钢筋混凝土空心楼盖有限元分析

钢筋混凝土空心楼盖有限元分析

1空心楼盖计算分析软件pkpm的情况由于钢筋混凝土空心结构的有效降低，建筑材料的节省，成本的简化和降低，施工周期的简化，重量轻，施工周期长，抗疲劳功能强，整体性能好，抗疲劳防滑性能强，房间灵活隔离、隔离、隔热、保温等优点，广泛用于大型建筑面积的购物中心、图书馆、办公楼、住宅楼和大型住宅楼。但是,目前对这种结构的设计理论还不够成熟,基于现有软件的设计方法和实际受力有一定的出入,并且计算输入较麻烦,迫切需要进一步研究。PKPM软件是我国建筑设计领域应用较广泛的计算分析软件。运用PKPM软件计算现浇混凝土空心楼盖常用的方法有“等代框架法”、“拟梁法”等。以上两种方法尽管工程应用较多,比较接近空心楼盖实际受力,但由于刚度计算是按最薄弱截面计算,与实际受力仍有差别。这样的计算使得配筋结果偏大,并且这两种方法运用PKPM计算输入相对都比较麻烦,不利于该技术的推广应用,更好的方法有待进一步的研究与探索。本文运用ANSYS软件,对柱支承筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖和对比实心楼盖模型(图1)进行有限元分析,将对比实心楼盖在PKPM(SATWE)中的计算结果与现浇混凝土空心楼盖在ANSYS有限元软件中的计算结果进行比较分析,提出基于现有设计软件PKPM(SATWE)的实用方法建议,可供设计人员参考。2比较建筑盖模型的计算和结果2.1正应力弯矩计算在本文对楼盖模型的有限元分析中,采用的单元是等参实体单元。虽然,等参实体单元的计算结果比较精确,但不能直接输出弯矩值,给弯矩分析带来了不便。本文通过以下步骤,实现了对柱支承现浇钢筋混凝土空心楼盖及对比实心楼盖的弯矩计算和分析比较,具体思路说明如下所述。(1)选取关键截面。(2)沿截面宽度方向选取所需的截线。(3)通过有限元方法计算出每个截线上垂直于截面的正应力。(4)计算弯矩,这一步非常关键。在弹性薄板小挠度弯曲理论中,正应力与板厚xi成线性关系,因此,弯矩可由正应力函数直接积分而成,但空心板的正应力与板厚之间没有确定的函数关系式,故弯矩只能通过数值方法合成,具体算法说明如下。如图2所示,x轴表示截线方向(即板厚方向),y轴表示正应力方向,沿x轴取若干个等分板厚的位置点,即xi,xi+1,并取该位置点对应的正应力值,即yi,yi+1。由下面公式即可得弯矩。Μ=∑ΜiΜi=∑12(yi+yi+1)(xi+1-xi)×[xi+yi+2yi+13(yi+yi+1)(xi+1-xi)]M=∑MiMi=∑12(yi+yi+1)(xi+1−xi)×[xi+yi+2yi+13(yi+yi+1)(xi+1−xi)]由以上公式得出的弯矩计算结果被验证是准确的。根据有限元分析计算结果,提取同一竖直截线上节点的应力,利用以上公式求出该截面的弯矩。对于筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖,顺筒方向和横筒方向的截面形式不一样,其受力情况也不同,需分别列出各截面沿y,z方向的弯矩。2.2anasys有限元模型计算结果柱支承筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖和对比实心楼盖的平面计算简图(由于对称性,均取四分之一模型)见图3。在ANSYS软件中建立柱支承筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖模型进行计算分析,通过数值计算方法由应力合成弯矩;运用PKPM(SATWE)软件进行对比实心楼盖结构模型进行分析计算。按两种软件计算各区格(由于对称性,这里的分析模型对于角区格取整个区格,对于边区格一和边区格二均取二分之一区格,对于中区格取四分之一区格)径向(垂直布筒方向)、孔向(沿着布筒方向)对应弯矩的结果分别见表1—表4,并将两者的结果进行了分析和对比。由表1—表4可明显看出,运用ANSYS软件对柱支承筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖和对比实心楼盖模型的计算结果整体上比较接近,局部有一定的偏差,说明空心楼盖和实心楼盖整体内力分布比较接近,在局部有差别。同时,从表中空心楼盖孔向弯矩和径向弯矩的计算结果不相等,可以看出,空心楼盖各向异性的特征,但差值不大。运用PKPM(SATWE)设计软件和ANSYS有限元软件对实心楼盖计算的结果,整体上相差较小,个别地方相对百分率较大(如角区格和边区格柱上板带边支座弯矩相对百分率较大,该截面弯矩由于是边跨且无边梁,跨中正弯矩很小,接近于零,所以对整体影响不大),但相差的绝对值较小。由于ANSYS有限元软件的结果是按数值方法合成的,再加上有限元结果本身就是一种近似值,误差是不可避免的,但误差在一定范围内完全可以满足工程需要。根据ANSYS软件分析的结果,对对比实心楼盖再进行调整,进而可得出空心楼盖设计的弯矩控制值。3确定相关计算结果通过前面的对比分析,可以通过调整实心楼盖的计算结果进行现浇混凝土空心楼盖的设计,各区格的调整参数根据表中两种楼盖计算结果的相差百分比,并考虑计算误差与一定的安全系数,局部还应考虑塑性应力重分布影响,再结合工程经验调整得到。具体实用方法建议介绍如下。首先,运用PKPM(SATWE)设计软件对同厚度实心楼盖进行电算。电算时,板的厚度按空心板的厚度输入,输入的恒载是由空心楼盖按折算厚度而不是由系统自动计算出的恒载值,板底弯矩放大系数取1,其他参数的输入同实心板。然后,将各区格计算结果分别进行调整。角区格柱上板带边支座和内支座负弯矩按PKPM计算结果提高5%,跨中正弯矩不变;跨中板带支座负弯矩按PKPM计算结果提高10%,跨中正弯矩不变;边区格一柱上板带边支座负弯矩按PKPM计算结果提高5%,内支座负弯矩按PKPM计算结果提高3%,跨中正弯矩不变;跨中板带支座负弯矩按PKPM计算结果提高10%,跨中正弯矩不变;边区格二柱上板带边支座负弯矩按PKPM计算结果提高8%,内支座负弯矩提高3%,跨中正弯矩不变;跨中板带支座负弯矩按PKPM计算结果提高10%,跨中正弯矩不变;中区格柱上板带支座负弯矩按PKPM计算结果提高2%,跨中正弯矩不变;跨中板带支座负弯矩按PKPM计算结果提高10%,跨中正弯矩不变。最后,根据调整后的弯矩进行配筋设计。4限元分析的计算结果本文运用ANSYS软件和PKPM软件,对柱支承筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖和对比实心楼盖相应模型进行了有限元分析计算,对计算结果进行了分析和研究;将对比实心楼