双向密肋楼盖的数值模拟及其理论研究

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钢筋混凝土双向密肋楼盖作为房屋的重要受力结构,与单向板肋形楼盖及双向板肋形楼盖相比,具有刚性大、整体性好、变形小、结构自身高度小、材料省、自重轻和经济性好等特点,特别适合于跨度较大的多层建筑和高层建筑。迄今为止,国内外对双向密肋楼盖的试验和理论研究有限,特别是其周边支承的情况,并且仅做试验研究,周期过长、成本太高。本文采用计算机数值模拟方法对钢筋混凝土双向密肋楼盖在载荷作用下的受力和变形进行理论分析和数值计算。实践证明上述方法是解决现代工程技术问题和理论分析问题的一条行之有效的重要途径。本文的主要研究成果如下:1.借助有限元分析软件ANSYS和TRUEGRID,对集中荷载作用下双向密肋楼盖结构进行非线性分析,模拟结果与实验结果进行对比,说明所选择的有限元模型是合理的,并能很好的再现双向密肋楼盖的受力状况及性能;2.模拟集中荷载和均布荷载作用下的双向密肋楼盖和实心双向平板,分析了密肋楼盖和实心板的受力状况及两者的相似性,即塑性铰线沿四个角点呈45°分布,但密肋板的受力性能显然优于实心双向板;3.比较了三块实心双向板与密肋板的受力性能,它们与密肋板分别具有相同的材料用量、抗弯刚度或高度。研究了板区格数、板厚、支撑宽度对密肋楼盖极限承载力的影响;4.总结双向密肋楼盖的各种弹性算法。在经典弹性薄板理论的基础上,通过拟板法将双向密肋楼盖等效成各向同性的实心板,建立密肋楼盖在两种荷载作用下的内力求解式;5.采用极限平衡法求楼盖的极限承载力。考虑到混凝土非线性变形、裂缝、钢筋塑性变形等因素对楼盖变形的影响,将双向密肋楼盖换算成平板,比较密肋楼盖、实心双向板和普通梁的受力性能,可知密肋楼盖的变形更符合双向实心板的变形特征。结合双向板的挠度系数表格,考虑楼盖开裂后截面刚度降低,引入刚度降低系数,使挠度计算与试验更吻合。分析了楼盖的高跨比,为密肋楼盖设计提供参考。本文工作受到湖南省建设厅项目(13KZ\KZO2001)的资助。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6-7页
第一章 绪论第10-15页
    1.1 钢筋混凝土双向密肋楼盖的概述第10页
    1.2 研究现状第10-14页
    1.3 本文的研究目的和内容第14-15页
        1.3.1 本文的研究目的第14页
        1.3.2 本文的研究内容第14-15页
第二章 双向密肋楼盖弹性理论分析第15-24页
    2.1 拟板法第15-17页
        2.1.1 基本方程第15页
        2.1.2 刚度等效第15-17页
    2.2 交叉梁系法第17-19页
        2.2.1 不考虑梁抗扭的计算第17-18页
        2.2.2 考虑梁抗扭刚度影响的计算第18-19页
    2.3 双向板法第19-22页
    2.4 有限元法第22-24页
第三章 双向密肋楼盖弹塑性有限元程序分析第24-43页
    3.1 ANSYS有限元程序分析原理第24-28页
        3.1.1 整体式模型第24-25页
        3.1.2 Solid65单元第25-27页
        3.1.3 材料的本构关系第27-28页
        3.1.4 求解策略与收敛准则第28页
    3.2 混凝土模型第28-30页
        3.2.1 试件参数第28-29页
        3.2.2 有限元模型的描述第29-30页
    3.3 模型验证第30-31页
    3.4 有限元计算结果及其分析第31-43页
        3.4.1 参数说明第31-32页
        3.4.2 集中荷载下的结果及分析第32-38页
        3.4.3 均布荷载下的结果及分析第38-43页
第四章 双向密肋楼盖弹塑性理论分析第43-55页
    4.1 极限承载力第43-49页
        4.1.1 钢筋混凝土双向板按塑性理论设计的可靠性第43-45页
        4.1.2 塑性铰线的假定第45-48页
        4.1.3 极限承载力的计算第48-49页
    4.2 刚度拟合第49-51页
    4.3 变形比较第51-53页
        4.3.1 集中荷载作用下第51-52页
        4.3.2 均布荷载作用下第52-53页
    4.4 高跨比取值第53-55页
总结与展望第55-57页
参考文献第57-60页
致谢第60-61页
附录A (攻读硕士期间公开发表的论文目录)第61页
附录B (攻读硕士期间参与科研项目)第61-62页
附录C (主要符号说明表)第62页
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