钢筋混凝土梁-板结构协同工作机理及设计方法研究Ⅰ——双向等柱距柱网

摘要

我国目前的钢筋混凝土梁-板设计理论仍沿用“边支承板”的观念。有限元弹性分析表明，在梁板结构中，梁、板所承担的弯矩在很大程度上取决于梁和板的刚度比。按照“边支承板”设计的楼板与实际楼板的受力特点有较大的差异，特别是在梁板刚度比较小的情况下，如宽扁梁结构。 本研究采用大型有限元软件ANSYS提供的SOLID65单元和LINK8单元，探讨并建立了符合钢筋混凝土梁-板结构特点的非线性有限元模型，并通过与文献[44]模型试验数据的对比分析表明，选择合适的计算分析参数，ANSYS可以较为真实的模拟钢筋混凝土梁.板结构的受力性能。 计算分析模型为一层双向等柱距3跨×3跨钢筋混凝土梁一板结构(足尺模型)，按“边支承板”弹性理论、“边支撑板”塑性铰线法以及ACI318[19]直接设计法设计梁-板结构配筋。ANSYS非线性有限元分析结构在正常使用状态、设计荷载及极限状态下的内力分布、裂缝状态、边梁协调扭转扭矩、楼板边缘负弯矩的分布规律等，以及三种设计方法的差异。分析表明，不同设计方法对结构在正常使用状态下内力分布规律影响不大；影响梁.板弯矩分配比例的主要因素是梁-板刚度比α，当α=0.0～0.5时，梁分配的弯矩由0.0急升至60.0％；当α≥9.0后，梁分配的弯矩大体维持在67.0％；梁中支座截面处于偏心受压状态、跨中截面处于偏心受拉状态，板中支座截面处于偏心受拉状态、跨中截面处于偏心受压状态，导致梁跨中截面、板支座截面钢筋应力偏大，以及梁支座截面、板跨中截面钢筋应力偏小。 在上述计算分析的基础上，提出了考虑梁.板结构协同工作的设计方法。并对α=0.6、3.0的模型结构进行了试设计，比较了不同设计方法梁-板的弯矩分布规律和各截面的钢筋应力；比较了结构在不同荷载作用下各截面的钢筋应力值。结果表明，按本文中所总结的设计方法设计的结构满足正常使用状态的要求，且结构设计合理。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1概述

1.1.1钢筋混凝土楼盖体系

1.1.2梁板体系

1.2钢筋混凝土双向板的研究现状

1.2.1弹性理论

1.2.2极限平衡法

1.2.3直接设计法

1.2.4等代框架法

1.2.5有限元法

1.2.6现有设计理论存在的问题

1.3本文的研究内容

1.3.1试验模拟

1.3.2理论分析

1.3.3设计实例

1.4本文的研究方法

第二章 钢筋混凝土双向板试验的非线性有限元模拟

2.1钢筋混凝土非线性模拟简介

2.1.1分析模型

2.1.2材料的本构关系和破坏准则

2.1.3收敛控制与策略

2.1.4 ANSYS命令流输入方式

2.2模拟试验模型介绍

2.3试验有限元模拟的求解过程

2.3.1建立有限元模型

2.3.2施加边界条件、施加荷载及求解控制

2.3.3查看结果

2.4有限元模拟结果分析

2.4.1各梁和板中点挠度计算所得结果与试验值比较

2.4.2各截面钢筋应力试验值与计算结果比较

2.4.3板截面弯矩值

2.5本章小结

第三章 钢筋混凝土双向板楼盖结构非线性有限元分析

3.1引言

3.2计算模型介绍

3.2.1计算模型尺寸

3.2.2 ANSYS模拟材料属性

3.2.3 α=3模型

3.2.4其余梁板刚度比模型

3.3弹性计算结果分析

3.3.1梁弯矩分布

3.3.2板各截面弯矩分布

3.3.3由弹性分析得出的结论

3.4非线性计算结果分析

3.4.1不同荷载对非线性结果的影响

3.4.2不同设计方法对非线性结果的影响

3.4.3不同设计方法下各截面钢筋应力

3.4.4不同梁板刚度比下轴力分布规律

3.4.5不同梁板刚度比下弯矩分布规律

3.4.6由非线性分析得出的结论

3.5双向板楼盖结构在不同梁板刚度比下的弯矩分配规律

3.5.1梁和板的总弯矩分配规律

3.5.2中间板带和边缘板带总弯矩分配规律

3.5.4梁各截面弯矩计算方法

3.5.5中间板带各截面弯矩计算方法

3.5.6边缘板带各截面弯矩计算方法

3.6本章小结

第四章 钢筋混凝土双向板设计实例

4.1α=3.0钢筋混凝土双向板设计实例

4.1.1模型设计

4.1.2弯矩值比较

4.1.3钢筋应力比较

4.2 α=0.6钢筋混凝土双向板设计实例

4.2.1模型设计

4.2.2弯矩值比较

4.2.3钢筋应力比较

4.3本章小结

第五章 结论及展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢