建筑结构楼板内力及隔墙下暗梁受力的有限元分析

摘要

目前结构设计中，计算楼板在竖向荷载作用下的内力时，钢筋混凝土楼板体系中的主梁、次梁以及剪力墙一般均假定为楼板无竖向变形的不动支座。不论单向板还是双向板的弹性和塑性计算都是基于这个假定的。这个假定造成了计算结果的不准确甚至是不正确，因为这些假定的不动支座事实上都是有一定程度的变形的。 本文通过大型通用结构分析软件ANSYS对一剪力墙住宅结构的楼板内力进行了线弹性分析，将分析结果与传统设计方法得出的结果进行比较，得出了传统设计方法的确存在明显缺陷的结论，并建议工程界采用有限元方法对板进行内力分析，推荐使用设计软件ETABS。目前常用工程设计软件PKPM的板内力计算方法基本与传统手算方法一致，所以本文中采用PKPM计算数据代表传统方法的内力计算结果。 在民用建筑设计中，会遇到在楼板上布置隔墙分隔大空间的情况，为了美观等原因，设计人员常采用隔墙下设置暗梁的方法来支承隔墙。暗梁即是指与板同厚的梁。暗梁处会布置足够的纵筋以承受隔墙传来的竖向荷载。有的时候还存在两个垂直方向的暗梁相交的情况。 目前，这种暗梁的设计还没有明确的国家规范，对其的试验研究也很少。为了搞清其中关键性的一些问题，如两根垂直相交的暗梁是否有互相支承作用，设计人员配置的暗梁纵向钢筋是否充分发挥了作用等等，本文采用混凝土配筋三维非线性有限元模型对一含有暗梁的住宅结构进行了模拟分析，得出垂直相交暗梁并无明显相互支承作用等结论，并提出对暗梁设计的建议。该模型采用solid65单元模拟混凝土，该种单元可以模拟混凝土的开裂与压碎，其破坏准则为William-Wamke五参数准则。用link8单元模拟钢筋。钢筋特性为双线性随动强化，采用双斜线(弹塑性)模型，不考虑钢筋的滑移。 同时本文也对模型中用到的有限元理论及相关知识做了阐述，如有限元基本原理、有限元及计算机技术在工程领域的应用、各种常用有限元软件介绍、混凝土本构关系、破坏准则和部分单元的特性等等。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1现代计算机及有限元技术在工程领域的应用背景

1.2楼板内力计算方法的现状与问题

1.3楼板中承抬隔墙的暗梁设计方法现状与问题

1.3.1.工程设计中楼板承抬隔墙做法

1.3.2板中设暗梁承抬隔墙结构的实际工程设计方法

1.3.3.存在的问题

1.4将有限元理论用于混凝土结构分析的现状与发展

1.5部分常用有限元分析软件的介绍与对比

1.6本文的研究目的

2将有限元法用于结构分析的基础理论

2.1有限元法基本原理

2.2结构分析中的基本模型

2.2.1不配筋线性弹性结构模型

2.2.2钢筋混凝土结构整体式配筋模型

2.2.3钢筋混凝土结构组合式配筋模型

2.2.4钢筋混凝土结构分离式配筋模型

2.3有限元分析中的混凝土强度准则

2.3.1五参数强度准则

2.3.2其他强度准则

2.4非线性材料相关理论

3 ANSYS在结构有限元分析中的运用

3.1 ANSYS的基本使用

3.1.1 ANSYS环境

3.1.2各功能模块及其功能

3.2求解分析方法

3.2.1直接法和间接法建模

3.2.2网格划分

3.2.3荷载定义

3.2.4求解

3.2.5牛顿—拉普森选项

3.3非线性分析的收敛问题

4楼板内力的有限元分析及与工程设计中传统分析方法的对比

4.1工程实例概况

4.2工程设计中常用的楼板内力分析方法

4.2.1传统的板内力分析方法

4.2.2 PM计算的楼板内力结果

4.3有限元分析中所用单元的介绍

4.3.1 beam4特性

4.3.2 shell63特性

4.4有限元模型的建立

4.4.1分析类型、参数和实体模型

4.4.2网格划分及荷载与约束施加

4.4.3求解、后处理与结果

4.5模型建立中的若干问题

4.6结果分析

4.7小结

5对楼板中暗梁承抬隔墙结构的有限元分析

5.1工程实例概况

5.2有限元分析中所用单元的介绍

5.2.1 1ink8特性

5.2.2 solid45特性

5.2.3 solid65特性

5.3有限元模型的建立

5.3.1实体模型及相关参数

5.3.2网格划分及荷载与约束施加

5.3.3后处理及计算结果

5.4模型建立中的若干问题

5.5结果分析

5.6小结

6结论与建议

致 谢

参考文献

附录