高层建筑混凝土框架结构施工期安全性的三维有限元分析软件

摘要

施工期结构工程事故的屡屡发生给个人、国家造成了巨大的损失,研究结构施工期的安全性问题具有重大的社会意义和经济意义.该文基于时变结构分析理论编制了计算机分析软件,该软件可以用于指导施工单位制定更为合理的施工组织计划,避免出现施工期工程事故,具有重要的意义.施工期混凝土结构中的混凝土承载构件有很多尚处于低龄期,该文通过一系列低龄期混凝土试块的单轴受压试验,研究了低龄期混凝土应力—应变关系中的弹性模量、峰值应力、峰值应变和极限应变的时变表达式,从而推导了低龄期混凝土的应力—应变时变计算式,为研究低龄期混凝土结构的内力分布以及低龄期混凝土构件的抗力发展性能提供了理论基础.针对目前在钢筋混凝土多高层建筑中广泛应用的框架结构体系,该文运用三维有限元梁单元,建立了施工期混凝土框架结构的时变分析模型.模型体现了支撑在施工期临时承载体系中的作用,对代表支撑杆件的两端铰支梁单元通过自由度释放的方法正确计算了支撑单元的单元刚度矩阵.结合低龄期混凝土力学特性,该文采用确定性的分析方法计算了低龄期钢筋混凝土的抗力性能,采用使用期结构承载力计算方法计算钢筋混凝土构件的抗拉压和抗剪切承载力,同时采用截面条分法计算低龄期钢筋混凝土构件的截面偏心受力的承载力,为施工期结构的承载力分析提供了理论基础.基于以上的研究成果,该文采用Microsoft VC++编译系统编制了基于C++程序语言的施工期钢筋混凝土结构安全性分析软件Sarcsic,软件界面友好,使用方便.和现场实测数据的比较表明该文编制的软件具有较好的计算精度,可以用于工程实践.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题的研究意义

1.2课题的研究背景和基本思路

1.3本文的主要工作

第二章低龄期混凝土力学性能试验研究

2.1低龄期混凝土力学性能已有研究成果综述

2.2低龄期混凝土单轴受压试验

2.2.1试验方案

2.2.2试验现象描述

2.2.3试验数据整理

2.3试验结果分析

2.3.1低龄期混凝土弹性模量的时变规律

2.3.2低龄期混凝土峰值应力时变规律

2.3.3低龄期混凝土变形能力时变规律

2.3.4低龄期混凝土应力-应变关系数值表达式

2.4本章小结

第三章钢筋混凝土框架结构施工期时变分析模型

3.1钢筋混凝土结构施工期时变分析

3.2钢筋混凝土框架结构时变分析模型

3.2.1钢筋混凝土框架结构和钢筋混凝土板柱结构的区别

3.2.2钢筋混凝土框架结构时变分析的有限元模型

3.3钢筋混凝土框架三维有限元模型参数计算

3.3.1单元刚度矩阵

3.3.2截面参数计算方法

3.3.3空间杆单元的坐标转换

3.3.4支撑单元的处理

3.3.5支座单元约束条件的处理

3.3.6二次支撑的处理

3.3.7荷载列向量的形成

3.4基于三维杆件有限元模型的钢筋混凝土框架结构施工期受力性能的整体分析方法

3.5本章小结

第四章低龄期混凝土构件抗力计算及施工期混凝土结构安全性的验算方法

4.1低龄期混凝土构件抗力计算方法

4.2低龄期混凝土构件轴向抗力计算方法

4.3低龄期混凝土梁柱构件抗剪、抗扭承载力的计算方法

4.4低龄期混凝土梁板柱构件正截面压（拉）弯承载力的计算方法

4.5低龄期混凝土板抗冲切承载力的计算方法

4.6施工期混凝土结构安全性的验算方法

4.7本章小结

第五章 高层建筑混凝土框架结构施工期安全性分析软件Saresuc的编制

5.1 Sarcsic的编制思路

5.2 Sarcsic的总体结构

5.3 Sarcsic的数据结构

5.4 Sarcsic的前处理模块

5.5 Sarcsic的核心计算模块

5.6 Sarcsic的后处理模块

5.7本章小结

第六章高层建筑混凝土框架结构施工期安全性分析软件的实例分析

6.1算例背景

6.2结构概况和施工方案

6.3结构数值模型

6.4计算结果比较

6.5不同施工变量对结构内力分布的影响

6.5.1楼层位置对板下支架内力计算值的影响

6.5.2施工周期对板下支架内力计算值的影响

6.5.3拆模时间对板下支架内力计算值的影响

6.5.4支架刚度对板下支架内力计算值的影响

6.5.5不同施工周期对楼板弯矩内力、开裂弯矩和极限弯矩的影响

6.6本章小结

第七章结论与展望

7.1论文的主要研究成果

7.2论文中有待进一步研究的问题和展望

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢