混凝土空心樓板在受彎荷載作用下的模擬,建筑結構論文

混凝土空心樓板在受彎荷載作用下的模擬,建筑結構論文如此圖1所示，現(xiàn)澆混凝土空心樓板由于在板中設置一定數(shù)量的預制永久性薄壁箱體或筒體而構成的新型空心樓板體系，使得樓板不僅具有較大的抗彎剛度和承載力，而且能有效的降低構造自重和工程造價，可有效的解決大跨度實心樓板因自重大而使用受限這一工程難題，當前在實際工程中得到了廣泛的應用。但是，由于混凝土空心樓板內(nèi)部設有不連續(xù)的孔洞，荷載作用下構造內(nèi)部的受力異常復雜。實體單元精細化建模，盡管具有較高的計算精度，但建模個經(jīng)過復雜，且單元數(shù)量多，計算效率低，很難用于整體構造分析。以等代框架法、擬梁法為代表的宏觀分析方式方法，盡管計算效率高，但無法就樓板損傷的詳細位置給予精到準確的判定。為此，本文基于分層殼的分層特點，通過設置連續(xù)空心層模擬非連續(xù)的孔洞，同時通過調整空心層在厚度方向的位置，保證抗彎剛度相等，實現(xiàn)對混凝土空心樓板在受彎荷載作用下的準確模擬。2基于分層殼單元的現(xiàn)澆混凝土空心樓板數(shù)值模擬2.1分層殼單元簡介如右圖2所示，分層殼單元可根據(jù)復合材料原理將殼分成多層，可考慮面內(nèi)彎曲-面內(nèi)剪切-面外彎曲之間的耦合作用，能夠較全面地反映殼體構造的空間力學性能，其較好的計算精度已在很多實際工程中得到了有效的驗證。2.2確定空心層參數(shù)如此圖3所示，鑒于現(xiàn)澆混凝土空心板中設置了非連續(xù)的孔，在分層殼單元中可采用近似的連續(xù)空心層予以考慮，同時需知足面積和板縱橫向剛度相等原則。所謂空心層，即在分層殼單元中將其對應材料的彈性模量設置為一個很小的數(shù)值，其計算結果對整體構造受力幾乎沒有影響。研究結果表示清楚，當前工程中普遍采用的筒狀孔，其順筒和橫筒兩個方向剛度存在差異，但并不大，可忽略不計。而對于方形筒芯蜂窩狀布置，則板在縱橫兩個方向的剛度相等?；谝陨嫌^點，對空心樓板兩個方向的抗彎剛度差異可不予考慮，空心條帶按各向同性考慮。為此，本文以橫筒向剛度為例，如此圖3所示，沿中性軸對稱設置的2條連續(xù)空心層條帶，根據(jù)面積和順筒方向剛度相等原則建立下面等式：根據(jù)面積相等，則有：【1-2】式中：h為等效空心層的厚度，x為空心層至截面中性軸的距離，n為計算的孔洞數(shù)，B、H分別為空心樓板寬度和高度，r為孔洞半徑。由式(1)~式(2)求解，可得：【3-0】2.3分析步驟考慮到現(xiàn)澆混凝土空心樓板的空心特點，本文提出了適用于現(xiàn)澆混凝土空心樓板的空心層分層殼單元，詳細分析步驟如下：①沿中性軸對稱設置的2條連續(xù)空心層條帶，并將其彈性模量設置為一個很小值；②根據(jù)式(3)計算得到空心層厚度h和距中性軸的距離x；③按各向同性材料設置空心層材料屬性；④根據(jù)h和x進行對分層殼單元進行劃分，確定空心層、混凝土和鋼筋層在殼單元厚度方向上的詳細位置；⑤建立現(xiàn)澆空心板的非線性有限元分析模型，進行計算。3算例3.1基本參數(shù)本文對文獻[7]中4塊單向板試驗進行模擬，試驗板尺寸及材料參數(shù)詳見下表1所示?！颈?】由式(3)對表1各試驗單向空心板進行計算，可得空心層寬度及距中性軸的距離，并對混凝土空心樓板進行層劃分，如表2和圖5所示。華而不實S為順筒向，H為橫筒向，表2中空心層距中性軸的距離是根據(jù)實際順筒或橫筒向實際剛度由式(3)計算得到?！颈?】本文根據(jù)文獻[7]提供的試件實際材料強度建立有限元模型，如此圖6~圖7所示；鋼筋采用基于VonMises委屈服從準則的彈塑性本構模型，骨架線采用汪訓流等人提出的四段式模型?；炷敛捎肰onMises委屈服從準則和各向同性強化準則，單軸受壓-ε關系上升段按美國學者Hongnestad表示出式選取，下降段為斜直線，并保持0.3fc(fc為峰值壓應力)的殘存余留強度；混凝土受拉采用分布裂縫模型。3.2計算結果分析。。如此圖6~9所示，無論是順筒向還是橫筒向，計算與試驗的彎矩-撓度曲線吻合較好，表示清楚本文提出的空心層分層殼單元能有效的模擬混凝土空心樓板受力的全經(jīng)過。圖10~圖13為程序計算最后一步的空心層、鋼筋應力及混凝土開裂應變云圖。由圖10可知，空心層應力很小，僅為0.013MPa，可忽略不計。圖11中鋼筋跨中應力最大到達560MPa，已進入委屈服從；圖12~圖13中受拉區(qū)混凝土已開裂，且裂縫深切進入截面內(nèi)部，與實際情況相符。以上表示清楚，本文提出的空心層分層殼單元能較好的模擬現(xiàn)澆混凝土空心樓板的非線性力學行為?！緢D略】4小結(1)在分層殼單元的基礎上，針對現(xiàn)澆混凝土空心樓板的組成特點，本文提出了空心層分層殼單元。即通過設置2條對稱連續(xù)空心層，根據(jù)面積和某一向剛度相等原則，經(jīng)式(3)計算得到連續(xù)空心層的厚度和距截面中性軸的距離，并以此對分層殼各組成材料進行劃分。(2)通過與文[7]中4塊單向板的試驗結果進行比照，如此圖6~圖13所示，表示清楚本文采用的空心層分層殼單元具有較好的實用性，能準確的模擬混凝土空心樓板各項非線性力學性能，可運用于實際工程。以下為參考文獻：[1]中國工程建設標準化協(xié)會標準.現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋構造技術規(guī)程(CECS175：2004)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.[2]程志軍,王曉鋒.(現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋構造技術規(guī)程〕(CECS175:2004)介紹[J].建筑構造,2006,36(3):87―90.[3]周緒紅,陳偉,吳方伯,黃海林,李驥原.混凝土雙向密肋裝配整體式空