钢筋混凝土井式梁非线性有限元分析

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1、华中科技大学硕士学位论文的受力性能效果更佳。同时，它对施工条件要求不高，节约钢材，省去了维修费用，从而带来显著的经济效益。随着我国国民经济水平的不断提高，建筑结构多样性及复杂性的需求日益明显，而混凝土井式梁楼盖结构是一种具有良好的结构性能和综合经济效益的结构形式，并适应了现代建筑结构形式的发展需要，因此具有良好的发展前景。图1-1矩形正交图1-2矩形斜交图1-3菱形斜交图1-4圆形正交1.2钢筋混凝土井式梁结构的研究现状[3]井式梁是交叉梁系，属高次超静定结构，手算是非常困难的，尤其是对于井格数较多的井式梁。目前国内对于井式梁的分析计算主

2、要有以下几种方法：(1)线弹性分析方法。其主要的假定是：板简支于梁上，忽略板的连续性对梁的内力和变形的影响；荷载作用在井式梁的各节点上；由于截面的高宽比较大，不考虑剪切变形的影响。而抗扭刚度则可根据具体情况而决定考虑与否。(2)考虑塑性内力重分布的分析方法。根据截面的弯矩－曲率关系，求得挠度－荷载关系，荷载－弯矩关系。弯矩—曲率关系主要分为理想弹塑性，三折线弹塑性两种情况。(3)塑性极限分析方法。塑性分析，又可称为刚塑性分析，假设截面在达到其极限弯矩之前，有足够的屈服台阶，能形成塑性铰，作无限制的转动。井式梁采用塑性2华中科技大学硕士学位

3、论文分析，比较简便的是采用虚功法：先设想某一种破坏机构，建立虚功方程，即可求得其极限承载力。以上三种分析方法，各有优劣。其原理和计算过程在本论文第二章中将予以详细的介绍。目前，计算机已广泛应用于工程设计中，井字梁的计算已有许多成熟的应用软件。在实际工程中可采用中国建筑科学研究院三维空间分析程序TAT进行井式楼盖结构[4]的计算。特别是对于框架结构，可以交互式输入原始资料，一次完成框架整体及井字梁的全部计算，经过配套软件可直接绘制施工图。在应用该程序进行结构计算的过程中，还应根据工程实际情况，正确选取有关设计参数，否则会造成与实际情况不符的

4、偏差而影响结果的合理性。此外，中国建筑科学研究院还开发了专门的交叉梁系楼盖计算软件JC，不仅可进行井字梁板的计算，还可用于砖混结构等其它形式的楼盖[5]交叉梁系计算。同济大学在1989年做了两个井式梁的试验，一个为23´格，一个为55´格，网格尺寸，前者为1000mm，后者为650mm；井式梁平面总尺寸前者为2X3m，后者为[1]3.25m见方。梁截面尺寸为80mm´160mm。试验结果表明，按弹性分析仅在荷载很小时与实测结果接近。按三折线弹塑性分析则与实测结果的全过程符合的较好。对于现有的井式梁计算手册，相关参考书，以及PKPM软件对于

5、井式梁的分析都是停留在弹性分析和经验计算的基础上。如果用这个指导，将不能充分的利用钢筋混凝土塑性性能，造成设计的不合理。目前设计计算中存在的一个重要的问题是：没有对井式梁结构进行全过程的非线性有限元分析，本文将在这一方面进行研究。国外学者对于钢筋混凝土井式梁的研究不是很多。先后有一些学者对钢筋混凝土[6][7]井式梁进行了研究，但都局限在弹性领域。1971年Magura和Corley，1986年[8][9]Ajukiewcz和Kliszcswica还做了一些足尺模型进行实验研究。美国的设计主要参考[10][11]ACI318-95规范和B

6、S8110中的相关条款进行井式梁的设计。1959年Timoshenko[12][13][14][15][16]和Woinowsky，1966年Bares和Massonnet，1975年Cusen和Pama先后将广泛应用于钢结构理论的正交各向异性理论应用到钢筋混凝土井式梁的分析过程中，而运用这种方法必须确定各个阶段钢筋混凝土梁截面的刚度特性。“等效刚度”3华中科技大学硕士学位论文的概念也被引用到井式梁的分析计算中。1.3本课题的主要任务及研究意义根据钢筋混凝土井式梁交叉梁系的独特性，利用空间梁单元，考虑混凝土、钢筋等材料的非线性特征，针对该

7、结构进行非线性有限元分析，为工程设计提供一定的依据和参考。为此，本文将完成如下工作：(1)对钢筋混凝土矩形截面梁进行条带划分，分析其截面应力、内力，得出其弯矩—曲率关系，并编制程序，实现M-j非线性有限元分析。(2)针对钢筋混凝土井式梁交叉梁系受力及变形特点，用空间梁单元模型编制有限元程序，实现交叉梁系的弹性分析。(3)对编制的交叉梁系结构分析程序进行修改，不断进行梁截面的变刚度搜寻，实现整个结构的非线性分析。(4)用编制的井式梁非线性有限元主程序对结构进行分析，并与ANSYS分析的结果、实测值进行对比分析。(5)运用编制的井式梁非线性有

8、限元主程序对结构进行分析，全程分析井式梁在荷载逐渐增大的作用下结构各部分的力学特性。4华中科技大学硕士学位论文2井式梁结构的分析方法2.1线弹性分析方法2.1.1不考虑梁抗扭的计算井式梁是交叉