三角形混凝土构件拼装组合楼板研究

摘要

论文以三角形混凝土构件拼装组合楼板为研究对象。拼装组合楼板通过钢筋混凝土小梁形成单层平面网架结构，在三角形区域内填充三角形轻质混凝土板。以此结构为模板在其上浇注薄层钢筋混凝土形成完整楼板结构。拼装组合楼板内部支撑柱能够自由布置，破除了以往多数住宅建筑只能适应规整形状的僵化模式，构造出丰富的住宅外形，使布置更加灵活；另一方面将预制与现浇相结合，大大加快了施工进程。
　　 本文利用ANSYS中APDL语言编写程序。通过大量运算，得出弯曲刚度、扭转刚度、支撑条件及尺寸对拼装组合楼板内力分布的影响规律。结果表明，弯曲刚度及扭转刚度在1.0×107N·mm/rad-1.0×1011 N.mm/rad范围内对内力影响相对较为显著。在弯曲刚度较小的情况下节点接近铰接，在弯曲刚度较大的情况下节点接近刚接。
　　 利用大型有限元程序ANSYS建立了钢筋混凝土梁分离式三维实体模型，在分析中混凝土本构关系上升段采用《混凝土结构技术规范》GB500102002中的公式，下降段则采用Hongnestad的处理方法；钢筋采用理想弹塑性本构模型。对钢筋混凝土小梁进行非线性有限元分析，得出拼装组合楼板节点的弯矩转角曲线，计算出拼装组合楼板的初始弯曲刚度为2.7×109 N.mm/rad，证明了拼装组合楼板节点是一种典型的半刚性节点。
　　 通过两种方法建立了拼装组合楼板半刚性节点模型，分别采用大型有限元程序ANSYS和自编有限元程序PZLB实现。在ANSYS中引入MATRIX27单元考虑节点的半刚性，在PZLB中通过修改普通梁单元的刚度矩阵，推导出考虑节点半刚性的梁单元的单元刚度矩阵，从而考虑节点半刚性的影响。通过把刚度取无限大，利用一简单算例把自编有限元程序PZLB计算结果与手算理论解比较，证明了PZLB程序的正确性。并通过简单算例比较两种半刚性节点处理方法的计算结果，证明了两种半刚性节点处理方法的正确性与可行性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 工业化建筑发展现状

1.2.1 “积木式”建筑的发展历程

1.2.2 国内外工业化建筑发展现状

1.2.3 工业化建筑技术及主要结构体系

1.3 本文主要工作

第二章 半刚性节点对拼装楼板的影响分析

2.1 引言

2.2 拼装组合楼板简介

2.2.1 拼装组合楼板结构形式

2.2.2 节点连接形式

2.3 半刚性节点拼装组合楼板有限元研究方法

2.3.1 数值模拟

2.3.2 半刚性节点有限元分析流程

2.3.3 半刚性节点有限元模型算例验证

2.4 参数分析方案

2.4.1 材料选取与杆件截面特性

2.4.2 节点弯曲刚度的影响

2.4.3 节点扭转刚度的影响

2.4.4 支撑条件的影响

2.4.1 拼装楼板尺寸的影响

2.5 参数分析

2.5.1 节点弯曲刚度的影响

2.5.2 节点扭转刚度的影响

2.5.3 拼装楼板尺寸的影响

2.6 本章小结

第三章 拼装楼板节点三维数值模拟

3.1 引言

3.2 实体模拟方法

3.2.1 SOLID65单元概述

3.2.2 SOLID65混凝土破坏准则

3.2.3 SOLID65单元混凝土裂缝模拟

3.3 非线性仿真的分析方法及应用

3.3.1 非线性仿真分析方法

3.3.2 钢筋混凝土有限元分析模型

3.3.3 钢筋混凝土节点有限元分析

3.3.4 本章小结

第四章 两种半刚性节点数值模拟方法比较

4.1 引言

4.2 单元刚度矩阵推导

4.2.1 不考虑半刚性节点的梁单元刚度矩阵

4.2.2 带半刚性节点的梁单元刚度矩阵

4.2.3 带半刚性节点的梁单元的固端力及坐标转换矩阵

4.3 有限元程序编制

4.4 算例

4.5 本章小结

第五章 拼装组合楼板适用性研究

5.1 引言

5.2 钢筋混凝土小梁承载力计算

5.3 拼装楼板适用性

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢