现浇井式梁楼盖有限元弹性分析与工程应用.pdf

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1、现浇井式梁楼盖有限元弹性分析与工程应用朱少锋(合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥230009)摘要：本文采用理论分析、有限元模拟及工程设计相结合的方法，分别针对井式梁四周支承是墙体和梁柱的情况对井式梁楼盖进行研究。关键词：井式梁楼盖；有限元分析；受力性能；刚度；设计中图分类号：TU318文献标识码：B文章编号：1672—40ll(2012)05—0022—02O前言随着我国建筑业的蓬勃发展，人们不仅要求结构更加多样性，还要求建筑物兼有良好的结构性能和综合的经济效益。混凝土井式梁楼盖结构在工业与民用建筑中得到较为广泛的应用，这种受力体系能满足建筑物有较大空间的使用要求、受力合理

2、，其截面高度明显低于单跨梁，故可降低层高、节约钢材，技术经济效益显著，适应了现代建筑结构形式的发展需要，具有良好的发展前景。因此对井式梁的受力性能的研究和在实际工程中的应用具有重要的意义，井式梁楼盖是肋形梁板的一种，f}{I双向板与交叉梁系共同组成的空间受力结构体系。当双向板的跨度较大时，为了减轻板的自重，把板下部受拉区的混凝土挖掉一部分，让受拉钢筋集中在几条线上，使钢筋与混凝土更加经济、合理地共同工作。这样双向板就变成为在两个方向形成井字式的区格梁，这两个方向的粱通常是等高的，不分主次，互为支承，一般称这种双向梁为井式梁(或网格梁)，布置形式可分为正交正放、正交斜放和斜交等；

3、井式楼盖的四周支承可以是墙体，也可以是柱间主梁。为了深人了解现浇井式梁楼盖体系基本构件的力学性能、破坏机理及设计方法，本文拟根据钢筋混凝土井式梁交叉梁格体系的独特性，进行理论算法的阐述，采用适当的空间梁单元来模拟，同时考虑材料的非线性特征，针对该结构弹性阶段的受力分析采用有限元软件和工程设计结合的方法，对有关问题进行研究，为工程设计提供一定的依据和参考。l井式梁板的弹性有限元分析步骤有限元分析问题的过程可以归纳为六个部分：①将结构进行离散化；②选择位移模式；③分析单元的力学性能；④计算等效节点载荷；⑤单元组集；⑥求解未知节点位移和计算单元应力。有限单元法的基本思想是“一分一合”

4、，分是为了进行单元分析，合则为了对整体结构进行综合分析。2计算模型的弹性有限元分析当井式梁楼盖结构在梁周边处为柱(即环梁)支承时．通过改变内部井式梁和周边环梁的Jt寸，即分刖改变梁的抗弯刚度EI以及抗扭刚度GI，分析在小同布置条件卜．对井式梁结构受力性能，得到该体系合理的传力关系和受力关系规律。该例中井式梁结构的平面尺寸、网格布置及周边支撑关系见图l，分析模型为3×3跨，柱截面尺寸500×500(nun)，板厚为120mnl，施加的面荷载为lOkN／m2。分析布置1(两方向井式梁线刚度相同)中，长跨方向井式梁截而400×1000(mn·)，短跨方向井式梁截面300×l000(m

5、m)，周边环梁的截面为400×l200(mm)：分析模型1的1／4计算简图其余分析的结构布置是在布置l的基础上对某一组参数进行调整，参数调整的具体情况见表l。表l各布置的参数比较表(单位：mm)一言石_、—越墨布置I布置2布置3布置4布置54()o×400×长跨方向井式梁1000300×400×短跨方向外式梁l0001000400×500×支撑环梁1200(3()())400截面高度梁端截面与柱相连井式梁减小到高度减小×1000900到7502．1梁的应力分析第一种布置下井式梁板加载后的i向应力云图见图3，我们可以对楼盖的整体受力情况有个直观的了解。r■1(a)井式楼盖板顶口，

6、云图r旦1(b)井式粱板顶口，云图(c)井式粱板顶仃，云图(d)井式梁盯，的应力分布图3布置l中井式粱和板的应力分布篓；篁莲墨叁鱼丝垒丝墨丝翼丝丝丝堑!!三圣选取出典型截面(酃井式梁u—IJ6各截面)分析其应力，图2～4为两种布置隋况下不同井式梁截面的正应力曲线比较。冒山邑长倒叵×1210互8暴s钽4要2O一2x向，Y向对应坐标(m)(a)布置1中井式梁口。应力曲线(b)布置1中环梁盯；应力曲线l—●卜布置1中LI

7、—★一布置2中Ll—．》÷一布置1中L2

8、—*一布置2中L2疋>一叠‰高一12—9喜s荟。蛋。一3—6(c)布置1，2中井式粱盯，应力曲线对比1O23456Y向对应

9、坐标(n4(d)布置1，2中井式粱矿；应力曲线对比2图4井式梁应力曲线对比图表2各布置下典型截面部分计算结果l单位：MPa)、、、、布置布置l布置2布置3布置4布置5构件＼支座应力3．37903．13608．11203．99614．861U跨中应力27．21225．19226．39529．10128．778井L2支座应力33．37933．01029．46331．98526．886式跨中应力32．07127．42727．65924．29832．465支座应力3．49762．05407．7432