铰接梁端混凝土楼板开裂性能的有限元分析

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1、浙江建筑，第30卷，第11期，2013年11月ZhejiangConstruction，Vo1．30，No．11，Nov．2013铰接梁端混凝土楼板开裂性能的有限元分析FiniteElementAnalysisonCrackingResistanceofConcreteFloorwithHingedBeam赵滇生，蒋沛伶ZHA0Diansheng．jlANGPeiling(浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州310014)摘要：基于组合梁模型的数值模拟，通过对正常使用阶段铰接梁端的受力性能进行分析，进一步确定了混凝土等级、混凝土板厚度、

2、栓钉间距及配筋率等影响因素的相对重要性。可作为组合梁框架结构楼板的抗裂设计之参考。关键词：组合梁；铰接梁端；开裂；数值模拟中图分类号：TU375．2文献标志码：A文章编号：1008—3707(2013)11—0013—04在钢梁混凝土板楼盖结构中，常将次梁设计1有限元模型的建立成为多跨简支梁。这是因为简支组合梁理论上只1．1几何模型描述受到正弯矩的作用，截面中的混凝土能充分发挥分析模型为主次梁的节点区，计算简图见图1。其抗压能力，组合梁承载力高，刚度也大。但是实楼板与钢梁采用双排圆柱头栓钉连接。主次梁节点际上任何铰接都存在一定的约束，

3、都能传递一定及钢梁栓钉布置详图见图2。的弯矩，从而存在负弯矩区。该处混凝土裂缝的一产生和发展如果得不到有效控制，就会影响到组一一圭'粱＼⋯⋯⋯1I一n次梁1：n合梁的正常使用。本文基于组合梁模型的数值模＼；ICLI：乱拟，分析正常使用阶段有关因素对铰接梁端的受!力性能的影响，以便为组合梁楼板的抗裂设计提I7600a7600一供参考。图1计算简图图2主次梁的节点详图和钢梁栓钉布置详图收稿日期：2013—05—27作者简介：赵滇生(1957一)，男，浙江义乌人，副教授，研究方向为钢结构和空间结构。时d=第11期赵滇生等：铰接梁端混凝土楼板

4、开裂性能的有限元幻·祈155O5O由图7(a)可见，随着混凝土强度的提高，组合梁的开裂荷载和极限承载力有所提高，但是提高的速度并不快。在实际工程利用中，也偏向研究在正常使用阶段的裂缝开展，由图7(a)中可以看出均布荷载在达到7kN／m之前，不同混凝土等级的荷载位移曲线很接近。可见，混凝土强度等级对组合梁梁端楼板的抗裂性能的影响较小，故在实际工程中，不应以提高混凝土强度来减缓负弯矩区的裂缝开展。2．3混凝土板厚度对开裂性能的影响取混凝土板厚度分别为80、100、120mm，建立占／mm图6荷载一挠度曲线三个计算模型进行数值模拟，得到在均

5、布荷载作用下的开裂荷载和荷载位移曲线。有限元计算的开裂开裂荷载、荷载位移曲线，见图7(a)。其中C25、C30、荷载分别为1．9、2．1、2．4kN／m；极限荷载分别为C35的三个计算模型的开裂荷载分别为2．10、2．18、24．0、26．0、29．8kN／m。具体见图7(b)。2．24kN／m；极限荷载分别为26．0、27．0、27．6kN／m。从图7(b)可知：组合梁的开裂荷载和极限承载力随着混凝土板厚度的增大而提高。这是因为增加混凝土板的厚度即可增大混凝土的截面，中和轴向混凝土板上表面移动，使下表面拉应力下降，抑制了混凝土横向裂

6、缝的发展。与混凝土强度等级比较，增大混凝土厚度对承载力的影响更大，控制横向裂缝的发展更为有效。但是考虑到混凝土的自重比较大，加大厚度未必适用于实际工程，所以对于控制裂缝开展的方法不能仅限于此。2．4栓钉间距对开裂性能的影响抗剪连接件的种类、数量及排列方式会对组合梁的组合作用产生一定影响。连接件的间距增大即占／mm连接件的数量减少可以降低组合作用，减少铰接梁(a)混凝土强度等级影响端转动时对混凝土板的约束程度，从而降低裂缝发3O生的可能性。25栓钉间距分别为100、200、300、400mm四个计算模型得到的开裂荷载分别为2．2、2．1

7、、2．0、1．95kN／m；极2O限荷载分别为29．0、27．7、26．4、25．7kN／m。具体各荷载一位移曲线见图8，承载力变化见图9。15比较不同栓钉间距的开裂荷载和荷载位移lO曲线，可发现随着栓钉间距的加密，开裂荷载和极限荷载呈非线性提高(图9)。值得注意的是，5栓钉间距越小，裂缝越集中。这是由于栓钉处的0混凝土应力集中导致楼板易开裂。所以栓钉间距不宜过大也不宜过小。综合考虑承载力、开裂荷载和裂缝分布，将栓钉间距控制在200mm最(b)混凝土厚度影响图7计算模型的荷载一挠度曲线为合适。16浙江建筑2013年第30卷4O3530

8、25一室2015l05O03O6090120l50180／mm8／mm图lO不同板配筋率的荷载一位移曲线图8不同栓钉间距的荷载一位移曲线参与工作，整个梁并不呈现脆性破坏特征。当配筋率为1．508％时，荷载位移曲线出现明显