钢空腹夹层板楼盖静力计算模型研究

发布时间：2017-10-28 06:39

  本文关键词：钢空腹夹层板楼盖静力计算模型研究

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【摘要】：为响应国家关于节约土地的号召,马克俭教授提出了具有空间受力特性、适用于多高层大跨度建筑的空腹夹层板楼盖结构。该结构能够充分发挥网格结构空间受力的特点,避免了传统主次梁结构二维传力、构件截面较大等缺点。结构分为钢筋混凝土空腹夹层板、钢-混凝土组合空腹夹层板和钢空腹夹层板(正交正放形式和正交斜放形式)三个组成部分。近些年来,钢材在建筑行业实现可持续发展的过程中发挥着越来越重要的作用,对于其中最能体现钢结构综合优势的预制装配式钢结构建筑就显得格外重要。钢空腹夹层板楼盖采用拼装单元工厂预制生产,现场安装的施工方式,具有较高的工业化水准。因此对该课题的研究具有实用意义。通过有限元模拟和理论分析对结构整体以及局部的静力性能以及内力计算方法进行了研究,完成的工作及取得的成果主要包括:1.论述了空腹夹层板楼盖结构的产生、分类以及各自的特点。总结了国内外对于钢筋混凝土楼盖静特性能的研究现状;国内外对于组合楼盖的静力特性和设计理论的研究进展以及国内外对于钢空腹夹层板楼盖的静力计算和设计方法的研究,提出了本文研究的价值所在。2.梳理了空腹夹层板楼盖常用的设计分析方法,介绍了连续化分析方法、等代刚度法等方法。并重点介绍了分析所采用的软件平台、单元参数的选取、材料特性的确定以及求解控制等基本信息。3.建立了正交正放钢空腹夹层板楼盖有限元模型。针对楼盖的静力计算模型进行研究,分析了混凝土板对钢空腹夹层板楼盖静力特性的影响。结果表明:在中等跨度情况下,混凝土板有效提高钢空腹夹层板楼盖的竖向刚度,降低了上、下肋以及剪力键的应力水平,进行分析时应考虑钢网格与混凝土板的协同作用。4.建立了剪力键节点域非线性有限元模型,针对加劲板对剪力键节点域的受力和变形影响进行了参数化分析,得出了加劲板的设置能够有效降低方管的应力水平,避免上下肋和方管接触部位的应力集中,保证了节点的刚域特性的结论。基于分析的参数范围建议了加劲板的合理设置宽度。5.基于密肋梁楼盖常用的梁格法理论以及空腹桁架理论提出了适用于钢空腹夹层板楼盖空腹部分内力计算的修正空腹桁架法,针对剪力键节点域的受力特点提出了节点域简化计算的力学模型,得出了内力计算公式。该方法考虑了局部弯矩对上下肋截面的作用、考虑了剪力键节点域的受力特点,提出了节点域的受力计算模型,计算模型有限元计算结果吻合较好,具有较好的适用性。本文所做的研究可为为此类建筑结构的分析、设计以及施工提供有益参考。
【关键词】：钢结构 空腹夹层板 参数化 剪力键节点 空腹桁架理论 计算方法
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 楼盖结构的发展研究现状8-10
• 1.1.1 钢筋混凝土楼盖8-9
• 1.1.2 组合楼盖9-10
• 1.2 空腹夹层板楼盖的研究及应用现状10-13
• 1.3.1 钢筋混凝土空腹夹层板楼盖10-11
• 1.3.2 U形钢板组合下肋空腹夹层板楼盖11-12
• 1.3.3 钢空腹夹层板楼盖12-13
• 1.3 钢空腹梁的国内外研究及应用现状13-15
• 1.4 本课题的研究背景及意义15-16
• 1.3.4 课题研究背景15-16
• 1.3.5 课题研究意义16
• 1.5 本文所做的主要工作16-18
• 第二章 基本分析方法18-38
• 2.1 空腹夹层板结构连续化计算理论18-29
• 2.1.1 计算基本假定18-19
• 2.1.2 上、下表层平面刚度19-22
• 2.1.3 空腹夹层板的等效剪切刚度22-25
• 2.1.4 基本方程的建立25-29
• 2.2 等代刚度法29-30
• 2.3.1 计算基本假定29-30
• 2.3.2 计算分析方法30
• 2.3 结构有限元分析方法30-36
• 2.3.3 有限元分析法介绍31
• 2.3.4 本文有限元模型建立31-36
• 2.3.5 有限元模型的试验验证36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 混凝土板对钢空腹夹层板楼盖静力特性影响38-51
• 3.1 本章研究背景38-40
• 3.2 钢空腹夹层板有限元模型基本参数40-41
• 3.3 有限元模型计算结果及分析41-50
• 3.3.1 混凝土板厚对结构竖向刚度的影响41-43
• 3.3.2 混凝土板厚对剪力键应力的影响43-47
• 3.3.3 混凝土板厚对上下肋应力的影响47-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 加劲板对剪力键节点域静力特性影响51-63
• 4.1 本章研究背景51-52
• 4.2 剪力键节点域特点52-53
• 4.2.1 构造特点52
• 4.2.2 受力特点52-53
• 4.3 剪力键节点域有限元模型53-55
• 4.3.1 构造特点及基本受力规律53
• 4.3.2 有限元模型基本参数53-55
• 4.4 有限元模型计算结果及分析55-62
• 4.4.1 典型的剪力键节点域应力分布云图55-56
• 4.4.2 各因素对应力状态的影响56-59
• 4.4.3 各因素对节点域变形的影响59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 基本受力单元内力计算63-81
• 5.1 本章研究背景63-65
• 5.2 钢空腹梁基本受力特征65-68
• 5.2.1 结构空腹部分计算内力的确定65-67
• 5.2.2 空腹截面计算内力的确定67-68
• 5.3 空腹梁空腹部分受力特征有限元分析68-73
• 5.3.1 单元类型及材料特性的选取68
• 5.3.2 有限元模型基本参数68
• 5.3.3 有限元模型网格尺寸敏感性分析68-70
• 5.3.4 计算截面正应力分布特征70-71
• 5.3.5 荷载位移曲线71-72
• 5.3.6 空腹部分有限元计算结果与公式计算结果对比72-73
• 5.4 剪力键节点受力特性分析73-79
• 5.4.1 加劲板宽度及方管壁厚对剪应力分布的影响74-76
• 5.4.2 节点域强度分析76-79
• 5.4.3 公式的合理性验证79
• 5.5 本章小结79-81
• 第六章 结论及展望81-84
• 6.1 主要完成的工作81-82
• 6.2 有待深入的工作82-84
• 参考文献84-89
• 致谢89-90
• 附录一：攻读硕士学位期间发表的论文90-91

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本文编号：1107105