在混凝土整体框架中,边梁因变形协调而发生协调扭转,其协调扭矩值取决于边梁扭转线刚度与楼面梁弯曲线刚度之间的比值以及现浇板由其刚性平面效应形成的空间阻扭作用。由于混凝土材料的非线性性质,以及杆件开裂后扭转刚度、弯曲刚度下降的影响,边梁协调扭矩值难以准确计算。到目前为止,边梁协调扭转的计算方法在我国混凝土结构设计规范 GB50010-2002 中尚属空白。 与常规楼盖结构不同的是,在由非预应力边主梁和大跨度预应力次梁组成的大跨度现浇楼盖中,边主梁扭转线刚度与楼面梁弯曲线刚度的比值较大,从而导致其边梁中的协调扭矩要大的多。边主梁协调扭转设计方法的欠缺阻碍了大跨度预应力次梁楼盖的发展与推广。 为了解决这一问题,本论文共完成了 4 个楼盖体系的大型协调扭转性能试验,每个体系均由两端约束边主梁与其间的大跨度预应力次梁组成(平面尺寸6m×8m,其中两个楼盖体系不带现浇板,另两个楼盖体系带现浇板)。通过精心设计的边主梁端约束条件细致测定了预应力次梁与边主梁间的弯扭内力重分布全过程,识别了现浇板对边梁协调扭转的影响。利用自编空间刚架杆系结构非线性有限元程序实现了对大型弯扭试验体系的非线性有限元模拟,其中通过输入折减刚度的规律实现了对组合扭转效应的模拟,模拟与试验结果符合良好。同时采用 ANSYS 三维实体模型做了并行验算。在分析总结本文完成的大型试验结果及有关研究成果的基础上,本论文提出了有别于“零刚度”法、“塑性设计”法、“弹性扭矩折减”法的基于扭转刚度的边主梁协调扭矩计算方法,给出了有、无现浇板情况下边主梁扭转刚度的取值建议,其成果可以起到弥补国家设计标准空缺的作用。 通过以上试验及研究,本论文得出以下结论: 1、大跨度预应力次梁楼盖的边主梁始终处于弯剪扭复合受力状态下,其协调扭矩不可忽略。 2、在开裂以前,结构可按弹性方法计算,边主梁的扭转刚度为弹性分块扭转刚度值的 0.64 倍,受扭翼缘的有效宽度可按 GB50010-2002 规范的建议值取为 3 倍翼缘厚。 3、边主梁开裂验算时应考虑剪扭共同作用的影响,其验算公式可采用T/Tcr0+V/Vcr0=1,式中的 Tcr0为纯扭作用下的开裂扭矩,Vcr0为弯剪作用下的开裂剪力。 4、边主梁开裂将削弱边主梁的扭转刚度,而楼面梁的开裂会减小其弯曲刚度。出现在跨中或梁端的这些开裂都将导致楼盖结构中的内力重分布,这种内力重分布 I<WP=6>中文摘要 使得按弹性方法计算的开裂后边梁内的协调扭矩是不准确的,也是不经济的。5、边梁开裂后的扭转刚度仅为开裂前的几分之一。对于无整浇板的边主梁,其裂后扭转刚度可取为开裂前的 5﹪～10﹪;有整浇板的边主梁,其值可取为开裂前的 10﹪～40﹪。6、开裂以后,协调扭矩继续随荷载的增加而增长,这一现象与美国混凝土委员会(ACI)规范所提出的有限设计法的基本假定有显著区别。7、在试验中,边主梁的开裂扭矩、极限扭矩均大于 ACI 规范。因此,零刚度法是不应采用的,ACI的塑性设计法则低估了边梁中的扭矩值。8、有整浇板的情况下,边主梁开裂前,板中确有“阻扭”作用存在,边梁的扭转角也因此得以减小。边主梁开裂后,随着裂缝的逐渐发展,“阻扭”作用逐渐减弱,在极限荷载下已可忽略其影响。9、试验中发现,主梁腰筋和箍筋对控制斜裂缝的发生和发展起着明显的作用。建议边梁腰筋间距宜控制在 200mm 以内,直径不小于φ12;最大剪扭受力区段内边梁箍筋的用量不宜少于φ8@100。10、在结构设计中,对楼面梁施加预应力、将楼面梁设计成较边梁先坏、减小边梁-楼面梁相交处预应力筋合力中心距边梁梁底的距离等都是有效的工程处理办法。