三角形混凝土构件拼装组合楼板研究

论文摘要

论文以三角形混凝土构件拼装组合楼板为研究对象。拼装组合楼板通过钢筋混凝土小梁形成单层平面网架结构,在三角形区域内填充三角形轻质混凝土板。以此结构为模板在其上浇注薄层钢筋混凝土形成完整楼板结构。拼装组合楼板内部支撑柱能够自由布置,破除了以往多数住宅建筑只能适应规整形状的僵化模式,构造出丰富的住宅外形,使布置更加灵活；另一方面将预制与现浇相结合,大大加快了施工进程。本文利用ANSYS中APDL语言编写程序。通过大量运算,得出弯曲刚度、扭转刚度、支撑条件及尺寸对拼装组合楼板内力分布的影响规律。结果表明,弯曲刚度及扭转刚度在1.0×107 N·mm/rad-1.0×1011 N·mm/rad范围内对内力影响相对较为显著。在弯曲刚度较小的情况下节点接近铰接,在弯曲刚度较大的情况下节点接近刚接。利用大型有限元程序ANSYS建立了钢筋混凝土梁分离式三维实体模型,在分析中混凝土本构关系上升段采用《混凝土结构技术规范》GB 50010 2002中的公式,下降段则采用Hongnestad的处理方法；钢筋采用理想弹塑性本构模型。对钢筋混凝土小梁进行非线性有限元分析,得出拼装组合楼板节点的弯矩转角曲线,计算出拼装组合楼板的初始弯曲刚度为2 .7×109 N·mm/rad,证明了拼装组合楼板节点是一种典型的半刚性节点。通过两种方法建立了拼装组合楼板半刚性节点模型,分别采用大型有限元程序ANSYS和自编有限元程序PZLB实现。在ANSYS中引入MATRIX27单元考虑节点的半刚性,在PZLB中通过修改普通梁单元的刚度矩阵,推导出考虑节点半刚性的梁单元的单元刚度矩阵,从而考虑节点半刚性的影响。通过把刚度取无限大,利用一简单算例把自编有限元程序PZLB计算结果与手算理论解比较,证明了PZLB程序的正确性。并通过简单算例比较两种半刚性节点处理方法的计算结果,证明了两种半刚性节点处理方法的正确性与可行性。通过ANSYS分析确定了拼装组合楼板在各种边界条件下所能达到的最大尺寸,为拼装组合楼板的推广应用提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 工业化建筑发展现状
• 1.2.1 "积木式"建筑的发展历程
• 1.2.2 国内外工业化建筑发展现状
• 1.2.3 工业化建筑技术及主要结构体系
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 半刚性节点对拼装楼板的影响分析
• 2.1 引言
• 2.2 拼装组合楼板简介
• 2.2.1 拼装组合楼板结构形式
• 2.2.2 节点连接形式
• 2.3 半刚性节点拼装组合楼板有限元研究方法
• 2.3.1 数值模拟
• 2.3.2 半刚性节点有限元分析流程
• 2.3.3 半刚性节点有限元模型算例验证
• 2.4 参数分析方案
• 2.4.1 材料选取与杆件截面特性
• 2.4.2 节点弯曲刚度的影响
• 2.4.3 节点扭转刚度的影响
• 2.4.4 支撑条件的影响
• 2.4.5 拼装楼板尺寸的影响
• 2.5 参数分析
• 2.5.1 节点弯曲刚度的影响
• 2.5.2 节点扭转刚度的影响
• 2.5.3 拼装楼板尺寸的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 拼装楼板节点三维数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 实体模拟方法
• 3.2.1 SOLID65单元概述
• 3.2.2 SOLID65混凝土破坏准则
• 3.2.3 SOLID65单元混凝土裂缝模拟
• 3.3 非线性仿真的分析方法及应用
• 3.3.1 非线性仿真分析方法
• 3.3.2 钢筋混凝土有限元分析模型
• 3.3.3 钢筋混凝土节点有限元分析
• 3.3.4 本章小结
• 第四章 两种半刚性节点数值模拟方法比较
• 4.1 引言
• 4.2 单元刚度矩阵推导
• 4.2.1 不考虑半刚性节点的梁单元刚度矩阵
• 4.2.2 带半刚性节点的梁单元刚度矩阵
• 4.2.3 带半刚性节点的梁单元的固端力及坐标转换矩阵
• 4.3 有限元程序编制
• 4.4 算例
• 4.5 本章小结
• 第五章 拼装组合楼板适用性研究
• 5.1 引言
• 5.2 钢筋混凝土小梁承载力计算
• 5.3 拼装楼板适用性
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢