钢筋混凝土开洞板性能的仿真分析.pdf

穆春生： 钢筋混凝士开涧板性能的仿真分析 7 5 钢筋混凝土开洞板性能的仿真分析 穆春生 ( 大庆石化工程有限公司 ． 黑龙江大庆1 6 3 7 1 4) 【 摘要】 为确定某加工车间钢筋混凝土开洞板的厚度和洞1 2 l 的大小 ， 给出了四种方案， 本文采用有限元软 件 A N S Y S对四种情况的开洞板在竖向荷载作用下的受力、 变形做了分析， 通过对比确定了一组满足规范要求的方 案 ， 确保了大开洞板的正常使用， 可为类似工程的分析与设计提供参考。 【 关键词】 仿真分析； 开洞板； A N S Y S 【 中图分类号】 T U 3 7 5 ． 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 1 0— 0 0 7 5 — 0 2 1 工程概况 黑龙江省鸡西煤矿的某一空心煤砖加工车 间， 采用的 是砖混砌体结构” J ， 层高为 5 ． 2 m， 钢筋混凝土板的跨度为 7 ． 2 m 5 ． 4 m， 为把加工时产生的浓烟排放到室外， 需要把钢 筋混凝土楼板设计成开洞板， 以便烟筒通过楼板到室外一 定的高度， 满足环保的要求。板开洞的直径大小决定建造 的烟囱的大小， 开洞越大， 烟囱的直径越大 ， 排烟量也就越 多， 但板开洞会引起应力集中， 造成强度和变形不满足要 求。经过商榷， 甲方最终提出四种开洞方案 ， 本文采用有限 元软件 A N S Y S - 2 对四种情况的开洞板在竖向荷载( 恒载 + 活载) 作用下的受力、 变形做了分析， 通过对比确定了一组 满足规范要求的方案， 确保了大开洞板的正常使用， 其分析 可为类似工程的设计提供借鉴。 2 方案与荷载 图 1计算模型示意图 ( 1 ) 方案计算参数 ： 参考《 混凝土结构设计规范》 ⋯ ， 根据经验板厚度取为 7 5 、 1 0 0 、 1 2 0和 1 5 0 m m， 对应板厚的洞 口直径为 1 8 0 0 、 1 5 0 0 、 1 2 0 0和 9 0 0 m m， 对 比四种情况板的应 力和变形。钢筋混凝土材料密度为 2 5 k N ／ m ， 弹性模量取为 31 0 N ／ mm ， 泊松比 p r x y为 0 ． 2 [ 4 ] 。计算简图见图 1 。开 孔位置均为中孔 ， 板边支承均为四边简支。 ( 2 ) 荷载统计 ： 恒载： 2 5 0 ． 0 7 5=1 ． 8 7 5 k N ／ m ( 7 5 ra m厚的板) 2 5 X 0 ． 1 0= 2 ． 5 k N ／ m ( 1 0 0 m m厚 的板 ) 2 5 X 0 ． 1 2= 3 ． 0 k N ／ m ( 1 2 0 ra m厚的板) 2 5 0 ． 1 5= 3 ． 7 5 k N ／ m ( 1 5 0 ram厚 的板 ) 活载： 按规范 取为 2 ． 5 k N ／ m ； 经统计作用在板 竖 向荷载设计值为 6 ． 0 3、 6 ． 8 7、 7 ． 5 5和 8 ． 5 6 k N ／ m 。 3 有 限元模型 ( 1 ) 有限元建模 ：以方案 2为例， 介绍一下建模过程， 指定分析类型为 S t r u c t u r a l ， 程序分析方法为 h - m e t h 0 d 。相对 跨度来说， 板的厚度是很小的， 因此选用一种壳单元来模 拟。采用 S H E L L 6 3单元 J ， 该单元为4节点的弹性壳单元 ， 指定壳单元的厚度 ， 定义材料属性， 建立实体板模型， 采用 直角坐标系直接建立矩形 ， 在“ C r e a t e A r e a i n A c t i v e C o o r d i ． n a t e s S y s t e m” 对话框中， 在坐标栏 中输入( 0 ， 7 ． 2 ) 、 ( O ， 5 ． 4 ) 产生 1个矩形面。在坐标栏中出入( 3 ． 6， 2 ． 7 ， 1 ． 5 ) 建立圆 面。然后用 A B E A命令把矩形板中扣除圆洞开口， 形成开洞 板， 几何模型建立完毕之后即可进行网格划分。 选择分析类型为静力分析， 施加位移约束， 将板的四周设 置为铰接， 因为板是支撑在砌体结构上， 有微小的水平位移产 生。施加均布外荷载求解。建立的有限元模型如图2所示。 图 2有限元模型 ( 2 ) 有限元结果分析 ： 方案2在施加均布力后求解， 得到的结构变形如图 3 所示。从图中的数据可以看出， 结构 弹性变形最大为第 5节点 ， 坐标为( 2 ． 8 5 ， 2 ． 7 ) ， 最大位移为 1 2 ． 7 5 mm； 由板的应力 分布图可以看出板 中支座应力 为 9 ． 0 9 MP a ， 跨中应力为 7 ． 1 3 MP a 。四个方案板的变形及应力 如表 2所示 。 从表 1中可以看出， 方案四的变形超出了规范的要求， 大于 ／ J 2 5 0=2 1 ． 6 m m， 方案四是不可选的， 方案 1的变形较 大， 尽管在规范要求范围之内， 但支座处的混凝土应力较 大； 方案2和3差不多， 但从安全的角度及开洞的大小方面 考虑， 最终选择了方案 2 ， 即板厚取 1 0 0 m m， 开洞的直径取 1 5 0 0 ra m， 同时跨中和支座应力分布比较均匀， 配筋较合理 ， 不会造成钢筋的浪费， 造价较低。 O_- 7 6 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 1 0期( 总第 1 6 0期) 用于支撑的单层钢结构框架性能分析 赵广军 ( 大庆石化工程有限公 司。 黑龙江大庆1 6 3 7 1 4 ) 【 摘要】 为验证某一座有储罐的钢框架的承载能力和刚度， 本文把储罐在单层钢框架上的作用力简化为 均布荷载， 采用有限元软件 A N S Y S 分析了这一框架在均布荷载作用下的静力性能和动力模态分析 ， 经仿真分析可 知钢框架的承载力和刚度均满足要求， 本分析可为进一步深入开展这种框架的抗震性能提供依据。 【 关键词】 钢框架； 模态分析 ； A N S Y S 【 中图分类号】 T U 3 9 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 1 0- 0 0 7 6 — 0 2 把储罐坐落在框架结构上， 将形成一种新型的耗能结 构形式， 如图 1所示。发生地震时 ， 储罐下面的框架首先进 入弹塑性状态， 将会吸收大量的能量， 从而避免储罐发生破 坏， 本文把储罐在框架上的作用力简化为均布荷载， 采用有 限元软件 A N S Y S l 0 重点分析了某一现役的框架L 2 在均布 荷载下的静力性能， 随后进行了框架的动力模态分析， 为今 后进一步深入开展这种框架的抗震性能提供依据。 1 工程概 况 一 支撑储罐的钢框架结构 J ， 由工字型钢柱、 钢梁和钢 板组成， 钢 材为 Q 3 4 5钢 ， 钢柱 截面 高和宽 为 o ． 2 5 m X 0 ． 2 5 m， 翼缘和腹板厚均为0 ． 0 2 m， 钢柱的计算长度为3 m； 工 字梁截面高和宽为0 ． 2 m 0 ． 1 m， 翼缘和腹板厚均为0 ． O 1 m， 钢梁的计算长度为 6 m， 钢板厚为 0 ． 0 2 m。经计算平台承受 由储罐简化过来的竖向均布荷载为 l O k N ／ m ， 板直接承受荷 图 l坐落在柜架结构上的储罐 图 2单层钢框架有限元模型 载并将其传给支撑板的梁， 再传给柱子， 到基础。 2有限元模型 A N S Y S单元库中 B E A M1 8 8单元⋯能够提供梁截面的 偏置功能 ， 采用 B E A M1 8 8单元模拟框架结构中的梁和柱 ， 图 3方案 2变形图 图4方案2 应力分布图 表 1 变形及应力有限元结果对比 4 结语 本文采取 A N S Y S有限元方法对开洞的钢筋混凝土板进 行了仿真数值模拟， 详细介绍了有限元分析的过程， 求得变 形和应力。通过对比选择了方案 2 ， 即板厚取 1 0 0 m m， 开洞 的直径取 1 5 0 0 mm， 同时跨中和支座应力分布 比较均匀， 配 筋较合理， 造价较低。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 0 1 l - 2 0 0 8 ， 混凝土结构设计规范[ S ] ． [ 2 ] 刘涛， 等 ． 精通 A N S Y S 【 M ] ． 北京： 清华大学出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 博弈创作室 ．A P D L参数化有限元分析技术及其应用实例 [ M] ．北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 郝文化 ． A N S Y S 土木工程应『 f 】 实例[ M] ．北京： 中国水利水 电出版 社， 2 0 0 5 ． [ 5 ] G B 5 0 0 0 9— 2 0 0 1 ， 建筑结构荷载规范[ s ] ． [ 收稿日期] 2 0 1 I 一 0 5 一I 8 [ 作者简介】 穆春 ( 1 9 7 7 一) ， 男， 黑龙江大庆人， 工程师， 从 事土小” l ： 程结构方耐的研究与 设汁。