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钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系受力性能有限元分析

2020-12-07阅读(879)

钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系受力性能有限元分析

论文摘要

钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构具有防火、防腐性能好,造价低廉,充分利用混凝土柱抗压性能好和H型钢斜梁自重轻等优点,成为实际工程中广泛应用的一种结构类型。因为混凝土和H型钢两种材料性能的差异,使得该结构的受力性能和传力机理与传统门式刚架或钢筋混凝土铰接排架有较大区别。但目前针对该结构的研究较少,且没有形成明确的规范规程,故该类工程的设计和施工只能依靠经验,由此造成了一些工程事故。本文首先定性讨论钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构的受力特点,然后通过大型有限元分析程序ANSYS10.0建立该结构的有限元模型,分别分析其在竖向荷载、水平荷载和竖向+水平荷载作用下的非线性受力性能,并将分析结果与相同荷载、相同跨度下的门式刚架结构进行比较,得出钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构的主要受力特点,供工程设计人员参考。针对实际工程中大部分设计人员采用PKPM软件进行钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构设计的现状,本文将ANSYS考虑大变形非线性的分析结果与PKPM计算结果进行比较,分析PKPM软件计算该结构的准确性,为设计人员提供参考。通过本文的研究,得出以下主要结论:（1）梁柱刚接时的受力性能与门式刚架基本相同,优于梁柱铰接;（2）钢筋混凝土柱的破坏点在柱底或柱顶;（3）H型钢斜梁的破坏点,当梁柱刚接时在梁柱节点处;当梁柱铰接时,在人字形钢斜梁的跨中附近;（4）两种软件对H型钢斜梁绝对最大弯矩、最大位移和梁柱节点处水平推力的计算结果随跨度的变化规律相同;（5）对于混合排架梁柱节点处水平推力,ANSYS的计算值平均为PKPM的1.85倍;对于混合刚架梁柱节点处的最大水平位移,ANSYS的计算值平均为PKPM的1.57倍。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系的优点
  • 1.1.1 钢筋混凝土铰接排架结构的优缺点
  • 1.1.2 轻型门式刚架结构的优缺点
  • 1.1.3 钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构的优缺点
  • 1.2 钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系的受力特点
  • 1.3 钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系研究现状
  • 1.4 研究意义及主要工作
  • 1.4.1 研究意义
  • 1.4.2 主要工作
  • 第2章 有限元概述及ANSYS简介
  • 2.1 有限元概述
  • 2.2 ANSYS简介
  • 第3章 钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构有限元模型在ANSYS中的实现
  • 3.1 单元类型选择
  • 3.1.1 SOLID65单元
  • 3.1.2 BEAM189单元
  • 3.1.3 LINK8单元
  • 3.1.4 COMBIN14单元
  • 3.2 混凝土和钢材的本构模型
  • 3.2.1 混凝土的本构模型
  • 3.2.2 混凝土的破坏准则
  • 3.2.3 钢材的本构模型
  • 3.3 ANSYS中钢筋混凝土模型的建立
  • 3.4 建模过程中其它需要注意的问题
  • 3.4.1 梁柱刚接节点和铰接节点在ANSYS中的实现
  • 3.4.2 边界条件的设置及荷载的施加
  • 3.4.3 网格划分
  • 3.4.4 求解设置
  • 3.5 钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构有限元模型概况
  • 第4章 竖向荷载作用下钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系有限元分析
  • 4.1 荷载选取
  • 4.1.1 荷载组合
  • 4.1.2 荷载种类
  • 4.1.3 钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系分析时所用荷载组合
  • 4.1.4 本文算例中的等效线荷载
  • 4.2 竖向荷载作用下H型钢斜梁的弯矩
  • 4.3 竖向荷载作用下梁柱节点处的水平推力
  • 4.4 竖向荷载作用下H型钢斜梁的应力分布
  • 4.5 竖向荷载作用下H型钢斜梁的位移
  • 4.6 竖向荷载作用下钢筋混凝土柱中钢筋的应力及变形
  • 4.7 竖向荷载作用下混凝土柱的变形
  • 4.8 竖向荷载作用下混凝土柱的应力
  • 4.9 竖向荷载作用下与PKPM计算结果的比较
  • 4.9.1 H型钢斜梁绝对最大弯矩的比较
  • 4.9.2 梁柱节点处水平推力的比较
  • 4.9.3 H型钢斜梁最大位移的比较
  • 第5章 水平荷载作用下钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系有限元分析
  • 5.1 水平荷载作用下H型钢斜梁的弯矩
  • 5.2 水平荷载作用下梁柱节点处的水平推力
  • 5.3 水平荷载作用下H型钢斜梁的应力分布
  • 5.4 水平荷载作用下H型钢斜梁的位移
  • 5.5 水平荷载作用下钢筋混凝土柱中钢筋的应力及变形
  • 5.6 水平荷载作用下混凝土柱的变形
  • 5.7 水平荷载作用下混凝土柱的应力
  • 5.8 水平荷载作用下与PKPM计算结果的比较
  • 5.8.1 H型钢斜梁绝对最大弯矩的比较
  • 5.8.2 梁柱节点处水平推力的比较
  • 5.8.3 H型钢斜梁最大位移的比较
  • 第6章 竖向+水平荷载作用下钢筋混凝土柱-H型钢斜梁结构体系有限元分析
  • 6.1 竖向+水平荷载作用下H型钢斜梁的弯矩
  • 6.2 竖向+水平荷载作用下梁柱节点处的水平推力
  • 6.3 竖向+水平荷载作用下H型钢斜梁的应力
  • 6.4 竖向+水平荷载作用下H型钢斜梁的位移
  • 6.5 竖向+水平荷载作用下钢筋混凝土柱中钢筋的应力及变形
  • 6.6 竖向+水平荷载作用下混凝土柱的变形
  • 6.7 竖向+水平荷载作用下混凝土柱的应力
  • 6.8 竖向+水平荷载作用下与PKPM计算结果的比较
  • 6.8.1 H型钢斜梁绝对最大弯矩的比较
  • 6.8.2 梁柱节点处水平推力的比较
  • 6.8.3 H型钢斜梁最大位移的比较
  • 第7章 结论与展望
  • 7.1 主要结论
  • 7.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
  • 致谢

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