全装配式RC楼盖竖向振动特性与人致激励响应研究

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预制装配式楼盖具有高效、优质、环保等特点,在世界各国得到广泛应用,我国也大力推广装配式建筑,这将是建筑业重要的发展方向。但是相较于现浇楼盖来说,板缝连接形式和梁板连接形式的不同会对装配式楼盖的受力性能和振动特性产生较大影响,对其进行系统的研究对行业发展具有重要意义。本文研究的分布式连接全装配RC楼盖(discretely connected precast RC diaphragm(DCPCD))是以预制板为基本构件,通过预埋的连接件将预制板连接起来的全装配式楼盖,具有结构性能良好、施工简易和节能环保等优点。对于DCPCD的受力性能已有系统研究,但是其振动特性方面鲜有研究。为进一步揭示DCPCD的振动特性,本文进行了两类动力试验:一、两短边对边简支的单向板在多种人致荷载激励下的振动性能试验,包括6个DCPCD试件和1个现浇楼盖试件;二、四边简支的双向板在多种人致荷载激励下的振动性能试验,包括2个DCPCD试件和1个现浇楼盖试件。对于这两类动力试验,均研究了板缝的布置及数量和连接件的布置及数量对DCPCD振动特性的影响,分析不同人致荷载激励下楼盖的振动舒适度,对比了同条件下DCPCD与现浇楼盖振动特性的异同,推导了两类楼盖自振频率和人致荷载激励下楼盖峰值加速度的理论计算方法。具体内容如下:(1)通过锤击法对DCPCD的基本动力特性进行了试验研究,分析了DCPCD的模态振型、自振频率和阻尼比等模态参数以及与同条件下现浇楼盖的异同。结果表明:单向板中DCPCD的前三阶振型与现浇楼盖基本一致,但是双向板中只有一阶振型相同,板缝的存在使DCPCD沿横板缝方向和顺板缝方向有不同的抗弯刚度;DCPCD的自振频率均略小于现浇楼盖的自振频率,自振频率随连接件数量的增加而增大,随板缝数量的增加而减小,板缝位于跨中时折减较大,DCPCD与现浇楼盖的自振频率均满足舒适度要求;DCPCD试件的阻尼比明显大于现浇试件的阻尼比。(2)对DCPCD施加了多种节律性荷载激励,研究了DCPCD在不同踮脚和跳跃等工况下的振动响应以及与同条件下现浇楼盖的异同。结果表明:相同荷载下DCPCD的振动加速度均大于现浇楼盖,简支条件下,当前尺寸的DCPCD与现浇楼盖均不满足舒适度要求;DCPCD的振动加速度与连接件数量成正比,与板缝数量成反比,板缝位于跨中时加速度增加最多;楼盖的峰值加速度与荷载频率成正比,同频率下跳跃时的加速度大于踮脚时的加速度;荷载分布越靠近跨中则加速度越大。(3)对DCPCD施加了多种人行荷载激励,研究了DCPCD在不同行走和跑步等工况下的振动响应以及与同条件下现浇楼盖的异同。结果表明:相同荷载下DCPCD的振动加速度均大于现浇楼盖,简支条件下,当前尺寸的DCPCD与现浇楼盖均不满足舒适度要求;随着步频的增加,楼盖的峰值加速度也逐渐增大;现浇楼盖的最不利行走路线为沿对角线方向,DCPCD的最不利行走路线为沿横板向方向;荷载分布越靠近跨中则加速度越大;荷载分布密集度越大则加速度越大。(4)基于动力学理论对DCPCD进行了理论分析,并对影响DCPCD振动舒适度的各种因素进行了分析和工程设计建议。首先,推导出用于预测DCPCD自振频率和人致荷载激励下峰值加速度的理论计算模型,理论值与试验值吻合良好;其次,分析了横纵向刚度比对DCPCD振动特性的影响,出于舒适度和经济性的考虑,建议横纵向刚度比在0.3~0.75之间;最后,分析了多种跨度和边界支承条件对以空心楼板为基本构件的DCPCD的振动舒适度的影响,当达到一定的跨度和边界约束条件时DCPCD可满足舒适度要求。
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