開洞對樓板整體受力性能的影響分析.pdf

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1、開洞對樓板整體受力性能的影響分析董爍1，肖昭然1，任磊2(1．河南工業(yè)大學(xué)，河南鄭州450000；2．鄭州市軌道交通有限公司，河南鄭州450000)摘要：通過運用ANSYS?有限元軟件，模擬樓板在開洞的情況下，受力性能的變化。主要研究了洞口形狀、洞口尺寸、洞口位置以及樓板的厚度對其受力性能造成的影響。關(guān)鍵詞：開洞樓板；ANSYS；有限元；受力Jl生能中圖分類號：TU375文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1672—4011(2017)06—0045—02DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2017．06．024O前言隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，鋼筋混凝土板作為土木工程結(jié)構(gòu)中的一種基本構(gòu)

2、件，被廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，而在不同的領(lǐng)域中，由于樓梯、電梯、通風(fēng)、散熱等使用功能的需求，經(jīng)常需要在板上進(jìn)行開洞處理。目前，國內(nèi)外關(guān)于不開洞的樓板的分析已經(jīng)比較完善，但是對于開洞樓板的研究還有所欠缺口J，本文采用有限元軟件ANSYS建立模型，重點分析孔洞的尺寸、形狀、位置和厚度對板整體的受力造成的影響。這是因為當(dāng)板件厚度增加之后，經(jīng)典的薄板小撓度彈性理論中忽略板厚度方向的剪切應(yīng)力及變形已經(jīng)不合適了，這時需要將板件厚度方向的剪切加以考慮。由圖2可知：因為約定板件的長度和孔洞的直徑之比為50：1，所以在板件厚度一定時，孔洞直徑的增大對板件整體最大應(yīng)變影響不大，板件的最大應(yīng)變基本保持不變。若孔洞直

3、徑不變時，以板件的厚度作為變量時，可以看出，孔洞直徑對厚度小于200mm的薄板影響較大，而對厚度大于200mm的中厚板的影響則較小。這與圖1所得到的結(jié)論一致。撮厚100ram一扳厚150ram板厚200mm+板厚400mm圖2孔徑對板件最大應(yīng)變的影響1洞口尺寸的影響2洞口形狀的影響模型中混凝土強度等級為C30，抗壓強度f．=14．3X106N／mm2，抗拉強度f。=1．4314．3X106N／mm2，彈性模量E=3X10”Pa，泊松比U=0．2，本節(jié)主要通過在統(tǒng)一板厚的情況下，以洞口直徑作為變量，來分析洞口尺寸對板件整體的受力的影響。洞口形狀為圓形，半徑R分別為300、800、1000、20

4、00mm，板件厚度D分別為100、150、200、400mm。在分析孔洞尺寸對板件整體受力性能的影響時，為了避免開洞面積不同對整個板件受力性能的影響，在建立模型時規(guī)定板件長度和孔洞直徑的比值為50：1。由圖1可知：當(dāng)板件的長度和孔洞的直徑比值一定且板厚一定時，孔洞的直徑越大，板件的最大應(yīng)力隨之減小，這種現(xiàn)象在板厚比較薄時最為明顯，隨著板厚的增加，這種趨勢隨之減弱，即當(dāng)板件厚度小于200mm時，孔洞尺寸的大小對板件整體受力性能的影響加大；當(dāng)板件厚度大于200mm時，孔洞的大小對板件整體受力性能的影響較弱。在本節(jié)主要研究圓形洞口和方形洞口對板件整體受力性能的影響，在上節(jié)，已經(jīng)得到了圓形洞口的相關(guān)

5、數(shù)據(jù)，下面主要建立方形洞口的板件模型，方形洞口的邊長C和圓形洞口的直徑一致，并將兩種洞口的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，為了方便數(shù)據(jù)的對比分析，在此定義一個概念，將圓形洞口的半徑或是方形洞口邊長的一半與板件厚度的比值稱為徑厚比，即徑厚比=R／D(或C／2D)。為了便于觀察孔洞形狀對板件受力性能的影響，將圓形洞口和方形洞口的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到圖3，其中圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)、圖3(d)分別表示板厚100、150、200、400mm時，孔洞形狀對板件的最大應(yīng)力的影響，從圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)中可以明顯地看出，方形洞口對板件受力性能的影響更大，所引起的最大應(yīng)力普遍大于圓形洞口引起的最大應(yīng)

6、力。這是因為方形洞口周邊有尖銳角，比圓形洞口更容易在孔洞周邊形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。室收倒《堪300800孔半徑，mml講Ⅺ2叭加l圖1孔徑對板件最大應(yīng)力的影響主o8羔^‘同時，當(dāng)孔洞大小不變時，板件的最大應(yīng)力會隨著板厚囂：的增加而減小，當(dāng)板厚小于200mill時，最大應(yīng)力的減小幅度秘：比較大；當(dāng)板厚大于200mm時，最大應(yīng)力的減小幅度較小。收稿日期：2017—03—14作者簡余：董爍(1989一)，男，河南鄭州人，碩士研究生，主要研究方向：土木工程。徑厚比(a)100nun板厚洞I：1形狀應(yīng)力對比l504005001000徑厚比2如髫-奪s02005336671333徑厚比(b)150mm板厚洞

7、口形狀應(yīng)力對比0752oo250500徑厚比(c)200mm板厚洞口形狀應(yīng)力對比(d)400mm板厚洞口形狀應(yīng)力對比圖3不同板厚下洞口形狀的影響對比從圖3可以看出，當(dāng)板件厚度D。<200mm且徑厚比較小時，洞口形狀對板件受力的影響程度較為接近。在各種板厚·45·210d室R趟K噶下隨著徑厚比的增大，洞口形狀的影響在逐漸增大之后又逐漸減弱，最終達(dá)到一致。在圖3(d)中，圓形洞口和方形洞口對板件應(yīng)力的影響幾乎一致