了力学分析模型，考虑混凝土材料属性参数和钢筋材料属性，设定力学计算参数，界定力和位移边界条件，选取Shell壳单元中的Elastic4node 63单元进行处理，研究了板的边长对弯矩的影响，给出线荷载作用面的长边平行板的长边x方向及y方向的弯矩与短跨的关系。分析了隔墙对结构的影响。

研究背景

大跨度布置住宅越来越多，板上可直接承受线性荷载。隔墙直接作用在板上，为不影响室内美观和增加工程造价，尽量减少小梁，隔墙下甚至可以不设梁。钢筋混凝土弹性薄板内力分布取决于单边嵌固、两对边简支、周边简支或嵌固等支承条件，同时考虑板边长比及板厚几何特征以及集中力、分布力及有无力偶等荷载因素。楼板上直接作用局部大荷载将对结构的承重提出更高要求。本文对具有隔墙的夹板进行分析，建立力学模型并给出计算分析。

模型参数

研究钢筋混凝土板在荷载作用下，材料属性参数取混凝土材料属性参数及钢筋材料属性参数。强度等级为C30混凝土，弹性模量Ec=3.00x104 N/mm2=3.00x1010 N/m2，普通混凝土泊松比0.18，范围0.14-0.23，vc =0.2，板钢筋HPB235，弹性模量E=2.1x105 N/mm2=2.1x1011 N/m2。钢筋混凝土中钢筋含量即配筋率较少（小于0.5%），混凝土弹性模量取代钢筋混凝土弹性模量，按钢筋与混凝土各自截面积的权重分配钢筋混凝土弹性模量。板配筋率以取0.8%～1.5%，强度等级C30混凝土板内配HPB235级钢筋，经济配筋率0.8%，钢筋混凝土板弹性模量为E=3.14x1010N/m2。

荷载及边界条件

板上作用有隔墙如图1，隔墙厚度ax为200mm，简化为线荷载，隔墙高度为3m，容重为15KN/ m3，荷载分布为15KN/m3×3=45KN/m2=45000N/m2，研究四边固支板的受力性能及弯矩和挠度的影响因素，将给出四边固支板在跨中线荷载作用下的弯矩系数和挠度系数表。考虑线荷载作用于板跨的跨中。考虑线弹性范围内各向同性材料等厚度板，板几何尺寸如表1，选择Shell壳单元中Elastic4node 63单元进行处理，在TK（I）中输入0.1，板厚度为0.1m，分别取0.01m,0.03m,0.05m,0.08m,0.1m,0.12m,0.15m划分网格，选定每个单元的边长为0.1m荷载的输入按隔墙的实际作用面输入，局部面荷载为45000N/m2。

板边长对弯矩和挠度的影响

图1　具有隔墙板模型

研究板边长a和b对隔墙弯矩和挠度影响，板厚取h=100mm，按四种a/b板计算。板上隔墙沿板跨满布，线荷载沿板跨也为满布，分别计算得每一种尺寸的板在线荷载作用下的跨中最大弯矩和最大挠度，如表2-表3所示。Mx和My分别为x 和y 向板跨中最大弯矩，w 为板跨中最大挠度。

表1　板几何尺寸

表2　线荷载作用面的长边垂直于板的短边板弯矩和挠度（弯矩N. m挠度mm）

表3　线荷载作用面的长边垂直于板的长边板弯矩和挠度（弯矩N. m挠度mm）

图2　线荷载作用面的长边平行于板的长边时x方向的弯矩与短跨的关系

图3　线荷载作用面的长边平行于板的长边时y方向的弯矩与短跨的关系

弯矩与跨的关系

弯矩和板的短跨关系如图2-图3所示，当线荷载作用面的长边平行于板的长边时，x方向的跨中最大弯矩随着短跨b的增大而增大，当1≤a/ b≤2时，x方向的跨中最大弯矩随着边长比a/b的增大而增大；a/b=2和a/b=3时，x方向的跨中最大弯矩与板跨b的关系曲线重合。当线荷载作用面的长边平行于板的长边时，图3曲线显示y方向的跨中最大弯矩随着短跨b的增大而增大，线性关系明显，不同边长比的曲线基本重合。

结语与建议

本文研究了具有隔墙的夹板的力学性能，根据力学基本原理建立了分析模型，考虑了混凝土材料属性参数和钢筋材料属性，设定相关的力学计算参数并分别进行取值，对板的边界条件进行了划分和归类，选取了Shell壳单元中的Elastic4node 63单元进行数据处理，研究了板的边长对弯矩的影响，给出线荷载作用面的长边平行板的长边x方向及y方向的弯矩与短跨的关系，分析了隔墙的结论的影响。结论表明，具有隔墙的夹板力学性能显著提高，具有较好的抵抗外界载荷的作用。

基金项目：国家自然科学基金（11572001，51478004）；北京市2016双培计划项目（16007-6）；北京高等学校高水平人才交叉培养实培计划项目（XN003-29）；北方工业大学开放实验项目（20160305，20160306）

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.030