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钢筋混凝土开洞墙体的有限元分析

作　者: 王新毅
导　师: 田稳苓
学　校: 河北工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 剪力墙钢筋混凝土非线性本构关系破坏准则有限元连梁跨高比规则小孔剪力墙不规则开洞剪力墙
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本课题针对新型保温模块规则小孔砼墙体及不规则开洞砼墙体的受力性能进行了有限元分析。新型保温模块带孔砼剪力墙结构,是为了代替粘土砖砌体结构而开发的一种新型住宅结构体系,它由带纵横孔保温模块,免砂浆砌筑,在纵横孔内插放钢筋,由自密实砼灌实,在保温模块内形成规则小孔的砼剪力墙结构,这种新型规则小孔砼墙的受力性能是首先应当加以解决的基本问题。为满足建筑效果及使用功能的需要,在天津市阳光100高层砼剪力墙住宅结构中,采用了极不规则开洞剪力墙。目前,设计应用程序对这种极不规则剪力墙的计算由于自身程序设计的不足无法加以设计,因此工程人员多采用以经验为主的设计方法,采用ANSYS对其受力性能进行详细的分析以便指导工程设计就显得尤为必要。本文的主要研究包括:1. 分析研究了混凝土的强度与变形及各种本构关系,深入探讨了混凝土的强度破坏准则、破坏曲面和各种破坏模型,就本课题混凝土非线性分析采用的本构关系和破坏准则进行详细论述,对分析中采用的模型单元做了具体论述。2. 应用有限元软件ANSYS对规则小孔砼剪力墙进行非线性模拟分析,将分析结果与整体剪力墙计算结果比较发现:① 规则小孔砼剪力墙的破坏形式、承载力、变形性能与整体剪力墙有着大致相似的性能,其受剪承载力可按剪力墙受剪承载力公式(取规则小孔砼墙的净面积)计算。② 规则小孔砼剪力墙的水平侧移大致可按整截面剪力墙的水平侧移公式计算,但必须要考虑洞口对规则小孔砼墙的截面刚度的削弱影响。③ 根据分析结果给出规则小孔砼剪力墙的实用计算公式,做为今后规则小孔砼剪力墙的参考设计依据。3. 对极不规则剪力墙的受力性能、裂缝情况特性进行了有限元分析,研究表明:① 计算结果中水平侧移呈弯曲形,这一点SATWE和ANSYS得出了相同的结论。② 分析表明错位开洞的窗间墙部分,剪应力同正应力相比两者的数量级相同,因此在设计时必须考虑弯剪作用,同时应变较大,较早出现裂缝,因为地震作用的往复作用会对裂缝的开展起到加速作用,因此可以采用暗柱加配置加强筋加以解决。③ 剪力墙开洞较大,连梁跨高比较大,具有普通框架梁的受力特点,设计时按框架粱设计。④ 在节点设计上应根据有限元方法确定应力分布情况,进行配筋,从构造角度提出定性设计原则。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 规则小孔砼墙体的研究背景  8-11
    1.1.1 新型保温模块小孔砼剪力墙结构住宅体系的开发背景  8-10
    1.1.2 保温模块小孔砼剪力墙体系的特点  10
    1.1.3 规则小孔砼墙有限元分析的必要性  10-11
  1.2 不规则开洞剪力墙的研究背景  11-12
  1.3 本文的主要工作  12-13
第二章钢筋混凝土非线性分析  13-27
  2-1 本构关系的一般原理  13
  2-2 客观性  13-15
    2.2.1 向量和仿射量的客观性  13-14
    2.2.2 客观性原理对本构方程形式的几何限制  14-15
  2-3 钢筋混凝土的本构关系  15-26
    2.3.1 钢筋的本构关系  15
    2.3.2 混凝土的本构关系  15-26
  2-4 本章小结  26-27
第三章钢筋混凝土结构非线性有限元分析模型  27-41
  3-1 钢筋混凝土结构有限元分析的模型  27-29
    3.1.1 钢筋混凝土的分析模型  27-28
    3.1.2 单元分析  28
    3.1.3 总体分析  28-29
  3-2 非线性  29-32
    3.2.1 牛顿-拉森方法  29-31
    3.2.2 关于非线性分析的忠告和准则  31-32
  3-3 单元介绍  32-40
    3.3.1 钢筋单元LINK8  32-34
    3.3.2 平面单元  34-35
    3.3.3 实体单元SOLID65  35-40
  3-4 本章小结  40-41
第四章规则小孔砼墙体的有限元分析  41-55
  4-1 体系介绍  41-42
  4-2 规则小孔砼墙体有限元分析模型设计  42-44
  4-3 有限元模型的建立  44-47
    4.3.1 ANSYS结构分析  44-45
    4.3.2 有限元模型的建立  45-47
    4.3.3 求解  47
  4-4 有限元计算结果及分析  47-54
    4.4.1 裂缝的发展分析  47-50
    4.4.2 规则小孔墙体系的应力应变特点  50-53
    4.4.3 荷载与顶点位移分析  53-54
  4-5 结论  54-55
第五章不规则开洞砼墙体的有限元分析  55-63
  5-1 工程简介及问题的提出  55-56
  5-2 STAWE程序简介及设计计算结果  56-57
    5.2.1 STAWE简介及技术要点  56-57
    5.2.2 计算结果  57
  5-3 规则开洞墙体的有限元分析  57-62
    5.3.1 分析目的  57-58
    5.3.2 模型的建立  58
    5.3.3 结果分析  58-62
    5.3.4 设计建议  62
  5-4 结论  62-63
第六章结论建议和展望  63-64
  6-1 钢筋混凝土开洞墙体的研究成果  63
  6-2 下一步工作  63-64
参考文献  64-66
致谢  66

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