编制模拟软件对多层钢框架结构无梁楼盖施工力学有限元分析

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1、第七届全围现代结构工程学术研讨会编制模拟软件对多层钢框架结构无梁楼盖施工力学有限元分析周学军曹现雷张之峰(山东建筑大学．济南250101)摘要：用APDL语言在^NsYs环境下．编制模拟软件对多层钢框架结构无梁楼盖施工过程受力进行分析，井处理数据后提出了有益于设计、旄工的技术控制要点。说明在多层钢框架中应用升板方法是可行的，其具有施工速度快、建设周期短、工程造价低、结构安全可靠的优势。关键词：升板法，钢框架，施工力学，非线性有限元分析一、引言随着我国城市进程的加快和人民生活水平的提高，住宅已成为第一位消费需求，国家也把发展住宅产业作为拉动国民经济

2、增长的重要环节。钢结构住宅以其性能高、绿色环保、施工速度快、建造周期短等诸多优势，在住宅中得到了广泛应用，但现浇混凝土楼板的养护严重影响了钢框架的施工速度，为解决这一问题，本文探讨适用于钢框架结构的一种质量可靠，施工速度快的施工方法——升板法。在多层钢框架结构体系下加快施工进度，缩短工工期。节约经济，成为本文的研究方向，“老概念，新提法”，一改传统的升板法应用在钢筋混凝土柱板中的老思路，重新应用升板法来研究钢结构中板柱结构形式的快速施工，研究这种结构的可适用性，经济性及安全性。本文通过对升板法在钢框架中的一系列研究，借助编制的模拟仿真软件分析施工

3、受力，力求为我国多层钢结构住宅建设提供一定的技术参考，为将来升板法运用在高层钢结构体系中提供一些新思路【1】。二、运用ANSYS中二次开发工具APDL语言编制仿真程序过程H^删．语言简介及单元生死功能．APDL是～种类似FoRTRAN的解释性语言，提供一般程序语言的功能，如参数、宏、标量、向理及矩阵运算、分支、循环、重复以及访问ANsYs有限元数据库等，另外还提供简单界面定制功能，实现参数交互输入、消息机制、界面驱动和运行应用程序等。，ANsYs提供单元生死功能，用于模拟村料(即通过选定部分单元)的添加和删除，模拟实际工程中的建筑物施工过程、顺序

4、组装、开挖、浇注、焊接等工程问题。ANsYs对于被杀死的单元仅仅是将单元刚度(或者传导等)矩阵乘以一个很小的因子(因子缺省值为1．0E一6．可阻赋为其他数值)，并不是真正将其从模型中删除。被杀死单元的单元载荷等于O，不包括在载荷向量中．但仍然可以利用列表显示它们。同样，被杀死单元的质量、阻尼、比热和其他同类特性均等于0。被杀死单元的质量和能量不参加求解，单元的应变始终等于0。ANsYs可以把杀死的单元重新激活，即再生。再生的单元也是第一次求解之前的前处理器中早就创建好的单元，只是在前面的求解过程中被杀死过而已。当死单元被重新激活时，其刚度质量单元

5、载荷等都将恢复其原始真实取值【“。工业建筑2007增刊1175第七届全国现代结构工程学术研讨会廿^P耳编制过程l_升板程序中参数的说明．现对可视化操作中出现的参数输入值给予说明hf100r：楼层高度spaIl：长方向的单跨长度。width：宽方向的单跨长度“一Ⅲat：钢丰才或堤凝土的弹性摸量dens∞t：材料密度bcantil：楼层的悬臂长度Dradius：钢管柱的外半径f—W_10ad：风载的基本风压值v一叩一coe：风压高度变化系数floors：楼层层数n_span：长方向的跨数n—width：宽方向的跨数nuxymt，泊松比b—thick：

6、楼板层的厚度i-radius：钢管柱的内半径gr．avity：重力加速度，一般取9．8shapeco：柱与板的体型系数2．单元类型的选取本文对框架结构采用三维实体建模，钢结构柱均采用BEAM44(3维弹性非对称梁)。BeaⅢ44是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个结点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移和绕x、y、z三个轴的角位移。可用于计算应力硬化及大变形的问题，且可以定义成各种截面形式。同时BEAM44单元支持单元生死技术，且可以释放单元的节点扭转刚度，便于考虑施工过程中梁柱节点由铰接到刚接的转变。。本程序选取s

7、HELL63作为板的基本单元，s脏LL63具备弯曲和膜的特性，能承受平面内和法线方向的荷载。这个单元在节点上有6个自由度：节点x，y，z方向的平动和绕节点x，nz方向的旋转。它也具备了应力硬化和大变形能力。在大变形(有限的旋转)分析中可选择一致正切刚度矩阵这一选项。3．材料特性的定义本程序中的柱用圆钢管拄，钢材是一种典型的弹塑性材料，其应力一应变曲线采用以下几个基本特征：(1)在弹性阶段，应力一应变关系，。完全可以由广义虎克定律来描述。在这些区域．杨氏模量￡是一个常数，对于钢，E=2．06×10。N／lnIn乞(2)在后继屈服阶段，应变强化模￡7

8、(=d仃／d￡)比弹性杨氏模量E小许多。(3)再加载时，若d盯d￡>O，则材料后继屈服点增高，这种材料行为称为加工强化。一(4)总应变￡