钢-混凝土组合扁梁受力性能的有限元分析.pdf

收稿日期“ 作者简介石永久 6 7 5 ; A0 8 B; 6 ; 6 CDE F 6 0 1 0 C A3 4 1 GG G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G -“ . 文章编号 ’ * ’ . 0 6L 5 4 F 4 5 7 1 S 7 ; 0 5 0 8 L 1 * 9 0 6 F 5 9 0 RT 0 ; L 1 ; RS 7 R L UV M0 6 C * W ; 4 ’,XK2YM4 7 6 * Z ; 6 C’,9 UQ 2U0 6 C“,9 UQ 2[4 7 6’ ; 1 Q 6 C ; 6 5 ; 6 C ,E ; 6 C 4 7 5 ; A ,S ; W ; 6 C’ H . ,9 ; 6 7 I “ -L F 0 0 1 0 8 9 ; ; 1 7 6 ]K5 F ; F 4 5 ,9 1 * 9 0 6 F 5 F 0 RT 0 ; 1 ; R g 7 R ; 76 h A T 0 8 F 0 RT 0 ; g 7 R h; 1 F ; 0 6 6 F 7 ]; 6F 0 6 F 5 1 7 g -9 0 6 Z 4 6 1 A , 5 4 F 4 5 7 1 ; C F 7 6g 5 ] 4 F ] ; R; 1 7 5 07g 7 R1 8 1 0 0 5 A R-V 6 ; T 7 T 5 ,76 h A T 0 8 1 ; R g 7 R8 7 g 5 ; F 7 ]h; 7T 5 0 T 5 ; AL i 1 7 g; ; 6 ; C 7 ]g A8 ; 6 ; 1 R 6 R 0 ] -E 5 A T 0 8g 7 R7 5 7 6 7 1 A _ ] ,; 6 F 1 4 ] ; 6 C7 ; RT 1 A * 4 T T 0 5 ]g 7 R,78 5 7 R ]g 7 R 7 6 ]7F 7 6 ; 1 5g 7 R-E ; 8 8 6 7 6 ]1 0 7 ] ; 6 CF 7 T 7 F ; A7 5 7 1 4 7 ]7 6 ] 5 ; 8 ; ]h; j T 5 ; R 6 7 1 5 4 1 -E 1 0 7 ] * ] 8 1 F ; 0 6F 4 5 7 5 7 1 05 T 0 5 ] 7 6 ]7 C 5 h 1 1 h; 5 F 0 5 ] - kl mn o d p b F 0 RT 0 ; 1 ; R g 7 RI1 0 7 ]F 7 T 7 F ; A I8 ; 6 ; 1 R 6 7 6 7 1 A ; 在多层钢结构建筑,特别是住宅钢结构中,钢* 混凝土组合扁梁楼盖已成为深受欢迎的楼盖体系, 实现了q无梁楼盖r建筑效果-组合扁梁是一种新型 结构体系,受力性能比较特殊,目前尚无成熟的分 析和设计方法,本文采用有限元方法对这种新型组 合梁的受力性能和破坏过程进行了模拟,并与试验 结果进行了比较,得到了对设计和应用组合扁梁具 有重要参考意义的结论- s 组合扁梁结构 普通钢*混凝土组合梁充分利用了材料的特 性,混凝土楼板搁置在钢梁的上翼缘,通过栓钉将 钢梁和混凝土楼板连成整体而共同工作,混凝土受 压,钢梁受拉,如图’ -为了进一步减小梁高,组合 扁梁将混凝土楼板放在了钢梁的下翼缘,看上去类 似q无梁楼盖r ,它充分考虑了楼盖对梁刚度的加强 作用,如图“ -组合扁梁楼盖可由钢梁与预制混凝 土空心楼板或深肋压型钢板楼板组成,横向钢筋和 钢丝网是为了保证在扁梁达到强度极限状态之前 不发生混凝土板纵向剪切破坏,剪力连接件保证混 凝土板与钢梁共同工作t ’ u- 万方数据 图普通组合梁 “ 可以处理混凝土结构的配筋 9A 1 B C D E和 B C F E 9A单 元 模 拟 钢 筋 的 受 力 情 况G B C D E单元模拟钢梁的受力情况G B C F E单 元用于模拟混凝土模型建模时1忽略钢梁与混凝 土之间的滑移1钢梁与混凝土之间连接采用共用节 点以使其变形协调试验结果也表明对于组合扁 梁1钢与混凝土之间的滑移对其刚度和承载力影响 很小1可以忽略2 D 5 混凝土的抗拉强度低1在加载初期就要开裂1 能否正确地模拟混凝土的开裂是计算结果是否准 确的关键本文采用单元的H死活I概念来模拟混凝 土的开裂1其基本思想是如果混凝土开裂1假设其 对结构的刚度和承载力的贡献可以忽略1在建模计 算时1将这些单元H杀死I 由于事先不知道哪些单 元应该H杀死I 1所以结构分析的有限元模型的单元 是不确定的1是动态的1随其受力状态而改变在计 算分析中1根据89 ;计算出来的应力和应变1 把满足开裂条件的单元H杀死I 1让其退出工作1然 后按新的模型重新计算1如此反复迭代1直到相邻 两次迭代结果相差在可接受的范围内即可停止计算 6 6 网格的划分 本模型所有的实体单元均为A节点的长方块1 便于分层1这样模拟混凝土开裂的效果比较自由网 格的三角形单元要好的多1也更接近混凝土开裂的 实际情况1采用H J, K , I或H L 0 M , I等命令把模型各 部分连成空间的一个整体1保证单元之间的位移协 调 6 N 边界条件的处理 边界条件一般有三种简支端 1框架梁Q /和悬臂梁Q 4 三根梁的 截面尺寸 a Y ‘ b B c ‘“ * C * [ C d 主要结论 本文应用有限元分析软件e_f gf 以根不 同形式的组合扁梁为对象对正负弯矩区组合扁梁 的受力性能进行了计算和模拟*分析结果表明A B有限元计算结果与试验结果吻合较好表 明数值模型和方法是正确有效的为深入研究组合 扁梁的受力性能奠定了基础* B正弯矩区受拉区混凝土的开裂h构件的几 何尺寸是影响组合扁梁受力的主要因素忽略钢梁 与混凝土板之间的滑移及混凝土板中的钢筋作用 分析结果误差很小* B负弯矩区混凝土板中钢筋对组合扁梁的 弹性刚度和极限承载力有着明显的影响钢筋与柱 子之间良好的连接是保证其共同作用的关键*而中 和轴以下混凝土对组合扁梁受力也有相当的影响 实际工程设计时忽略它是偏于安全的* 参考文献A i j k4 0 0 . 2 2 l *f 0 9 / 0 5 - . 7 3, 3 -1 3 7 2 5 4 1 2 3 i kj * m n .f 2 . . 0 ‘ 3 7 2 5 4 1 2 3o 3 7 2 2 4 2 . [ [ a * i j 陈全石永久王元清等*带组合扁梁多层轻型钢 框 架结构体系分析i p j *建筑结构 “ “ Y B A a “ * ‘ n . 3 qf n g p r, 3 g q. 2, 0 *f 2 5 4 1 2 4 5 , 0 , 3 , 0 s 7 7 3 0 n 2 7 2 . . 0/ 5 , 9. t 2 n 7 2 . . 0 1 3 1 5 . 2 . 1 9u 7 2 .7 0 9 8 . , 9i p j * 4 0 - 3 f 2 5 4 1 2 4 5 . 7 “ “ Y B A a “ * i j 陈全*组合扁梁受力性能分析i l j *北京A清华大学 土木工程系 “ “ * i ] j ‘ n . 3qf n gp r, 3 gq. 2 , 0 * , - 3 1 , u , 1 2 s /7 2 . . 0 1 3 1 5 . 2 .1 9u 7 2 .7 0 9 8 . , 9i p j *v 5 1 * / a 2 no 3 2 . 5 3 , 2 3 , 0 f s 9u 7 4 9 3f 2 5 4 1 2 4 5 , 0 w 3 3 . . 5 3 / 5 g 4 3 w x u . 5 2 7 “ “ Y B A [ [ [ * Y责任编辑 王玉浚B “] 中国矿业大学学报第 卷 万方数据