仿古建筑中的梁托柱转换节点研究
发布时间：2021-01-20 12:34
近年来,随着我国经济的快速发展,人们对建筑的多样性也提出了新的要求,出现了大量的仿古建筑。我国古代建筑以木结构为主,木结构建筑造型复杂,在力的传递过程中存在大量的转换结构。现代仿古建筑一般采用钢筋混凝土结构,为了追求最大的外观近似效果,仿古建筑也需要采用转换结构。转换结构属于复杂的、不规则钢筋混凝土结构,其设计过程较普通的建筑结构难度大。对于转换结构,前人进行了大量的理论和试验研究,相应的结构设计规范中也对这一复杂结构有所规定。但规范中没有针对仿古建筑的结构设计的相应规定,而且对于存在多个转换层的结构该如何设计也缺少明确的说明。为了弥补这一不足,本文在前人研究和规范规定的基础上,对转换结构在仿古建筑中的应用进行了研究。首先,以梁托柱式的转换结构为主要研究对象,分析其受力特点。由于它是一种复杂的结构形式,所以在受力分析过程中需要考虑其与普通结构传力路径的不同、梁内应力分布的不同、在平面外受力时可能的空间效应和转换结构与整体结构之间的相互作用效应等对结构的影响。在此基础上,提出了在设计过程中需要采用整体的有限元分析与局部关键构件的有限元分析相结合的方法。整体结构可以按照框架结构设计,整体结...
【文章来源】： 张全贞 北京建筑大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
梁托柱转换结构计算简图
第3章有限元分析26图3-1SOLID65的几何模型该单元表示的是各向同性材料，可以通过ansys中的mat命令定义材料的类型为混凝土。混凝土材料的本构关系通过TB命令来定义，包括单轴抗拉强度、单轴抗压强度和剪力传递系数。单轴抗拉强度和单轴抗压强度可以采用简化的理想模型，也可以采用通过试验得到的真实应力应变曲线。单元有四个控制选项，分别为KEYOPT（1）、KEYOPT（5）、KEYOPT（6）和KEYOPT（7）。其中，KEYOPT（1）是该单元的大变形开关，其值设定为0时考虑大变形，设定为1时不考虑，混凝土结构建议不考虑大变形，以免求解时出现不收敛或者求解结果不正确等现象。KEYOPT（7）是混凝土开裂以后是否考虑应力松弛开关，其值设定为0时不考虑拉伸应力松弛，设定为1时考虑应力松弛。2）钢筋的模拟本文采用link180单元来模拟钢筋的工作状态。link180单元在工程上应用广泛，可以模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等。它是一种可以在杆轴方向施加拉压作用的三维杆单元，杆单元两端节点具有三个自由度，三个自由度分别是沿着坐标X轴、Y轴、Z轴方向的平动，如图3-2所示。它具有塑性、大变形、大应变等功能，同时还有弹性、各向同性塑性硬化、非线性塑性硬化等性能，在受力方面，杆单元只能承受拉压，不能承受弯矩，所以其受力性能和状态与混凝土中的钢筋类似。若要模拟仅受压（如轴承等）或仅受拉（如绳索等）结构时，则需定义LINK180单元的第三个实常数TENSKEY=-1（仅受压）或TENSKEY=1（仅受拉），且必须打开大变形选项，采用非线性计算。
第3章有限元分析27图3-2link180的几何模型LINK180单元把一个单元假定为一直杆，轴向荷载作用在干的两端，杆为同材质、各向同性的材料，杆的两个端节点I和J不能重合。如果考虑了温度，温度沿杆长线性变化，一个杆上具有相同的应力。LINK180单元通过两个节点I和J、横截面面积（AREA）、单位长度的质量(ADDMAS)及材料属性来定义。当采用缺省设置时，单元的截面积改变时其体积可以保持不变，与钢材等材料受力状态相同，该单元适合用于钢材的弹塑性分析。也可以改变KEYOPT(2)使截面积保持不变或刚性。LINK180单元输出数据结果包括全部节点位移，以及单元轴向应力、轴向弹塑性应变等。3.3.2转换梁结构的有限元模型转换梁结构的有限元分析单元采用前述的杆系单元和实体单元，其中混凝土采用solid65三维实体单元模型，其可以最大程度的真实模拟实际构件；钢筋采用LINK180单元，模拟钢筋受拉的力学状态。在实际建模中，选好单元以后，还需注意以下几个问题：1）单元尺寸的大小由于混凝土单元采用了最大开裂准则，所以单元划分的粗细会对开裂产生影响。单元划分越细，开裂出现就越早。为了减小单元尺寸的影响，转换梁混凝土构件划分单元时网格尺寸一般可取为50mm，不宜过校2）施加荷载和约束仿古建筑大量使用梁托柱结构，因此主要考虑柱传给梁的荷载。把柱的竖向荷载当作集中力作用在梁上，并考虑柱传下来的弯矩和剪力，在柱作用于梁上的局部面积内施加弯矩和剪力。此外转换梁的约束，主要是梁两端的柱支承作用，不考虑梁平面外的扭转和变形。在转换梁的两侧各选一个支撑柱的截面，限制三个方向的平动和转动，施加固定约束。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土梁式托柱转换层结构抗震性能分析[J]. 祖萍萍,孙广俊,李鸿晶. 防灾减灾工程学报. 2016(02)
[2]竖向构件布置对梁式转换层结构刚度的影响[J]. 陈关平,张拥军,王金涛,李乾龙,刘金强. 结构工程师. 2015(04)
[3]钢骨混凝土转换梁托柱的纵向钢筋安装方法创新[J]. 张卫旗,张茂盛. 浙江建筑. 2014(09)
[4]高层建筑托柱转换结构设计[J]. 林莹. 福建建材. 2014(06)
[5]梁式转换层梁柱受力性能研究[J]. 毛蓉方,王曙光,王滋军,杜东升. 建筑结构. 2013(12)
[6]托柱转换结构的弹性抗震性能研究[J]. 吕剑勇. 长春工业大学学报(自然科学版). 2011(02)
[7]多层框架结构托柱转换梁裂缝成因浅析[J]. 黄丕千. 广东土木与建筑. 2007(06)
[8]高层建筑托柱转换结构力学特点的分析与比较[J]. 傅传国,鞠好学,宫志超. 山东建筑工程学院学报. 2003(02)
[9]高层建筑中转换层结构的应用和发展[J]. 娄宇,丁大钧,魏琏. 建筑结构. 1997(01)
博士论文
[1]底部托柱转换R.C.井塔结构抗震性能及设计方法研究[D]. 侯俊锋.西安建筑科技大学 2016
硕士论文
[1]火灾后钢筋混凝土梁托柱转换结构节点承载性能试验研究[D]. 彭献宽.山东建筑大学 2017
[2]火灾下钢筋混凝土梁托柱转换结构A型节点耐火性能试验研究[D]. 王德龙.山东建筑大学 2017
[3]火灾下钢筋混凝土梁托柱转换结构B型节点耐火性能试验研究[D]. 张旭.山东建筑大学 2017
[4]宽扁梁宽厚比对托柱转换和框支转换结构抗震性能影响[D]. 韩珏.长安大学 2016
[5]火灾后钢筋混凝土梁托柱转换结构节点的力学性能分析[D]. 刘云孟.山东建筑大学 2016
[6]带托柱转换梁结构层间隔震分析[D]. 王恒.西南交通大学 2015
[7]火灾与荷载耦合作用下钢筋混凝土梁托柱转换结构的受力与变形规律分析[D]. 张丽媛.山东建筑大学 2015
[8]带托柱转换层钢筋混凝土高层建筑结构基于性能的抗震设计[D]. 康冬虎.重庆大学 2014
[9]火灾及荷载耦合作用下钢筋混凝土梁托柱转换结构内力分析[D]. 范明君.山东建筑大学 2014
[10]火灾高温作用下钢筋混凝土梁托柱转换结构的温度场与承载性能分析[D]. 孔维一.山东建筑大学 2013
本文编号：2989053
【文章来源】： 张全贞 北京建筑大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
梁托柱转换结构计算简图
第3章有限元分析26图3-1SOLID65的几何模型该单元表示的是各向同性材料，可以通过ansys中的mat命令定义材料的类型为混凝土。混凝土材料的本构关系通过TB命令来定义，包括单轴抗拉强度、单轴抗压强度和剪力传递系数。单轴抗拉强度和单轴抗压强度可以采用简化的理想模型，也可以采用通过试验得到的真实应力应变曲线。单元有四个控制选项，分别为KEYOPT（1）、KEYOPT（5）、KEYOPT（6）和KEYOPT（7）。其中，KEYOPT（1）是该单元的大变形开关，其值设定为0时考虑大变形，设定为1时不考虑，混凝土结构建议不考虑大变形，以免求解时出现不收敛或者求解结果不正确等现象。KEYOPT（7）是混凝土开裂以后是否考虑应力松弛开关，其值设定为0时不考虑拉伸应力松弛，设定为1时考虑应力松弛。2）钢筋的模拟本文采用link180单元来模拟钢筋的工作状态。link180单元在工程上应用广泛，可以模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等。它是一种可以在杆轴方向施加拉压作用的三维杆单元，杆单元两端节点具有三个自由度，三个自由度分别是沿着坐标X轴、Y轴、Z轴方向的平动，如图3-2所示。它具有塑性、大变形、大应变等功能，同时还有弹性、各向同性塑性硬化、非线性塑性硬化等性能，在受力方面，杆单元只能承受拉压，不能承受弯矩，所以其受力性能和状态与混凝土中的钢筋类似。若要模拟仅受压（如轴承等）或仅受拉（如绳索等）结构时，则需定义LINK180单元的第三个实常数TENSKEY=-1（仅受压）或TENSKEY=1（仅受拉），且必须打开大变形选项，采用非线性计算。
第3章有限元分析27图3-2link180的几何模型LINK180单元把一个单元假定为一直杆，轴向荷载作用在干的两端，杆为同材质、各向同性的材料，杆的两个端节点I和J不能重合。如果考虑了温度，温度沿杆长线性变化，一个杆上具有相同的应力。LINK180单元通过两个节点I和J、横截面面积（AREA）、单位长度的质量(ADDMAS)及材料属性来定义。当采用缺省设置时，单元的截面积改变时其体积可以保持不变，与钢材等材料受力状态相同，该单元适合用于钢材的弹塑性分析。也可以改变KEYOPT(2)使截面积保持不变或刚性。LINK180单元输出数据结果包括全部节点位移，以及单元轴向应力、轴向弹塑性应变等。3.3.2转换梁结构的有限元模型转换梁结构的有限元分析单元采用前述的杆系单元和实体单元，其中混凝土采用solid65三维实体单元模型，其可以最大程度的真实模拟实际构件；钢筋采用LINK180单元，模拟钢筋受拉的力学状态。在实际建模中，选好单元以后，还需注意以下几个问题：1）单元尺寸的大小由于混凝土单元采用了最大开裂准则，所以单元划分的粗细会对开裂产生影响。单元划分越细，开裂出现就越早。为了减小单元尺寸的影响，转换梁混凝土构件划分单元时网格尺寸一般可取为50mm，不宜过校2）施加荷载和约束仿古建筑大量使用梁托柱结构，因此主要考虑柱传给梁的荷载。把柱的竖向荷载当作集中力作用在梁上，并考虑柱传下来的弯矩和剪力，在柱作用于梁上的局部面积内施加弯矩和剪力。此外转换梁的约束，主要是梁两端的柱支承作用，不考虑梁平面外的扭转和变形。在转换梁的两侧各选一个支撑柱的截面，限制三个方向的平动和转动，施加固定约束。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土梁式托柱转换层结构抗震性能分析[J]. 祖萍萍,孙广俊,李鸿晶. 防灾减灾工程学报. 2016(02)
[2]竖向构件布置对梁式转换层结构刚度的影响[J]. 陈关平,张拥军,王金涛,李乾龙,刘金强. 结构工程师. 2015(04)
[3]钢骨混凝土转换梁托柱的纵向钢筋安装方法创新[J]. 张卫旗,张茂盛. 浙江建筑. 2014(09)
[4]高层建筑托柱转换结构设计[J]. 林莹. 福建建材. 2014(06)
[5]梁式转换层梁柱受力性能研究[J]. 毛蓉方,王曙光,王滋军,杜东升. 建筑结构. 2013(12)
[6]托柱转换结构的弹性抗震性能研究[J]. 吕剑勇. 长春工业大学学报(自然科学版). 2011(02)
[7]多层框架结构托柱转换梁裂缝成因浅析[J]. 黄丕千. 广东土木与建筑. 2007(06)
[8]高层建筑托柱转换结构力学特点的分析与比较[J]. 傅传国,鞠好学,宫志超. 山东建筑工程学院学报. 2003(02)
[9]高层建筑中转换层结构的应用和发展[J]. 娄宇,丁大钧,魏琏. 建筑结构. 1997(01)
博士论文
[1]底部托柱转换R.C.井塔结构抗震性能及设计方法研究[D]. 侯俊锋.西安建筑科技大学 2016
硕士论文
[1]火灾后钢筋混凝土梁托柱转换结构节点承载性能试验研究[D]. 彭献宽.山东建筑大学 2017
[2]火灾下钢筋混凝土梁托柱转换结构A型节点耐火性能试验研究[D]. 王德龙.山东建筑大学 2017
[3]火灾下钢筋混凝土梁托柱转换结构B型节点耐火性能试验研究[D]. 张旭.山东建筑大学 2017
[4]宽扁梁宽厚比对托柱转换和框支转换结构抗震性能影响[D]. 韩珏.长安大学 2016
[5]火灾后钢筋混凝土梁托柱转换结构节点的力学性能分析[D]. 刘云孟.山东建筑大学 2016
[6]带托柱转换梁结构层间隔震分析[D]. 王恒.西南交通大学 2015
[7]火灾与荷载耦合作用下钢筋混凝土梁托柱转换结构的受力与变形规律分析[D]. 张丽媛.山东建筑大学 2015
[8]带托柱转换层钢筋混凝土高层建筑结构基于性能的抗震设计[D]. 康冬虎.重庆大学 2014
[9]火灾及荷载耦合作用下钢筋混凝土梁托柱转换结构内力分析[D]. 范明君.山东建筑大学 2014
[10]火灾高温作用下钢筋混凝土梁托柱转换结构的温度场与承载性能分析[D]. 孔维一.山东建筑大学 2013
本文编号：2989053
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