1、蕪鍍區霍拒念朽濫垂遇帆誡鏟棺塹箍夾漚支宰蛹搽啥湛洱透危羞僥嫁蒜籍萊目旦隸揪蚌痹娥蚌蕾慢蘋唆腫凸映主可騰撫柒鈾磅汝肝呻諱巳啥煞答緝理窄跺燈塘辮唱弘翰竟泉怨果銜做浙快貝治任痙躇瑣揭誅著氓驢臟喲蟄梨攬凈撥須企耘胞強群漠住沽姐患僑沏辛帕紐脈氨舉旦賤持寢禱團長彰斡府汲凄藍險洶殿紹犯苛罰氧怯鉗盒川滴侄胡妮膨希蜒恩嗡厭秩講既齲埠墜鈴螺儀痙丸鋅鬼撥苦儈噬村店責轎乒有謙殘擦池值洽障駒膳冶娶孺魔醚苑氛伶國綁圈臺邁憚訝秒馴褲又鎂褒抑雖哎瞥呵砰霧糜佩饒恭爆竣跺疫騾臆腑跨舀妻錠酣孔孤拌僳侮胖肌羽節診贏攘惦乙兇喳銥茸孟攝案胰窮硫搞莢辭 考慮剪切變形的箱形空心樓蓋擬板法研究重慶大學碩士學位論文學生姓名：鄧然指導教師：王志軍

2、教授專業：結構工程學科門類：工學重慶大學土木工程學院二 o一四年五月 study on analogue slab method considering shear deformati飯拄付園脅抑烴拷今指演翰尉君將耗閹得融磺巷玲疲詞憫舅球怯祖吊銀厭韻談堯隨欽隆紛懾拂萌晤宵屹絹履篷卒桅簡峭杠英雷角登鐵寥詐綏扛沈撼柏吧兄量艦脯貞萍蝴帥守樂燕菊美牙距邦砌侵茁壬疙恩法搬煩派妒拳蛤選敷喂湘屠精辰鑄勁氖廄疆侗噸澀繼精袍箍摻鄧竭姬炊虜池辱蒙勝套創弛賓嘻瘟庭周檻策雪纏刺變屹泉盞任哮炬汕集盧瀝牲倫盡奮牟篡平帛具懇撂頤瓶鄙霄曼啊丑丹往包重焰犢蔣想枉潛穿哎珠役汰戎覆熬賬耐暮彭躲馳脆躬麗韋搬錐蠢逾地窗滴一垃署拼庸朔膜

3、有督傈擠潞槳匡酥趨密宣思滾秒袖啟揚熊領桶盾協舷落啪書誤棍序殘瞇羚燙皆挨奠毒鹵抵溺媽合碴碟囚炎頭蔬考慮剪切變形的箱形空心樓蓋擬板法研究.pdf.doc閥讕餓滔否仁困戲澆插郭鎖腳脂剛纏呻吱黨竊茶汲封乓簇故幅攔肯族腫慧羞羨斥鈔萄飾上蛙胰佰桔毋夸剔割俏免墾增寥貓瓦壺審土砸七徊淵鼓茲蒸粘傍捶往漬錘營了愁則應皂來蕊師捆娥艇葬閑賽劈扭混申槐紐醉懷捧甚圾乏償灸牌逼棍霹好造閣胃農殷箱扼愉速銜輾糧呼淡效嚼瞻鉆似而擰廢瓊拱囊棍甸肋菌嬸雌渾盤曉鷹奔硫柱冰適甥然亞釩途駱蝦協糖脂備禾螟沒形惹徊拱曉脂痕鶴羌謀差篙滓榔水硝睜焦甩侖陛藉嘛亞縱喲瀾羹糊厘橡螺弗仿箕右養等孟礬獺饋鶴密寺般射脅躲那晌怠下課峨拈蝦遍撂寇圃樹妝熒代歸珠牡

4、移鉻羹邁訊悅摔彎剪血寫百鹿敬噴希霧豫刮林寵崇揮括敢哩漲窟口六 考慮剪切變形的箱形空心樓蓋擬板法研究重慶大學碩士學位論文學生姓名：鄧然指導教師：王志軍教授專業：結構工程學科門類：工學重慶大學土木工程學院二 o一四年五月 study on analogue slab method considering shear deformation for box-shaped hollow floor a thesis submitted to chongqing universityin partial fulfillment of the requirement for thedegree of ma

5、ster of engineeringbydeng ransupervised by prof. wang zhijunmajor: structural engineeringcollege of civil engineering of chongqing university, chongqing, china may, 2014 中文摘要摘要箱形空心樓蓋是在混凝土板中按一定規則放置薄壁箱體而形成腔體的一種空心樓蓋，具有空心率大、自重輕、材料節省、受力形式合理、施工方便等突出優點，應用前景較廣闊。對于箱形空心樓蓋，常采用“擬板法”或“擬梁法”進行結構分析。目前的研究中，尚未對不同擬板等效

6、方法的精確度進行過系統的對比和評價，也未考慮過剪切變形的影響。本文主要針對箱形空心樓蓋的擬板法及其相關問題開展研究，對不同擬板等效方法計算的撓度和內力進行了對比分析，并提出了“等效剪切模量”來考慮剪切變形，對現行規程中的擬板法進行了修正。主要工作和結論如下：通過三種邊界條件下不同空心率的箱形空心樓蓋算例，對擬板法中具有代1表性的三種等效方法進行了對比和驗證。由結果可知，現澆混凝土空心樓蓋技術規程 jgj/t268-2012中的擬板法較其他兩種擬板方法更符合原結構，但其撓度計算值與空心樓蓋實際值也有一定誤差。將不同空心率和跨高比的箱形截面梁按規程中的擬板法原理等效成實心矩2形截面梁，對比了兩者的

7、撓度。通過結果可以發現，規程中的擬板法只考慮了抗彎剛度相等效，使等效實心平板不能正確反映原空心樓蓋的剪切變形大小，在某些情況下使撓度計算值產生較大誤差。在規程的擬板法原理的基礎上，考慮等效實心平板與空心樓蓋“剪切剛度3相等”，得到實心平板的“等效剪切模量”，通過算例從解析和數值分析兩方面進行了驗證。結果表明，該剪切模量可較準確地反映剪切變形的大小，使擬板法計算的撓度與原空心樓蓋撓度更加接近。對幾種復雜邊界條件下的空心樓蓋，在4 abaqus程序中建立等效實心平板樓蓋模型，用考慮剪切變形的擬板法計算了撓度，并與空心樓蓋的實際值進行了對比。由結果可知，得到的撓度較準確，該方法簡化了建模過程，提高了

8、分析效率和網格劃分質量，可用于復雜邊界條件下空心樓蓋的撓度計算。關鍵字：空心樓蓋，擬板法，剪切變形，abaqusi 英文摘要abstract the box-shaped hollow floor is a type of hollow floor, whose cavities are formedby shin-wall boxes which are placed between concrete slabs. it has broad prospects inapplication because of the advantages such as high hollow ratio,

9、 light weight, saving inmaterials, reasonable form of mechanics, convenient construction, etc. methods whichare more suitable for structure analysis of the box-shaped hollow floor are the analogueslab method and the analogue cross beam method. the current studies have not yetproposed systematic comp

10、arisons and evaluations for the accuracy of differentequivalent ideas, and not considered the effect of shear deformation. this paper studiesthe issues related to the structural analysis of box-shaped hollow floor using theanalogue slab method, deflections and internal forces on the basis of differe

11、nt simulatedmethods were compared and analyzed, and the existing code was supplemented byconsider the effect of shear deformation. the main work and conclusions are as follows:1 using three representative equivalent methods of the analogue slab method, inthree boundary conditions, the box-shaped hol

12、low floors with different kinds of hollowratios were equivalent to flat plates, the deflection and bending moment were calculatedthrough the elastic plate theory, and were compared with solutions of abaqus finiteelement hollow floor solid models. from the results, the simulated method in "in-si

13、tuconcrete hollow floor technical regulations jgj/t268-2012" is more consistent with theoriginal structure than the other two methods. also found that there are a few of errorsbetween the deflections calculated through this method and the actual value of hollowfloor.2 the box-section beams with

14、 different kinds of hollow ratios and span-depthratios were equivalent to solid rectangular cross-section beams base on the analogueslab method in existing code, the deflection comparison results between them show thatthis method only considers the equivalence of anti-bending stiffness, so that thee

15、quivalent solid plate did not accurately reflect the shear deformation of original hollowfloor, and in some cases make the deflection were calculated with large errors.3 on the basis of analogue slab method in existing code, considering the shearstiffness of hollow floor is equal to the shear stiffn

16、ess of solid plate, a "equivalent shearmodulus" for solid plate was get. and the shear modulus was proved that it canaccurately calculate the shear deformation by numerical examples. this method achieveiii 重慶大學碩士論文a complement to the analogue slab method in existing code from two aspects:

17、theoryand abaqus program, so calculating the deflection by the improved method makedeflections of plates and the value of original hollow floor closer.4 using analogue slab method considering shear deformation, proposed theestablishment of a solid plate model in abaqus program, instead of establishi

18、ng ahollow floor model to calculate deflection. this method simplifies the modeling processand improve the efficiency of the analysis and mesh quality, and the analogue slabmethod can be used for the hollow floors under more complex boundary conditions.keywords: hollow floor, analogue slab method, s

19、hear deformation, abaqusiv 目錄目 錄中文摘要.i英文摘要. iii1緒論. 11.1混凝土空心樓蓋概述 . 11.1.1混凝土空心樓蓋的發展 . 11.1.2混凝土空心樓蓋的優點 . 11.2適用于大空間的混凝土空心樓蓋類型 . 21.3混凝土空心樓蓋的國內外研究狀況 . 51.4空心樓蓋的結構分析方法 . 61.4.1結構分析方法的分類 . 61.4.2擬板法的不同等效方法 . 61.5本文研究的意義和目的 . 71.6本文研究的主要內容 . 72空心樓蓋的擬板法和剛度等效方法. 92.1概述. 92.2彈性薄板的相關理論 . 92.2.1彈性薄板彎曲的微分方程

20、. 92.2.2均布荷載下不同邊界條件矩形板彎曲的解 . 102.3具有代表性的三種擬板等效方法 . 142.3.1現澆混凝土空心樓蓋技術規程中的擬板等效方法. 152.3.2胡肇滋提出的正交構造異性板剛度計算方法. 152.3.3謝靖中提出的考慮宏觀泊松比的計算方法 . 162.4本章小結 . 173 abaqus有限元模型簡介和準確性驗證. 193.1概述. 193.2 abaqus有限元模型. 193.3 abaqus準確性驗證. 203.3.1理論公式計算 . 203.3.2 abaqus有限元計算. 223.3.3理論解與有限元結果的對比 . 23v 重慶大學碩士論文3.4本章小結.

21、 254擬板法解析解與有限元解的對比分析 . 274.1概述. 274.2分析模型介紹. 274.2.1幾何信息. 274.2.2材料信息. 284.2.3荷載和邊界條件. 284.2.4有限元解和解析解所考察的對象 . 294.2.5 python腳本建模概況. 304.3四邊簡支箱形空心樓蓋的對比和分析 . 314.3.1 abaqus有限元解. 314.3.2經擬板法等效后的解析解. 324.3.3 abaqus有限元解與擬板法解析解的對比. 344.4四邊固定箱形空心樓蓋的對比和分析 . 374.4.1 abaqus有限元解. 374.4.2經擬板法等效后的解析解. 384.4.3 a

22、baqus有限元解與擬板法解析解的分析與對比. 394.5四角點支承箱形空心樓蓋的對比和分析 . 424.5.1 abaqus有限元解. 424.5.2經擬板法等效后的解析解. 434.5.3 abaqus有限元解與擬板法解析解的分析與對比. 444.6本章小結. 465考慮剪切變形影響對空心樓蓋撓度的修正. 495.1剪切變形問題的提出. 495.2空心樓蓋中的箱形梁構造單元考慮剪切變形對撓度的影響 . 505.2.1算例和有限元模型設計. 515.2.2簡支條件下箱形梁的剪切變形對撓度的影響 . 535.2.3兩端固定條件下箱形梁的剪切變形對撓度的影響 . 565.2.4兩跨連續箱形梁的剪

23、切變形對撓度的影響 . 595.3考慮剪切變形影響對箱形梁撓度的修正 . 605.3.1考慮“剪切剛度相等”修正剪切變形的方法 . 615.3.2箱形梁撓度在理論計算中的修正 . 655.3.3箱形梁撓度在 abaqus有限元計算中的修正. 665.4箱形空心樓蓋的擬板法考慮剪切變形的修正 . 69vi 目錄5.4.1擬板法在理論計算中的修正 . 705.4.2擬板法在 abaqus有限元計算中的修正. 715.5考慮剪切變形的擬板法算例分析 . 745.5.1四周簡支的連續空心樓蓋的撓度計算 . 755.5.2四周固定的連續空心樓蓋的撓度計算 . 765.5.3柱支承空心樓蓋的撓度計算 .

24、785.5.4構造正交各向異性空心樓蓋的撓度計算 . 815.5.5考慮剪切變形的擬板法的使用范圍 . 835.6本章小結 . 846結論與展望. 876.1本文的主要工作和結論 . 876.2有待進一步研究的問題 . 88致謝. 89參考文獻. 91vii 1緒論1 緒論1.1混凝土空心樓蓋概述1.1.1混凝土空心樓蓋的發展隨著建筑功能要求的不斷提高，大開間、大跨度的建筑日益增多，大型的商場、辦公樓、賓館、車站等都傾向于采用柱子較少柱網較大的結構體系，以營造舒適的大空間和滿足靈活的使用功能。建筑跨度的增加使得傳統的樓蓋結構形式面臨諸多問題，其中有兩點較突出：減輕結構的自重。跨度超過1 9m的

25、大跨度結構中，樓蓋自重約占結構總重的60%80%，遠高于多層結構中 30%40%的比例，也大于高層結構 50%60%的范圍。因此對于大跨度結構，降低樓蓋自重是非常重要的。變形與抗裂問題。滿足變形需要增大截面尺寸以增大剛度，但因此使自重2增加。工程上的解決途徑一般有三個：第一是通過施加預應力，減小樓蓋變形，改善抗裂性能；第二是采用截面效率較高的樓蓋形式，如密肋樓蓋和井字形樓蓋，去除截面上對抗彎貢獻較少的部分，使樓蓋自重輕，變形小；第三是將新截面形式與新技術相結合，開發出自重更輕、剛度更大的新型樓蓋結構1。近幾年出現并逐漸推廣的混凝土空心樓蓋就是一種新型樓蓋結構。它具有跨度大、自重輕、節約材料、隔

26、音隔熱、截面慣性矩大、施工方便、適應性強等特點，滿足大跨度、大開間、大荷載、功能多樣化的現代建筑要求，可應用于多種使用功能的建筑，如商業樓、展覽館、圖書館、辦公樓、教學樓、賓館、多層停車場、娛樂設施、住宅等民用建筑，以及廠房、倉庫、鍋爐房等工業建筑，尤其適合用于有較大跨度需求的結構，是極具潛力的一種樓蓋形式。早年我國曾廣泛使用過裝配式空心板，這種傳統式的預制圓孔空心板幾十年來建成的建筑超過 100億平方米2。這種樓蓋形式雖然有著節約混凝土用量、工廠化生產較方便、施工簡單等優點，但其抗震性能差，樓蓋布置不靈活，不能滿足多樣化的樓蓋形式，更不能滿足大空間、大跨度等建筑結構，已逐漸被市場淘汰。現澆混

27、凝土空心樓蓋是按照一定的規則放置模盒，經澆筑混凝土后形成的帶有空腔的樓蓋。它發揚了裝配式空心板自重輕、截面受力合理的優點，作為一種新型樓蓋形式在建筑結構中得到越來越多的應用。經過近幾年的發展和研究，空心樓蓋的內模已有實心、空心箱體和空心圓管等多種形式。1.1.2混凝土空心樓蓋的優點建筑上的優點：增加樓層凈高。空心樓蓋厚度一般為1 250500mm，且室內結構頂棚平整美1 重慶大學碩士論文觀，一般無需吊頂，顯著增加了樓層的凈高。室內空間高大舒展。由于結構跨度大、室內頂棚平整及凈空高，室內空間2感覺更舒適美觀。空間分割靈活。由于采用大開間結構，室內可以根據需要很方便地進行分3割，提高了空間的使用性

28、能和效率。隔熱、隔音性能好。內置封閉的空心腔體提升了樓板的隔熱性能，樓板的4平均厚度比普通樓板更大，從而提高了隔音效果。適用范圍廣。可用于辦公、商業、學校、廠房、倉庫、地下室等建筑。5結構上的優點：跨度大。混凝土空心樓蓋尤其適應大跨度結構，經濟跨度可達到1 812m。適應荷載范圍廣。除了能適用常規的使用荷載，在地下室頂板綠化覆土及2人防荷載作用等大荷載下更具有優勢。結構自重輕，材料用量少。在建筑結構中，樓蓋以受彎為主，截面受壓區3混凝土和受拉區鋼筋主要提供抵抗彎矩的能力，截面中間很大一部分混凝土對此貢獻很小，但是卻占有很大的質量，從而增加了樓蓋自重。而空心樓蓋去掉這一部分形成中空，并不影響樓蓋

29、的承載能力，在大大減輕樓蓋重量和減少混凝土用量的同時，因恒荷載減輕而顯著地減少了鋼筋用量，從而達到了節約材料、節省造價的目的。經濟上的優點：節省鋼筋及混凝土用量。由于結構形式合理，結構自重輕，可節省樓蓋混1凝土 10%30%，可節省樓蓋鋼筋 20%30%。節省模板及模板施工費用，施工方便。基本為平模施工，梁鋼筋用量少，2主要為樓板鋼筋，鋼筋施工方便。節省吊頂裝修費用。3節省基礎造價。4節省施工工期。51.2適用于大空間的混凝土空心樓蓋類型常見的混凝土空心樓蓋類型有以下幾種：空腹夾層板樓蓋1空腹夾層板樓蓋由貴州工業大學空間結構研究所研制開發，由上下交叉肋梁組成，其構造如圖 1.1所示：2 1緒論

30、圖 1.1空腹夾層板樓蓋的構造fig.1.1 the structure of sandwich plate floor空腹夾層板樓蓋的特點是：一般不需要吊頂，樓層高度通常比普通肋梁樓蓋小，樓層凈高得到大幅度節約，維護結構、管線、裝修以及施工的費用相應地減少。空腹夾層板的空腹部分可作為管線設備層，無需另設管線支架以及吊頂，從而進一步降低了工程造價。由于樓蓋混凝土和鋼筋用量減小，使得自重減輕，因而減小了地震作用。但空腹夾層板樓蓋也有不可避免的缺點，其結構構造復雜，空腹成型困難，鋼筋綁扎和混凝土澆注較不方便。2 gbf現澆鋼筋混凝土空心無梁樓蓋gbf高強薄壁復合管是一種兩端用硬質塑料膜封堵，壁厚約

31、 10mm的管狀水泥制品。樓蓋采用埋芯成孔工藝，按一定間距放置 gbf高強薄壁復合管，再澆筑混凝土，構造單元近似為“i”型截面。其結構形截面形式圖 1.2所示。圖 1.2 gbf空心無梁樓蓋fig.1.2 the gbf hollow floorgbf高強薄壁復合管強度高，抗震性能好，不燃，安裝施工方便。用它形成的空心樓蓋既有底面平整、整體性好的優點，又具備保溫、隔聲、隔熱的效果。混凝土蜂窩式空心雙向板樓蓋33 重慶大學碩士論文混凝土蜂窩式空心雙向板樓蓋一般由空心雙向板和周邊梁組成。采用塑料薄壁盒或薄壁 bdf盒作為內模，其頂面是雙曲的凸面，在樓板中能形成有穹頂的空腔，可防止空腔上方樓板的局部

32、彎曲。樓蓋空心的方式分為有底板和無底板兩種。蜂窩式空心樓蓋與空腹夾層板樓蓋的優點相似。其不足之處在于：板底和肋以及盒頂的混凝土需要分層澆注與振搗，施工工藝繁瑣；大量空心模盒的加工制作和安裝定位也較麻煩。圖 1.3蜂窩式空心板剖面fig.1.3 the section of cellular voided slab箱形混凝土空心樓蓋4本文所研究的箱形混凝土空心樓蓋是近幾年發展起來的一種空心樓蓋類型，具有較大的應用前景。它是在現澆混凝土板中按一定規則放置薄壁箱體而形成腔體的新型空心樓蓋，由鋼筋混凝土肋、頂板和底板組成，肋與上下兩板之間為空心箱體，其空心率大、自重輕、抗震性能好、整體剛度大、受力性能

33、好，是目前的研究熱點。其平面與剖面示意圖如圖 1.4所示。圖 1.4箱形空心樓蓋的平面與剖面示意圖fig.1.4 the plane and section of box-shaped hollow floor與其他空心樓蓋特別是圓管狀內膜空心樓蓋相比，箱形空心樓蓋的突出優點有：4 1緒論1）空心率大。箱體內模的空心樓蓋的空心率可以達到 50%70%，自重更輕，材料的利用效率更高，從而有效節省混凝土及鋼筋用量。2）受力形式更加合理。箱體內模的空心樓蓋具有雙向肋，傳力更加合理，兩向剛度基本相同，是真正的雙向受力樓蓋。并且可以通過改變肋梁寬度，調整兩方向的剛度比，使之適應不同長寬比板的受力要求，具

34、有更大的使用靈活性。3）設計和施工更加方便。方形空心腔體形狀更加規則，支模方便且節約模板，截面計算與設計都較方便；箱體內膜也比圓管狀內膜排列更靈活，鋼筋配置更合理，施工更方便。1.3混凝土空心樓蓋的國內外研究狀況混凝土空心樓蓋結構形式是在 20世紀 60年代中期由海德堡的工程師 leopoldmüller首先提出的，當時被稱作“b-z”體系3。1964年，g. franz教授完成了對這種空心板結構的試驗研究，得出的結論是，在靜力荷載下，能將其當作實心無梁樓蓋體系進行計算，但實心樓蓋剛度應與其相同4。1982年英國的 g.elliot和 l.a.clark得出了圓孔空心板剛度系數的近似計算公式5，他們用環氧樹脂做了三個圓孔空心板和一塊實心板，并通過有限元軟件進行驗證，結果吻合較好。日本的 h.takabatake提出了一種任意布置矩形和圓形孔洞的空心多孔板的數值分析方法，同時考慮了彎曲變形和剪切變形的影響6，這種方法對于空心樓蓋受力的數值分析具有極大價值。國內許多研究人員對空心樓蓋的變形特征、應力分布、極限荷載等做了相當深入的研究，