现浇井式梁楼盖挠度有限元研究探究

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1、现浇井式梁楼盖挠度有限元研究探究　　摘要：在钢筋混凝土井式梁结构中,井式梁是一个空间杆件系统,合理的结构布置是充分发挥井式梁结构优点的最关键的因素,这不仅体现在结构的合理性,而且体现在方案总的经济指标上。本文通过有限元软件对井式梁楼盖在弹性阶段进行挠度分析，得到梁板的变形情况并总结其挠度效果。关键词:井式梁楼盖；挠度分析；有限元中图分类号：TU71文献标识码：A1有限元分析[1]近年来在工程领域内，越来越多的人运用数值模拟方法来分析结构中遇到的问题，有限元法（FEM），边界元法(BEM)和有限差分法(FDM)，但就实用性和应用的广泛性而言主要还是

2、离散化的有限元法。7数值模拟技术通过计算机程序在工程中的到广泛的应用，面向工程的大型有限元通用程序（例如ANSYS，NASTRAN,ABAOUS,SAP）不仅包括多种条件下的有限元分析程序，而且带有功能强大的前处理和后处理程序。由于有限元通用程序使用方便、计算精度高，计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。有限单元法的基本思想是将物体（即连续的求解域）离散成有限个且按一定方式相互联接在一起的单元的组合，来模拟和逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数值方法。ANSYS软件是融结构、流体、电磁

3、场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可以进行高级结构的线性与非线性分析、设计优化、自适应网格划分、大应变和参数化建模等。如今ANSYS软件已经成功的应用于世界工业的各个领域，用户可以通过它来完成CAD数据的读取、集合处理、网格划分、物理环境设置、求解控制以及后处理，而不再需要在完全不同的产品中切换和处理数据文件。设计人员可以通过一个非常直接的、方便的界面完成多载荷、求解以及后处理。此外，增强功能还包括梁应力工具、ANSYSAPDL的自定义命令行、接触建模以及用于提高用户仿真率的其他工具。正是基于以上的优点，本文选ANSYS软件作为

4、有限元模型数值分析的工具。3ANSYS计算模型的建立7当井式梁楼盖结构在梁周边处为墙体支承时，在接触节点处，用受压弹簧模拟边梁与砖墙之间的互相作用，通过改变其边界条件，进行对同条件下井式梁楼板整体作用和传统计算下在弹性阶段的有限元分析[3]，精确比较三种弹性支承下计算得到梁板的内力和变形情况，总结出井式梁板整体作用时的变形性能和应力分布情况。根据实际工程建立的井式梁板的模型，结构平面布置如图1所示是一个3×3跨井式楼盖，四边支承在厚度370的砖墙上；结构尺寸为12m×12m，混凝土等级C30，板厚为80（90，100）mm,井式内梁截面为300×

5、800(900,1000)mm，考虑边梁与砖墙之间的相互作用。如图1所示，XOY面为板所在的平面，Z向为板厚方向，坐标原点定在板左上角点。在这里假定梁板衔接处中性轴无转折[4]。为方便研究，如图2所示，取出1/4进行分析，a-a截面为板跨中截面，b-b、c-c为井式梁中心截面，d-d为边跨板中心截面，e-e为屋盖对角线剖面。图1井式梁楼盖的布置简图图2四分之一模型简图及截面示意井式楼盖属于三维空间受力模型，ANSYS中可以同时采用BEAM188和SHELL63单元分别模拟井式梁和楼板。本文只考虑混凝土的弹性工作阶段，因此选用这样的单元组合是合理的

6、。(a)BEAM188结构单元(b)SHELL63结构单元图3采用的ANSYS3D结构实体单元因该结构具有对称性，选取1/4板建立模型，平面尺寸为6m×6m。这样既可以保证计算精度，又能大幅减少计算模型的节点和单元的数量[5]。7在整个建模分析过程中，采用国际单位制。主要参数如下：杨氏弹性模量：EX=EY=EZ=3.0×104N/mm2；泊松比：μ=0.2；荷载:10kN/m2(包括板的自重)。单元网格划分时，考虑到梁附近板的内力变化较大，进行了加密处理。井式梁楼板结构中边梁支撑在四周砖墙上，由温克假定，采用受压弹簧模型COMBIN单元来模拟它们

7、之间的相互作用[6]。设有图4所示厚度为b,宽度l,高度h的砖墙，墙顶的四角作用着四个相等的集中荷载P，则砖墙的压缩量为△h=4Ph/(E×bl),K=Ebl/(4h)，E=1600f式中：E为砖砌体的弹性模量，f为砖砌体的抗压强度设计值，取决于砂浆强度及砖强度等级。计算中假定h=4m，砂浆强度等级MU5，砖砌体强度等级MU10，则E=1600×1500（KN/m2）,K=150000bl（KN/m2）。图4计算砖砌体刚度的简图图5划分好的井式梁板模型4ANSYS计算结果及分析7有限元计算后得到井式梁楼盖板的Z向挠度云图，图6所示为梁高为0.9m

8、，板厚为0.10m时的梁板整体Z方向挠度云图。图6井式梁板整体Z向挠度云图为了分析井式梁楼盖在不同边界条件下计算的差异，取出典型截面a-