钢筋混凝土板力学性能的影响因素分析.pdf

板 M i s e s 等效应力最大值变化趋于稳定；M i s e s 等效 应力最小值虽然随长边的增加有减小的趋势 ， 但是变 化范围比较小。由图4 知，X 方向的弯矩随长边的增 加而减小，但变化不大；z 方向的弯矩随长边的增加 而增大，增幅比较显著。 3 O 2 9 2 8 2 7 2 6 z s 2 4 2 3 2 2 tH 厂 | | l 5 O0 2 00 0 2 50 0 3 0 00 3 5O 0 40 00 4 500 50 00 长 跨b( m m ) 图 2集中荷载作用下板的最大变形与长边 b的关系 y o n ra i s e s s t r e s s ma x- 一v 0 n mi s e s s t r e s s m i n 一 一一 一 、 一 T V r 儿 、 - 26 00 0 2 4O O0 22 O0O 2 00 00 l 800 0 静1 60 00 1 4 OOO 1 2 OO O O O1 2 001 0 宝 0 0 08 目 吕 0 0 0 6巷 扫 0 00 4 8 吕 0 00 2 0 0O 0 00 长度b( m m ) 图 3 集中荷载作用下板的应力与长边 b的关系 +M 静 u_ _ 一 、 一 2 000 250 0 30 00 35 00 40 00 4 50 0 长度b( m m ) 图 4 集中荷载作用下板的弯矩与长边 b的关系 2 2板的厚度对弯矩和变形的影响 为了分析板厚对集中荷载作用下板的内力和变 形的影响， 取尺寸为2 0 0 0 m m * 4 O O O m m的板进行计算， 板的厚度分别取 l O O m m、1 1 0 m m、1 2 0 m m、1 3 0 m m、 1 4 0 m m 。集中荷载取为 1 5 0 k N 。计算结果如图所示。 4 5 4 0 3 5 厂 、 3 0 g 目 v 2 5 嚣2 0 l- 5 1 0 +挠度 ” 、 、 、 、 90 1 0 0 l1 0 1 20 l 3 O 1 40 1 5 0 板厚 ( m m ) 图 5 集中荷载作用下板的最大变形与板厚的关系 一 雌一yo n mi s e s s t r e s s m a x- 一 y o n ra i s e s s t r e s s mi n 1 皇 一 蔷l g 器1 呈 ： 1 量 1 g # 一 、 、 板厚( m m ) 0 001 5 0 001 0 0 0 0O5 0 00 0O O 图 6 集中荷载作用下板的应力与板厚的关系 卜 - M 栅 一 一 一_ 婚 一 帮 。 。 一一 l特一 一帮 - - - _ _ l 00 1 1 0 l 20 1 3 0 1 4 0 板厚( m m ) 图 7 集中荷载作用下板的弯矩与板厚的关系 由图 5知 ， 板 的变形受板厚的影 响较为明显 。 随 着板厚的增大， 板的整体刚度将不断增加， 其跨中变 形显著减小。在初始阶段， 板的变形减小较快， 当板 厚达到一定的尺寸后， 其跨中变形变化较为缓慢。由 图 6 知， M i s e s 等效应力最大值随板厚的增大而减小， 不成线性关系；M is e s 等效应力最小值随板厚的增大 而减小， 但是变化范围比较小。 由图 7知，x方向 和 z 方 向 的 弯 矩 变 化 较 为 平 缓 。 由 此 可 知 ， 集 中 荷 载 田 1I ， 苫_) u l 甚 o s 1 瘩 I 1 0 3 3 3 2 1 1 1 1 一 对 白邑 对 目时 占 一 g 口 0 O 0 0 0 0 O O O 0 O O 0 0 0 0 0 O O O 0 0 0 0 O O 0 O O 0 0 6 4 2 0 8 6 4 2 O 8 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 号 弓 j 口 圜 作用下 ，弯矩与板厚无关。 2 3混凝土强度等级对弯矩和变形的影响 为了分析混凝土强度等级对集中荷载作用下板 的内力和变形的影响 ，分别对混凝土强度等级为 C 2 5 、C 3 0 、C 3 5 、C 4 0 、C 4 5 、C 5 0的板进行计算 。结 果如图所示。 5 5 5O 45 4 O 3 5 嚣3 0 2 5 2 O 、 、 、 、1I C 25 C3 0 C3 5 C 40 C45 C5 0 混凝 土标 号 图 8 集中荷载作用下板的最大变形与强度等级的关系 一 一 y o n mi s e s s t r e s s m a x 1 卜 -vo n mi s e s s t r e s s mi n 2 O l8 l 6 1 4 1 2 、 ， - ， ， C 25 C30 C35 C40 C4 5 C 50 混凝 土标号 0 00l 4 0 001 3 0 001 2 0 O0l 1 0 001 0 O0 00 9 图 9 集中荷载作用下板的应力与强度等级的关系 3 6OO 0 3 4O0 0 32 OO0 3 0 OO0 目2 8 000 弓 2 6 0 0 0 24 000 2 20 0O 2 OO 00 1 8 OO 0 二 二 = ： _皤 酶 _ = 静 l氆 一 一 l榴 - 一 _ 一 一 C2 5 C30 C3 5 C4 0 C 45 C50 混 凝土标 号 图 1 0 集中荷载作用下板的弯矩与强度等级的关 系 由图 8 知，变形与混凝土的强度等级相关。混 凝土强度等级越高 ， 变形越小 ，在开始阶段 ， 变形减 小较快， 当混凝土强度等级增大到一定程度， 混凝土 的强度等级对变形的影响逐渐变缓。由图9 知， 随着 混凝土的强度等级的增大，M i s e s 等效应力最大值也 增加 ，但不成线性关系；M i s e s等效应力最小值 随混 凝土的强度等级的增大而减小 ，但是变化范围比较 小，不成线性关系。 由图 1 O 知，x 方向和 z 方向的 弯矩变化近似平缓。由此可知， 集中荷载作用下， 板 的弯矩并不因为混凝土强度等级的变化而改变， 也就 是说弯矩与混凝土强度等级无关 。 2 4钢筋弹性模量对弯矩和变形的影响 为了分析钢筋弹性模量对集中荷载作用下板的 内 力 和 变 形 的影 响 ，分 别 对 钢 筋 弹 性 模 量 ( 1 O mm ) 为 1 9 5 、2 O 0 、2 0 5 、2 1 0 、2 1 5 、 2 2 0的板进行计算， 结果如图所示。 目 嚣 2 85 9 2 8 56 2 85 3 2 85 0 4 847 十挠 度 ca ) 、 I 1 90 1 9 5 2 00 2 05 21 0 2 1 5 2 2 0 22 5 弹性 模量E ( x 1 0 5 M P a ) 图 1 1 集中荷载作用下板的最大变形与钢筋弹性模的关系 一 y o n mi s e s s t r e s s ma x 卜 _vo n m l s e s s t r e s s rai n 1 3 1 1 31 1 31 1 31 1 3 1 1 31 1 3 1 J 、 、 。 l嗨 、 - ， 一 0 0 01 O4 O 0 O1 O2 O O O1 O O 0 00 09 8 O OOO 96 0 000 94 1 901 95 2 002 05 2 1 O2 1 52 202 2 5 弹性 模量E ( 1 0 5 M P a ) 图 1 2 集中荷载作用下板的应力与弹性模量的关系 26 00 0 2 400 0 22 OO O 2 00 00 1 8 000 1 60 00 1 40 O0 轷 嘞 ，一 一 一 一 啼 ， 一 谁 一 一墙 1 90 1 9 5 2 O O 2 0 5 21 0 21 5 2 20 2 25 弹性模 量E ( x 1 0 5 M P a ) 图 1 3 集中荷载作用下板的弯矩与弹性模量的关系 罅 i 殳 窜 用 _) I l g 呐 扫们 一 I I l I 1 0 一 时 _) 】 ( 时 目 0 一 I I I I 1 0 一 时 _) 口 一 g 舶 0 一 葺I1 0 一 时 _) 对 _l I I 们 曲 o 一 I I I 1 0 由图 1 1 知，变形与钢筋的弹性模量有关系。钢 筋弹性模量越大， 变形越小。由图 1 2 知， M i s e s 等效 应力最大值随钢筋弹性模量 的增加而变小 ， 但不成线 性关系；M i s e s 等效应力最小值随钢筋弹性模量的增 加而增加，变化范围比较小，不成线性关系。由图 1 3 知， x 方向和 z 方向的弯矩变化近似平缓。由此可 知， 集中荷载作用下，弯矩与钢筋弹性模量无关。 2 5边界条件对弯矩和变形的影响 为了研究不同边界条件对板受力性能的影 响， 分 别对四边固端， 两长边固端， 两短边固端 3 种情况进 行分析 。 吕 - 山 吕 器 器 兰 吕 d 0 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 四边 固端 两 长边 固端 两 短边 固端 边界 条件 图 1 4集中荷载作用下板的最大变形与边界条件的关系 v o n mi s e s s t r e s s ma x 卜 -V O B mi s e s s t r e s s m i n 四边 固端 两长边 固端 两短 边固端 边界条件 圈 1 5集中荷载作用下板的应力与边界条件的关系 2 40 00 2 20 00 2 00 00 18 0 00 1 60 00 鼎 静1 4 0 00 12 0 00 1 0 O 0O 一 一 埔 一 一 一 一 四边固端 两长边 固端 两短边 固端 边 界条件 图 1 6集中荷载作用下板的弯矩与边界条件的关系 由图 1 4知，变形随着边界约束条件的加强而减 小 。由图 l 5知 ， Mi s e s 等效应力最大值随边界约束条 件的加强而减小，但不成线性关系；M i s e s 等效应力 最小值随边界约束条件的加强而减小， 也不成线性关 系。由图 1 6知，x方向的弯矩随边界约束条件的加 强而减小 ，由于两长边固端情况 X方向约束减弱 ， 所 以 比较小；Z 方向的弯矩随施加的边界约束条件 的加强而增加。 3 结 语 本文通过应用有限元软件，通过建立有限元模 型， 对钢筋混凝土板在集中荷载作用下的内力和变形 进行了分析 。 通过讨论了几种因素对板力学性能的影 响 ，得到以下结论。 在集中荷载作用下， 板的尺寸对板的变形和内 力影响显著 。 变形随着板的边长比的增加而增大 ，而 随着板厚的增加而减小。 在集中荷载作用下， 材料强度对板的变形影响 显著，而对板的弯矩变化影响较小。 加强边界约束条件可有效地减小板的变形， 且 对板的内力影响较为显著。 ( ) A N S Y S有限元分析模型可以代替模拟试验对 钢筋混凝土构件进行有限元分析 ， 因此今后会对混凝 土结构设计有进一步帮助。 参考文献 【 1 1 齐峰 ，张有才 ，汤广田用A N S Y S模拟钢筋混凝土的常见问题与对策 J 2 0 0 3 ，2 2 ( 4 ) ：2 6 9 2 7 2 2 】沈蒲生 ， 梁兴文混凝土结构设计原理 J _ 北京 ： 高等教育出版社 ， 2 0 0 2 3 司炳君 ， 孙治国， 艾庆华 S o l i d 6 5单元在混凝土结构有限元分析中的应 用 J 工业建筑 ，2 0 0 7，2 2 ( 1 ) ：8 7 - 9 2 【 4 1陆新征， 江见鲸用 A N S Y S S o l i d 6 5 单元分析混凝土组合构件复杂应力 J 建筑结构，2 0 0 3 ，3 3 ( 6 ) ：2 2 2 4 5 郝文化A N S Y S土木工程应用实例【 M 北京 ：中国水利水电出版社 ， 2 0 0 2 口 口 置 ! 篓 岬 ： 螽 蒜 ! 2 O 8 6 4 2 O 8 6 4 2 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 2