第32卷第8期建　筑　结　构2002年8月

现浇钢筋混凝土楼盖模型边主梁

受扭的弹性有限元分析

李平昌　白绍良　王志军

(重庆大学土木工程学院　400045)

[提要]　现浇钢筋混凝土楼盖边主梁考虑协调扭转的分析和设计方法是工程设计中有待进一步解决的问题

之一。针对能体现常用的单向板主次梁体系和双向板主次梁体系受力特点的结构模型,建立了带板单元的空间梁系有限元分析模型,分析了现浇板的有无、现浇板与梁的相对位置以及板厚和次梁截面高度对边主梁协调扭矩的影响。所给出的扭矩变化规律对工程界从概念上作出合理判断有参考价值。[关键词]　钢筋混凝土　现浇楼盖　边主梁　协调扭转　板　阻扭效应Reasonableanalysisanddesignofthecast-in-placeedgegirderinreinforcedconcretefloorstakingintoaccounteffectofcompatibletorsionaredesirableinengineeringpractice.Basedonthestructuremodelrepresentingcharacteristicsofthecommonlyusedone-wayortwo-wayslabs,ananalyticalfiniteelementmodelof3Dbeamsystemwithshellelementsisproposed.Effectofslabs,positionofthebeam,slabthickness,andsectiondepthofthesecondarybeamonthecompati-bletorqueintheedgegirderisinvestigated.Therecognizedcharacteristicsofvariationofthetorquearehelpfulinrea-sonablejudgementinengineering.Keywords:cast-in-placereinforcedconcretefloor;compatibletorsion;edgegirder;torque-resistanteffect;slabs

　　一、引言

工程中常用的钢筋混凝土楼盖,不论采用单向板主次梁体系、双向板双向主梁体系、双向板双向主次梁体系,还是带边主梁的板柱体系,其中的现浇板和与边主梁垂直的次梁都将对边主梁施加垂直于其轴线的约束端弯矩,从而使边主梁受扭;扭矩的大小与边主梁、次梁及板的变形协调条件有关,故称“协调扭矩”。但在工程设计中如何恰当估算这一扭矩,仍是一个有待解决的问题。此次修订《混凝土结构设计规范》曾想给出必要规定,但因理论及试验依据仍嫌不足而暂时搁置。要对边主梁中的协调扭矩作出正确评价,至少涉及两个方面的问题:一是如何正确计算出弹性阶段边主梁的协调扭矩和合理给出各主要因素对协调扭矩的影响程度和影响规律;二是研究边主梁受弯扭开裂后的抗弯、抗扭刚度降低以及次梁和板受弯开裂后的抗弯刚度降低对边主梁扭矩的影响。本文讨论的是前者。

以往用平面梁系弹性分析模型计算次梁在边主梁中引起的扭矩时,最多只能考虑现浇板作为边主梁和次梁的翼缘对梁截面惯性矩的影响,而无法考虑现浇板传给主梁的协调扭矩及相应剪力,特别是无法考虑现浇板的薄膜效应对边主梁协调扭矩的影响,从而使算得的边主梁扭矩通常过大,需要配置的受扭钢筋过多。而国内外已完成的楼盖试验表明,当有现浇板且主梁平面区格不是过于狭长时,主梁即使处在尚未开

裂状态,其所受扭矩也比按上述平面梁系分析方法所得的扭矩明显偏小。在这种背景下,又有人从另一个极端主张,当有现浇板时,可在设计中忽略边主梁扭矩,仅按构造要求配置受扭钢筋,而这又可能过低估计主梁中的协调扭矩。为了进一步澄清各主要因素对边主梁扭矩的影响,取带板单元的空间梁系有限元模型,用ANSYS通用程序对从常用楼盖体系中提炼出来的两种楼盖结构模型进行了分析,并对不同条件下的分析结果进行讨论。

二、结构模型及有限元模型

选取图1所示的两种结构平面布置模型,分别模拟单向板主次梁体系和双向板双向主次梁体系。每个模型周边为主梁,主梁均为单跨;四角设支座,其中每个角均设有对三个方向转动ROTX,ROTY和ROTZ的约束和对竖向移动UZ的约束,而只有一个角设有对另两个方向移动UX,UY的约束。在图1中主梁(梁1,2,3)截面尺寸h×b=700mm×300mm;图1(a)中次梁(梁4)的截面尺寸为hs×b=500mm×300mm;图1(b)中次梁(梁5)截面尺寸为hs×b=700mm×300mm;板厚取为80mm;并假定板面与梁上表面持平。梁、板混凝土均按C30选用,即结构混凝土的弹性模量相同。按惯例,在分析中不考虑梁、板配筋率大小的影响。两个结构模型承受的面荷载均为3.5kN/m2。当不设现浇板时,为了计算结果的可比性,将每个区格

板面荷载按该区格周边梁长均匀分摊到单位梁长上,作为梁的线荷载。当一根中间次梁两侧均有板区格时,该次梁将承担由两侧传来的线荷载。图1所选的两个结构模型在竖向荷载作用下关于X方向和Y方向对称,故可取平面结构模型的四分之一作为分析对象,并在各截断边缘加设相应的移动和转动约束。下面均取右上四分之一作为分析对象

。

方向边主梁的扭转变形,故与图2(b)相比,图2(a)中X方向边主梁端区格最大扭矩减小了约30%。

(2)由于在单向板主次梁体系中大部分楼面荷载经次梁传给X方向边主梁,使X方向边主梁端区格扭矩较双向板双向主次梁体系X方向边主梁中的扭矩(图5)增大了约一倍。从图2(a)还可以看出,X方向边主梁扭矩主要由Y方向次梁引起,板边约束弯曲在X方向边主梁中引起的扭矩较小。在接近板角部分,板对X方向边主梁沿Y方向转动的约束使边主梁中扭矩相应减小,故X方向边主梁最大扭矩出现在端区格中部。

(3)图2(a)结构模型中Y方向边主梁相当于单向板现浇楼盖中Y方向的边主梁。由于此时大部分楼面荷载经次梁传入X方向边主梁,使X方向边主梁挠曲变形相对较大。在这种变形带动下,受现浇板的双向变形特征及板边约束弯矩的影响,Y方向边主梁中 …… 此处隐藏：5680字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……