钢-混凝土组合梁钢框架楼板有效宽度及组合梁刚度放大系数有限元研究

摘要

钢结构因为其具有强度高、质量轻、施工速度快等优点而在建筑结构中的应用越来越广泛，特别是多高层钢框架结构，已经成为我国住宅市场的首选体系。而钢框架结构的大量应用也必然要求要有合理的设计，做到在安全和经济之间寻求最佳平衡，具有重要的现实意义。
　　钢框架结构中除了钢梁和钢柱这两大类主要结构构件外，还有一种非常重要的构件——楼板，越来越多的研究表明楼板的空间组合效应对于钢-混凝土组合梁钢框架的抗侧性能承载力和刚度具有不可忽视的影响。为了能方便地考虑楼板的贡献，规范提出了有效宽度和刚度放大系数的概念，但对它们的取值存在受力模式不匹配、等效准则不匹配等过于粗糙甚至不合理的方面。针对这些不足，本论文选取了在实践中应用广泛的压型钢板混凝土组合梁钢框架和钢筋桁架混凝土组合梁钢框架进行了研究，分别以一榀半跨的局部结构为考察对象，建立了大量壳-实体精细有限元模型，广泛研究了基于极限承载力等效准则下的楼板有效宽度取值的影响因素和基于刚度等效准则下的框架梁刚度放大系数的影响因素，并将结果代入了相关文献提出的初步理论公式进行了验证拟合，为相关条文更准确合理地考虑楼板的空间效应提供了理论支持。同时在确保ANSYS有限元软件能正确体现约束混凝土在围压作用下强度的提高这一前提下，一定程度上验证了相关文献提出的钢筋桁架对混凝土存在较强围压作用这一假说的合理性。
　　分析结果表明:在正负弯矩的作用下，楼板有效宽度的取值并不像规范中建议的那样与跨度有关，而是与柱尺寸、梁高度、梁翼缘宽度以及楼板宽度等因素有密切联系。在一定范围内，组合梁的刚度放大系数的主要影响因素包括跨度和钢梁刚度。而通过比较上述两种体系的有效宽度和等效刚度，发现钢筋桁架对混凝土的围压作用在这里体现得并不明显。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 钢-混凝土组合梁钢框架性能国内外研究现状

1．3 本文的研究意义及研究内容

1．3．1 本文的研究意义

1．3．2 本文的研究内容

第二章 有限元基本理论

2．1 关于有限元基本理论介绍

2．2 ANSYS模型的建立及求解

2．2．1 模型单元的选择

2．2．2 材料的本构模型

2．2．3 钢梁和混凝土楼板空间协同工作

2．2．4 模型的试验拟合

2．2．5 本论文的基本有限元模型

2．3 本章小结

第三章 组合梁有效宽度影响因素的模拟分析

3．1 概述

3．2 精细有限元模型及基本定义

3．3 组合梁钢框架体系中压型钢板型楼板的有效宽度

3．3．1 正弯矩作用下楼板的有效宽度

3．3．2 负弯矩作用下楼板的有效宽度

3．4 组合梁钢框架体系中钢筋桁架楼板的有效宽度

3．4．1 正弯矩作用下楼板的有效宽度

3．4．2 负弯矩作用下楼板的有效宽度

3．5 关于钢筋桁架楼板中围压作用的讨论

3．6 有效宽度公式拟合

3．6．1 正弯矩作用下有效宽度的公式拟合

3．6．2 负弯矩作用下有效宽度的公式拟合

3．7 本章小结

第四章 组合梁刚度放大系数影响因素的模拟分析

4．1 概述

4．2 压型钢板-混凝土楼板组合框架梁刚度放大系数

4．2．1 有限元模型及基本定义

4．2．2 正弯矩作用下组合框架梁刚度放大系数

4．2．3 负弯矩作用下组合框架梁刚度放大系数

4．3 钢筋桁架楼板组合框架梁刚度放大系数

4．3．1 有限元模型和其基本定义

4．3．2 正弯矩作用下组合框架梁刚度放大系数

4．3．3 负弯矩作用下组合框架梁刚度放大系数

4．4 公式拟合

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献